Способ контроля напряженного состояния массива горных пород

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 39 00 ц 4 Е ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР описдник изоБеетеНИЯ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Московский горный институт(56) Авторское свидетельство СССРР 620601, кл. Е 21 С 39/00, 1976.Ямщиков В.С. Методы и средстваисследования и контроля горных порои процессов. - М.: Недра, 1982,с. 159.(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННОГОСОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД(57) Изобретение относится к горному делу. Цель изобретения - повышение надежности контроля в горных породах с большим затуханием упругихволн. В массиве пород бурят две па 801452984 А 1 раллельные скважины, в которых размещают излучатель и приемник ультразвуковых колебаний. Излучают в массив ультразвуковой шумовой стационар- ный сигнал, имеющий нормальное распределение со средним значением равным нулю. Принимают прошедший шумовой сигнал и измеряют его дисперсию и период автокорреляционной функции. Данные измерения проводят при параллельном перемещении излучателя и приемника по длине скважины. Совокупность результатов измерений отражает характер распределения напряжений в массиве. Положение максимума зоны опорного давления соответствует точке а массива с максимальной дисперсией и минимальным периодом автокорреляционной функции принятого сигнала,3 ил.Изобретение относится к горномуделу и может быть использовано дляконтроля пространственного распределения напряжений в окрестности гор 5ных выработок.Цель изобретения - повышение надежности контроля в горных породахс большим затуханием упругих волн,На фиг. 1 представлена схема реализации способа; на фиг. 2 - коррелограммы, полученные на участке,непосредственно примыкающем к контуру выработки, в зоне опорного давления и в зоне естественных напряжений; на фиг. 3 - графики относительного изменения дисперсии и периодаавтокорреляционной функции в зависимости от расстояния (вдоль скважин)до контура выработки. 20Схема реализации способа включаетпараллельные скважины 1 и 2, излучающий ультразвуковой преобразователь 3,приемный ультразвуковой преобразователь 4, генератор 5, межскважинное 25пространство 6, коррелометр 7,Способ осуществляют следующим образом.В кровле, стенке или почве выработки бурят две параллельные скважины(шпура) 1 и 2 на расстоянии 0,5-0,7 мдруг от друга на глубину до 3-5 м,по которым параллельно перемещаютизлучающий ультразвуковой преобразователь 3 и приемный ультразвуковойпреобразователь 4 дискретно с шагомО, 1-0,2 мм.Излучающий преобразователь 3 возбуждают электрическим шумовым стационарным сигналом, имеющим нормальное распределение со средним значением равным нулю, генератора 5. С помощью преобразователя 3 ультразвуковой шумовой стационарный сигнал излучают в породы межскважинного пространства 6, Прошедшие ультразвуковыеколебания принимаются и преобразуютсяс помощью приемного преобразователя 4в шумовой электрический сигнал, который далее подают на коррелометр 7,с помощью которого измеряют дисперсию В(0) и период , автокорреляционной функции. При этом в качестве.коррелометра 7 может быть использован,например, серийно выпускаемый промыш 55ленностью прибор для исследованиякорреляционных характеристик Х 6-8.Участок вблизи контура выработкинарушен вследствие воздействия буровзрывных работ и влияния горного давления. Нарушения оплошности на этом участке приводят к высокому затуханию зондирующего ультразвукового сигнала. Причем высокочастотные составляющие спектра этого сигнала очевидно затухают в большей степени, чем низкочастотные. В результате средняя мощность, т.е. дисперсия Вц(0) принятого шумового сигнала уменьшается,, Уа период с, его автокорреляционной функции увеличивается (фиг. 2, кривая 8) . На участке, соответствующем зоне опорного давления, автокоррелограмма 9 имеет наибольшую дисперсию Вц(0) и минимальный период с так как этот участок характеризуется наименьшей пористостью и трещиноватостью. Лалее по глубине скважин 1 и 2 следует участок ненарушенного массива, на котором не произошло изменений напряжений и структуры горных пород под влиянием выработки, Автокоррелограмма 10, полученная на этом участке, характеризуется величиН л 6нами В,(0) и, имеющими промежуточные значения по сравнению с первым и вторым участками.Совокупность результатов измерений величин В,(0) и с, (фиг, 3) отражает характер распределения напряжений в окрестностях горной выработки с глубиной.Экспериментальная проверка данного способа проведена на шахте, где добываются блоки пильных известняков. В стенке подготовительной выработки на расстоянии 0,5 м друг от друга в вертикальной плоскости пробурены два шпура диаметром 42 мм и длиной 3 м. Излучающий и приемный преобразователи 3 и 4 синхронно перемещались по шпурам 1 и 2 с шагом 0,1 м, Возбуждение излучающего преобразователя с резонансной частотой Г = 50 кГц и полосой пропускания юд Г = 6 кГц осуществлялось с помощью шумового электрического генератора.Корреляционный анализ принятого преобразователем шумового сигнала осуществлялся аналоговым коррелометром. В результате получена совокупность значений В,(0) и , , На глубине 1,2 м значение В,(0) максимально,гаминимально, что говорит о том, что именно на этой глубине находитсяз 145298 максимум зоны опорного давления, Причем значение В(0), полученное на контуре выработки, в.2,6 раза меньше максимального значения В(0), полученного на расстоянии 1,2 м от этого контура, а значение В(0) на контуре выработки на 707 больше, чем значениена расстоянии 1,2 м от контура. Важно также отметить, что, несмотря 10 на высокое затухание упругих волн в известняках, уровень сигнала на выходе приемного преобразователя не менее, чем в 4-5 раз превышал чувствителЬность коррелятора. В то же время 15 проведенное в аналогичных условиях импульсное прозвучивание (с использованием ультразвукового прибора УКП) не позволило зафиксировать первое вступление принятого сигнала 20 в области, примыкающей к контуру выработки, где затухание упругих колебаний максимально. 25 Таким образом, данный способ позволяет повысить надежность контроля в горных породах с большим затуханием упругих волн за счет их гарантированного устойчивого прозвучивания. Формула изобретенияСпособ контроля напряженного состояния массива горных пород, включающий прозвучивание ультразвуковыми зондирукицими сигналами участков массива, расположенных между параллельными скважинами по их глубине, и измерение параметров принятых сигналов, по изменению которых с глубиной определяют положение максимума зоны опорного давления, по которому контролируют напряженное состояние массива, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности контроля в горных породах с большим затуханием упругих волн, в ка" честве зондирующего сигнала используют шумовой стационарный сигнал, имеющий нормальное распределение со средним значением, равным нулю, измеряют дисперсию и период автокорреляционной функции этого сигнала, выделяют участок массива с максимальной дисперсией и минимальным периодом автокорреляционной функцией сигнала и по его положению определяют поло-жение максимума зоны опорного давления .1452984 8) д,о) 8 фф) ду(ф о0 О г Лыковнич Корректор Н. Коро Составител Техред М.Х Пе едак Заказ 7146(25 Тираж 449 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Произво енно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,