Способ акустического определения неоднородности массива вблизи выработки

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советских Социалистических РеспубликЗависимое от авт. свидетельства М -Заявлено 09.Ч,1970 ( 1415556/26-25)с присоединением заявки Хо -Приоритет -Опубликовано 07.111.1972, Бюллетень чо 9Дата опублцковашя описания 21.Ч,1972 С 01 ч 1/40Е 21 Ь 47/00 Иомитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРУДК 530.834:622,241 (088.8) Авторызобретения мщиков, В. В, Сорокин и И. Г. Абдульмано Московский, ордена Трудового Красного Знамени горный институт вител 1 СОБ АКУСТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТИ МАССИВА ВБЛИЗИ ВЫРАБОТКИ 1Изобретение относится к области акустических исследований горных выработок.Известны способы обнаружения неоднородности массива и ее размеров. Этц способы основаны на возбуждении упругих волн в массиве, приеме отраженных от неоднородности волн и измерении цх характеристик.физическая сущность способов состоит в следующем.Пусть в однородной среде присутствует область, характеризующаяся другими физическими параметрами. Для определения ее местоположения ц размеров с помощью направлепного источника возбуждают в среде упругие колебания ц принимают отраженные от указанной области волны. Измеряя время распространения отраженных волн, горизонтальные и вертикальные углы излучения и приема, определяют по известной скорости упругих волн в контролируемой среде местоположение этой неоднородности.Одним из основных факторов, ограничивающих точность указанных способов, является направленность акустических преобразователей. Направленность зависит от отношения линейных размеров рабочей поверхности преобразователя к длине волны. Для одного и того же преобразователя направленность увеличивается с повышением частоты упругих волн. Однако, затухание упругих волн в горных породах увеличивается с повышением частоты и, следовательно, уменьшаются размеры контролируемого участка.Другим оостоятельством, снижающим точность рассматриваемых способов, является то, что скорость распространения упругих волн в контролируемом участке массива известна с небольшой точностью, Это вызвано тем, что скоростные характеристики массива обычно 10 определяют путем измерений на образцах илица малых базах в массиве.В известных способах не используютсясвойства некоторых ооластей массива - лучше переносить энергию упругих волн посрав 1 з нению с прилегающими к нцм областями.Следствием этого является то, что возможен эффективный контроль относительно малых участков массива.С помощью предложенного сособа можно 20 не только производить с высокой точностьюконтроль состояния больших участков масси.ва с использованием относительно высоких частот, но ц определять неоднородность массива вблизи горной выработки, Основан этот способ на регистрации амплитуд упругих волн, отраженных от неоднородности, приемниками, расположеннымц на поверхности выработки,В массиве выработки определяют положение звукопровода, возбуждают упругие колезо банця нужной частоты в звукопроводе, обра 3313633зованном областью повышенного напряжения,и принимают их множеством приемников, расположенных на поверхности выработки. Граница неоднородности определяется с приемников по уровням сигналов, которые достигаютнекоторой пороговой величины, после общегоспада уровня сигналов на приемниках, находящихся ближе к источнику упругих колебаний.Частью способа является возбуждение взвукопроводе упругих волн, частота которыхвыбирается из условия наименьшего значениякоэффициента затухания при условии существования звукопровода,Точность предложенного способа зависитот выбора частоты упругих волн, но на неене влияет точность определения скорости упругих волн в контролируемом участке массива.С приемников на поверхности выработкинепосредственно получают контур границ неоднородности.Область повышенного напряжения располагается на определенном расстоянии от поверхности выработки для каждого конкретного случая, поэтому точность определенияместоположения неоднородности массива повышается по сравнению с известными способами.На фиг. 1 показан разрез массива вблизивыработки; на фиг. 2 дан график зависимостискорости распространения упругих волн в массиве от расстояния области измерений до поверхности выработки; на фиг. 3 - график зависимости коэффициента затухания упругихволн в массиве от расстояния области измерений до поверхности выработки (зависимостьскорости распространения и коэффициента затухания упругих волн исследовалась в натурных условиях); на фиг. 4 в граф зависимости амплитуд электрических сигналов на выходах приемников, расположенных на поверхности выработки, от их расстояния до источников упругих волн; на фиг, 5 изображена решетка приемников на поверхности выработки,ограниченная цепочками излучателей.Массив вблизи выработки содержит зону 1нарушенных пород, зону. 2 повышенного напряжения, зону 3 нетронутого массива и шнуры 4 и 5 (пунктиром показаны условные гра.ницы между тремя названными зонами).Предложенным способом можно обнаружитьнеоднородность б массива типа трещины,включения другой породы и т, д. Граница неоднородности может пересекать границу илиграницы зоны повышенного напряжения, смещать границу нли границы зоны повышенного напряжения, находиться внутри зоны повышенного напряжения. Следовательно, данным способом можно обнаружить неоднородность, связанную с зоной повышенного напряжения. В шпуры помещены источники 7 и 8упругих колебаний. Источники могут быть импульсного или непрерывного действия. На поверхности выработки размещены в виде це 5 10 15 20 25 зо 35 4 О 45 50 55 6 О 65 4почки приемники 9, 10, 11, 12, 18, 14, 15, 1 б и 17 упругих колебаний. В общем случае приемники располагают на поверхности выработки в виде решетки, образованной рядами однотипных цепочек. Для простоты ниже рассматривается цепочка приемников. Обобщение на случай решетки приемников не вызывает затруднений. Приемниками могут служить преобразователи пьезоэлектрического,магнитострикционного, динамического и других типов.(Стрелками схематично показаны пути, покоторым происходит распространение упругих волн в массиве).Решетка приемников 18 на поверхностивыработки ограничена цепочками излучателей 19 (пунктиром 20 соединены приемники сбольшими уровнями сигналов, по сравнениюс приемниками, расположенными ближе и излучателю в каждом ряду решетки),На фиг. 4 пунктиром показана амплитудасигналов при излучении в шпуре 4, сплошнойлинией - амплитуда сигналов при излучениив шнуре 5,Источники 7 и 8 упругих колебаний помещают в шнуры 4 и 5, пробуренные в стенкевыработки. На поверхности выработки междушпурами устанавливают цепочку приемников9 - 17 упругих колебаний, регистрирующихамплитуды смещений частиц среды. Электрические сигналы с выходов приемников подаются после усиления (или без него) на входрегистрирующего устройства. В качестве регистрирующего устройства можно использоватьэлектронный осцилограф или вольтметр. Еслииспользуют приемники динамического типа,регистрирующие колебательную скорость, тосигналы с их выходов подаются на интегрирующее устройство. С выхода интегрирующего устройства сигнал, соответствующий амплитуде колебаний частиц среды, подается нарегистрирующий прибор.Излучатели устанавливают приблизительно на оси области повышенного напряжения,Местоположение указанной области находятэкспериментально путем прозвучивания массива на малых базах и определяют его по наибольшей скорости распространения упругихволн и их наименьшему затуханию,Упругие волны, возбуждаемые источником 8, распространяются во все стороны. Ско.рость их распространения при удалении от осизвукопровода в данном случае уменьшается,поэтому наблюдается явление рефракции волнв окружающее пространство. После выходаиз области звукопровода упругая волна распространяется в сильно трещиноватой среде сбольшим затуханием, Чем больше расстояние,проходимое волной в указанной среде, темменьше ее энергия. Например, волна, проходящая к приемнику 15, обладает меньшейэнергией, чем волна, пришедшая к приемнику 1 б, В результате этого амплитуда сигналовна выходе приемников убывает по мере удаления от излучателей.5Если в области звукопровода имеется неоднородность, то на ее границе с указанной областью происходит рассеяние упругих волн. Часть волн отражается обратно к источнику и распространяется по звукопроводу, а часть рефрагирует в окружающее пространство. Отраженные от границы неоднородности волны регистрируются приемниками, Энергия рефрагированных волн, доходящих до поверхности выработки, достаточно велика, так как распространение волн до встречи с неоднородностью происходит с малым затуханием, и путь, проходимый этими волнами после рассеяния на неоднородности, в среде с большим затуханием, мал.Может оказаться, что источник 7 будет помещен близко от неоднородности, В этом случае энергия прямых волн, доходящих до стенки выработки, будет превышать энергию отраженных от неоднородности волн и обнаружить ее можно только при прозвучпванип массива поочередно в двух противоположных направлениях. Например, если при прозвучивании массива в одном направлении получен всплеск сигнала при удалении от источника, а при прозвучивании в другом направлении всплеска не обнаружено, то для выявления гранц неоднородности необходимо увеличить рассстояние между источниками, перемещая второй пз них, и снова произвести измерения. Таким образом находятся две точки на линии приемников, по которым определяют две точ ки границы неоднородгОсти. Помещая на стенке выработки решетку из приемников и производя прозвучивание массива излучателями, расположенными в двух ее рядах, поочередно в двух направлениях, получают на поверхности выработки контур участка, по которому судят о размерах и форме границы неоднородности.От частоты упрупх волн зависят размеры контролируемого участка и чувствительность предлагаемого способа, При использовании 331353низких частот, размеры участка увелпчцваются, но одновременно увеличивается и то мин 1 длыгое 1)асстояние, на кот 01)ом ъожет быть обнаружена неоднородность. Это вызва 5 но тем, что эффект звукопровода слаоо выражен на низки частота. Для высоких частот размер мертво зоны уменьшается, так как эффект звукопровода выражен ярко, Однако размеры контролируемого участка уменьшао ются, хоть и в меньшей степени. Нз-за сильного затуханпя волн в массиве.В предлагаемом методе частота упрупгхволн выбирается из условия наименьшего значения коэффициента здтуанни при услоЗ виц существования звукопровода.Предмет нзооретснця1. Способ акустического определения не 20 однородности массива вблизи выработки, заключающийся в том, что в массиве возбуждают упругие колебания и регистрируют амплн.туды отраженных от неоднородностей упруги волн группой приемников, расположенны в25 определенном порядке на поверхности выработки, от.гачагоинггся тем, что, с целью повышения точности и надежности измерений, в области горной выработки предварительно определяют положение звукопровода, образо- ЗО ванного областью повышенных напряжений,локализованной вблизи выработки, возбуждают упругие колебания Определенной частоты в звукопроводе ц по уровням сигналов, принятых приемникам 1, достигающи пороговых веЗЗ личин, на поверхности выработки оггредсляютучасток, по размерам и форме которого определяют размер и форму неоднородности.2. Способ по и. 1, От.гггчаюцггг 1 с.ч тем, что,С ЦЕЛЫО ВЕЛПЕН 1 Я ПРОТЯЖЕН 110 СТ 11 КОНТРО,111 г 0 руемого участка, частоту упрупгх волн определяют в соответствии с наименьшим значением коэффициента затухангя упругих волн в звукопроводе.е е е ) е ее,е е ь е е е е е е е е е ОЪ,5 Составцтель Э, Тереховадактор Т. Рыбалова Техред Л. Богданова Корректор Л. Бадыла Заказ 1553ЦНИИПИ Комитета п исное агорская тппографи е е Т е-20 еее е е Изд.308делам изобретений и отк Москва, Ж, Раушская Тираж 448 Поытий при Совете Мпнистро наб., д. 4/5