Способ контроля напряженного состояния массива горных пород

(51) Е 21 С 39/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Московский горный институт(56) Авторское свидетельство СССРМ 1149010, кл. Е 21 С 39/00, 1983Глушко В.Т., Ямщиков В.С.,Яланский А.А. Геофизический контрольв шахтах и тоннелях. М,: Недра, с.214.(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННОГОСОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД(57) Изобретение относится к горномуделу и предназначено для оценки пространственного распределения напряжений в окрестностях горных выработок, Цель изобретения - повышение точности за счет уменьшения влияния кон-.тактных условий преобразователей с Изобретение относится к горному делу и предназначено для оценки пространственного распределения напряжений в окрестностях горных выработок.Цель изобретения - повышение точности контроля за счет уменьшения влияния контактных условий преобразователей с массивом.На фиг. 1 представлена схема реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - нормированный график изменения отношения амплитуд высокочастотного и низкочастотного ультразвуковых сигналов в зависимости от расстояния (вдоль скважин) до контура выработки,ЯО 1613607 А 1 2массивом, Массив проз вучивдют имГ 1 ульсами низкой частоты с помощью излучающего и приемного преобразователей, дискретно перемещаемых в двух параллельных скважинах. Измеряют амплитуды ультразвуковых импульсов. При каждом фиксированном положении преобразователей по глубине скважин контролируемые участки дополнительно прозвучивают ультразвуковыми импульсамивысокой частоты. Затем определяют отношение амплитуд ультразвуковых импульсов высокой и низкой частот. Ноизменению этого отношения с глубинойконтролируют распределение напряжений в массиве горных пород. Отношение амплитуд ультразвуковых импульсов существенно в меньшей степени зависитот качества контактных условий, чемтрадиционные информативные параметрыультразвукового контроля. 2 ил. Схема включает две параллельные скважины 1 и 2, в которые помещены излучающий ультразвуковой преобразователь 3 и приемный ультразвуковой преобразователь 4, которые подсоединены к ультразвуковому прибору 5,Способ осуществляют следующим образом.В кровле, стенке или почве выработки бурят две параллельные скважины 1 и 2 (обычно на расстоянии 0,5-0,8 м одна от другой на глубину до 3-5 м), по которым параллельно перемешают излучающий ультразвуковой преобр зова,тель 3 и приемный ультразвуковой пре 1613(07обрдзондтель 4 дискретно с шагом0 1-0,2Излучающий и приемный преобразователи 3 и 4 должны быть двухчд .тотными,т.е. иметь как минимум дне рабочие(резонансные) частоты - нижнюю Г, иверхнюю Г , Причем информативностьконтроля с увеличением отличия частотГп и Гь возрастает, поэтому значение 10частоты Гн должно быть возможно болеенизким,а частоты Г - возможно болеевысоким. Однако поскольку с уменьшением значения Гн возрастают резонанс -ные размеры ультразвуковых преобразователей 3 и 4, то реально частота Гвыбирается не ниже 40 - б 0 кГц. По -скольку с увеличением частоты Гнозрастает затухание ультразвуковых колебаний, то ее значение выбирается 20максимальным, при котором зондирующийсигнал уверенно регистрируется в точках приема. Обычно этому условию удовлетворяет частота Гб, не превышающая200 крц, 25При каждом фиксированном положениипреобразователей 3 и 4, находящихсяв параллельных скважинах 1 и 2 одинпротив .другого, с помощью ультразвукового прибора 5 возбуждают сначала радиальные низкочастотные колебанияпьезоэлемента преобразователя 3 начастоте ГпС помощью последнего низкочастотный ультразвуковой сигнал излучают в мексквакинное пространство,пройдя которое указанный сигнал принимается приемным преобразователем 4,с выхода которого электрический сигналпоступает на вход ультразвукового при -бора 5, который измеряет амплитуду А(Г ) принятого УЗ-сигнала.Затем с помощью УЗ-прибора 5 возбуждают продольные высокочастотныеколебания пьезоэлемента преобразователя 3 на частоте Г.С помощью преобразонд теля 3 высокочастотный ультразвуковойсигнал излучают н межскзажикпое пространство,пройдя которое указанный сигналпринимдетсл преобразователем 4,Электрический сигнал с выхода последнего поступает на УЗ в приб 5, измеряющийамплитуду этого сигнала,Указанные операции проделываютпри каждом фиксированном положениипреобразователей по глубине скважин11 и 2,На участке массива, прилегающем кконтуру выработки, имеются нарушенияестественной, структуры вследствие ноздействия буронэрыньппх и др "их работ,а также влияния перераспределения горного давления. На э,ом участке затухание ультразвуковых волн максимально,а амплитуды А,(Гн) ь А (Г ) принимаемых ультразвуковых сигналов - минимальны. Причем затухание высокочастотных сигналов здесь существенно преньппает затухание низкочастотных сиг -налов и, следовательно, А (Гнм А(Г ь)На участке массива, соответствую -щем зоне опорного давления, затуха -ние УЗ- си гн алов минимально, соо тн е тственно амплитуды А(Г и) и А(Г)максимальны, причем степень отличияА(ГИ ) и Аг(Г) друг от друга гораздо меньше, чем на участке, примыкающем к контуру выработки.Далее по глубине скважин 1 и 2следует участок сохранного массива(область естественных напряжений), накотором не произошло изменений напряжений и структуры горных пород подвлиянием выработки. Полученные наэтом участке значения амплитуд А,(Г)и А (Г) низкочастотного и высокочастотного сигналов соотносятся междусобой и с амплитудами А(Гн), А,(Гн),А(Гп) и Аг(Гн), полученными на пер -ном и втором участках следующим образом:А(Гп)с А(Гп) Аг(Гн)А (Гн) с А(Г ь) с Аг(Гь)А(Г) ) А(Гн),Затем для каждой из фиксированныхточек контроля получают отношениеА(ГВ)/А(Гд). Совокупность этих отношений в функции от расстояния 1 доконтура выработки (фиг. 2) отражаетхарактер распределения напряжений вокрестности выработки. Причем расстояние 1 на котором отношениеА(Г н) /А(Г н) максиально, соответствует положению максимума зоны опорногодавления.Поскольку коэФфициенты передачиультразвукового сигнала в системахизлучающий преобразователь 3 - массиви массив - приемный преобразователь 4практически одинаковы для высокочастотного и низкочастотного сигналон,то отношение А(Г)/А(Гн) практическине зависит от качества контактных ус -ловий преобразователей 3 и 4 с массивом, Необходимо, чтобы акустическийконтакт оставался постоянным н ходевсего цикла измерений на каждой фик3607 5 б 1 ЛГро цап цй глубице (цикл включает измерения ца высокой и низкой частотах), а также чтобы потери на контактах преобразователей 3 и 4 с массивом были меньше предельных, при которых еше возможна устойчивая регистрация высокочастотного зондирующего сигнала.Экспериментальная проверка способа прогедена на шахте, где добываются блоки пильных известняков.В стенке подготовительной выработки на расстоянии 0,5 м одна от другой в вертикальной ппоскости пробурены две скважины диаметром 42 мм и глубиной 3 м. Излучающий и приемный преобразователи 3 и 4 синхронно перемещались по скважинам 1 и 2 с шагом Ы0,1 м. Резонансные частоты преобразователей 3 и 4 составляли Г =60 кГцН и Г = 150 кГц.Возбуждение излучающего преобразователя 3, измерение амплитуд А (1 н) и А(Гв) принятых ультразвуковых сигналов низкой и высокой частот осуществлялось ультразвуковым прибором УД 2 - 1 б (разработанным 110 "Волна", г. Кишинев). В результате получена совокупность значений Л(Й н) и Л(йь) для каждой фиксированной точки контроля по глубине скважин. Затем были рассчитаны отношения Л(1 в)/А(1 ц) для каждой из указанных точек и построен нормированный график зависимости А(1 )/Л(Г) в функции от расстояния до контура выработки (фиг. 2), который отражает распределение напряжений вокруг выработки. 11 ногократные измерения отношенийАэ)/Л(1 н), приведенные в одних итех же точках, показали, что макси -мальное их отклонение от среднего(полученного по результатам двадцати измерений) не превышает 4-7, н товремя как отклонения Л(1) и Л(ГН )достигали 407. Это подтверждает, что 10 отношение А(1)/А(Г) существенно вменьшей степени (практически ца порядок) зависит от качества контактныхусловий, чем традиционные (амплитудные) информативные параметры ультра ЗВУкового контролЯ,Формула из о бре те ния Способ контроля напряженного сос 20 тояния массива горных пород, включающий проэвучивание массива импульсами низкой частоты с помощью излучающего и приемного преобразователей,дискретно перемещаемых в двух параллельных скважинах, и измерение амплитуд ультразвуковых импульсов, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности за счет уменьшениявлияния контактных условий преобра 30 зователей с массивом, при каждом фиксированном положении преобразователейпо глубине скважин контролируемыеучастки дополнительно прозвучиваютультразвуковыми импульсами высокойчастоты, определяют отношение амплитуд ультразвуковых импульсов высокойи низкой частот и по изменению этогоотношения с глубиной контролируютраспределение напряжений в массиве4 О ГОРных ПОРОД,Составитель М.КитТехред Л,Олийнык крытиям при ГКНЕ АССд 45