Способ возбуждения упругих волн в массиве горных пород

(19) 1 А 3/ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ЛЬСТ ВИД ВТОРСИОМ теристиками волн произв величины и емых упругихм регулированисти импульсаающего магии длитель сти возб ул ым ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКР 1 ТИй(71) Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт (72) В.С. Ямщиков, В.Л. Шкуратник, В.Н. Данилов и А.З. Вартанов (53) 622.02.531 (088.8)(56) Ржевский В.В. и Ямщиков В,С. Акустические методы исследования и контроля горных пород в массиве. М.: Недра, 1973, с. 167.Там же, с, 145.(54)(57) 1. СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ УПРУГИХ ВОЛН В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий создание в локальной области массива горных пород механических напряжений, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения стабильности возбуждения и управления характеристиками возбуждаемых упругих волн, в локальной области создают электропроводящую область с проводимостью не менее 2.10 (Ом;м) и воздействуют на нее имп ьсным квазистационарным . магнитн полем, а управление харакб 1) 4 Е 21 С 39/00 ф С напряженчо ужд тного поля.2. Способ по п, 1, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что электропроводящую область создают путем образования полости, в которой закреп" ляют металлическую пластину толщиной 10 - 50 мм.3. Способ по п. 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что электро- проводящую область создают путем образования полости, в которую помещают короткозамкнутую электропроводящую катушку, плоскость витков которой параллельна локальной области массива, а затем заливают полость твердеющим компаундом.4. Способ по п. 1, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что электропрово-. дящую область выполняют в виде клина, одна сторона которого расположена вдоль локальной области массива, а другая образует с ней уголо1195004 гв локальном участке массива 1, прилегающего к электропроводящей области 2. Последние приводят к образованию упругих волн в массиве 1.Проводимость электропроводящейобласти должна быть не ниже2 10 (Ом.м) , так как в противномслучае (как показали экспериментальные исследования) уменьшаетсяамплитуда возбуждаемых упругих волн,в результате уменьшения наводимых вобласти 2 вихревых токов.Амплитуду возбуждаемой упругойволны регулируют путем изменениярасстояния между индуктором 3 ипроводящей областью 2 в диапазоне0 - 20 мм, что приводит к уменьшению амплитуды излучаемой волны в15-20 раз (фиг. 5).Кроме того, амплитуду возбуждаемой волны регулируют, изменяя разрядное напряжение конденсаторовнакопительного узла 4, Увеличение,разрядного напряжения от 900 до1600 В приводит к увеличению амплитуды возбуждаемой упругой волны примерно в 6 раз (фиг. 6),Длительность возбуждаемого упругого импульса регулируется путем изменения с помощью блока 5 управлениявеличины емкости конденсаторов накопительного узла 4. При этом длительность импульса изменяется пропорционально корню квадратному из величины емкости накопительных конденсаторов (фиг. 7).Электропроводящую область 2 создают например, путем образованияна поверхности массива 1 локальнойполости 6 и закрепления в ней металлической пластины 7 с помощью анкеров 8 и 9 и цементного раствора10 (фиг. 2). Оптимальная толщинаэлектропроводящей области 2 1 = 1050 мм, так как при толщине менее10 мм существенно падает амплитудавозбуждаемой упругой волны на низких частотах, где толщина электропроводящей области становится меньше скин-слоя; ницаемость;проводимость;круговая частота. Изобретете относится к горному делу и может быть использовано для возбуждения упругих волн при контроле свойств и состояния массива горных пород. 5Цель изобретения - повышение стабильности возбуждения и управление характеристиками возбуждаемых упругих волн.110На фиг. 1 представлена схема реализации данного способа; на фиг,2- 4 - возможные варианты создания. электропроводящей области массива; на фиг, 5 - экспериментально полученная зависимость относительной амплитуды 1 возбуждаемой волны от расстояния между внешним возбудителем квазистационарного импульсного магнитного поля (индуктором) и электропроводящей областью . массива; на фиг,6 -0 экспериментально полученная зависимость относительной амплитуды возбуждаемой в массиве упругой волны от разрядного напряжения батареи конденсаторов накопительного устройства; на фиг, 7 - экспериментальная зависимость относительного изменения длительности упругого импульса, возникающего в массиве, от емкости конденсаторов накопительного узла.30Способ осуществляется следующим образом.В локальном участке массива 1 создают электропроводящую область 2 с7 -4, проводимостью не менее 2"10 (Ом м) 35 рядом с которой на расстоянии 1, = 0- 20 мм располагают индуктор 3, на который производят разряд запасенной в накопительном узле 4 электроэнергии, Накопительный узел 4 представ ляет собой например, батарею конденсаторов. Длительность и амплитулу разрядного импульса с накопительного узла 4 регулируют блоком 5 управления путем коммутирования раз личного количества конденсаторов накопительного узла 4 и изменения зарядного напряжения на них.В результате разряда конденсаторов накопительного узла 4 на катуш ку индуктора 3 в электропроводящей области 2 создается импульсное квазистационарное магнитное пбле, что приводит к возникновению в области 2 вихревых токов, взаимодействие маг нитного поля которых с магнитным полем индуктора 3 обусловливает появление механических напряжения где Ь - толщина скин-слоя; О - абсолютная магнитная проз 1Увеличение толщины электропроводящей области более 50 мм нецелесообразно, так как это не приводит к дальнейшему увеличению амплитуды возбуждаемых упругих волн и усложняет технологию изготовления этой области.Диаметр электропроводящей области й должен составлять 1,2-1,6 диаметров индуктора, Уменьшение диаметра электропроводящей области менее 1,2.диаметров индуктора нецелесообразно, так как это приводит к уменьшению амплитуды возбуждаемых упругих волн в связи с тем, что часть энергии магнитного поля будет рассеиваться в окружающих породах, не взаимодействуя с электро" проводящей областью малых размеров. Увеличение диаметра электропрово-дящей области более 1,6 0 индуктора не приводит к возрастанию амплитуды возбуждаемых упругих волн, но усложняет технологию изготовления данной области. Пластина 7 мо- жет закрепляться и непосредственноиа поверхности массива, однако при этом несколько снижается жесткостьее в связи с массивом, что приводит к уменьшению излучаемой мощности,Электропроводящая область 2 (фиг.З) может быть также создана нутем образования на поверхности массива 1 полости 6, в которую помещают короткозамкнутую электропроводящую катушку 11, плоскость витков которой параллельна свободной поверхности массива 1, заливаемую затем отвердевающим компаундом 12. Катушка изготавливается из металлической проволоки с хорошей проводи 195004 4мостью, например медной,.и должна посвоим геометрическим и намоточнымхарактеристикам, как показали экспериментальные исследования, бытьподобной катушке индуктора 3. Например, катушка 11 с внутренним диаметром 2,5 см и внешним диаметром5 см может содержать 50 витков медного провода диаметром 2 мм. Из 1 О готовление указанной электропроводящей области несколько сложнее,чем описанной выше, однако такойспособ изготовления электропроводящей области позволяет возбудить уп-ругие волны с большими на 20-307амплитудами, что объясняется увеличением индуктивности электропроводящей области, а следовательно, инапряженности магнитного поля самоиндукции.Электропроводящая область 2(фиг. 4) может быть выполнена в виде клина 13, одна сторона которогорасположена вдоль свободной поверху ности массива, а другая образует сней угол 45 , при этом линейныеразмеры плоскости клина, параллельной свободной поверхности массива,должны быть такими же, как у области, изображенной на фиг. 2, т.е.составлять 1,2-1,6 диаметра индуктора.Использование такой формы электропроводящей области позволяет 35возбуждать интенсивную сдвиговуюволну, распространяющуюся в направлении, нормальном свободной поверх-ности массива, которая создаетсятангенцнальной компонентой Р, возбуждаемой механической силой Р1195004 оо а ЧО Составитель Г. Алексеевн Техред А.Бабинеи Редакто оррект Черн сное го ко ии и о аушска ент", г. Ужгород, ул. Проекты иал ППП Заказ 7393/36 ВНИИ и 113035