Способ измерения физических свойств массива горных пород

(72) Авторы изобретения В, С, Ямщиков к А, В, Шабельников Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт(71) Заявитель 154) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД Изобретение относится к способам измерения (и контроля) физических свойств массива горных пород, в частностипрочности и электрических параметров горных пород ( проводимости, диэлектрической и магнитной проницаемости, модулей сжатия, растяжениясдвига и пр.) низкочастотными геофизическими методами в процессе ведения горно-добычных работ и может быть использовано в геофизических измерениях и исследованиях низкочастотных электромагнитных и вкус ;тических полей в условиях присутствия про мышленных помех высокой интенсивности, а также в других областях народного хозяйства: в энергоснабжении при поиске трасс подземных кабелей, в нефтяной и газовой промышленности для поиска подземных трубопроводов,Известно, что для косвенного изье- рй рения и контроля физических свойств массива горных пород применяются спо собы, основанные на геофизических м тодах, В большинстве используемых способов генератором переменного тока возбуждают в массиве электромагнитные или акустические колебания и измераот в месте приема амплитуды или фазы возбуждаемых колебаний, прошедших через массив горных пород, По известным соотношениям, которые связывают измеренные амплитудно-фазовые характеристики сигналов с параметрами горных пород, определщот и контролируют физические свойства массива, причем от точности и надежности измерения принимаемых сиг налов зависит точность и надежность оценок искомых параметров.Известна система для решения задач геоэлектроразведки с к:пользованием синхронных генераторов и непосредствен но соединенных средств сравнения 11.Генератором переменного тока возбуждают в земле низкочастотное электрвческое поле одной частоты и измеряют в месте приема емплитудно-фаэовые характеристики возбуждаемых колебаний приемным устройством, Частоту опорвго714 327 ля приемника выбирают равной частотепеременного тока генератора 2.Недостатком этих устройств является 15Фо, что в них частоту йеременноо токагенератора и опорных колебаний смеси " "теля "приемника Стабйлиэйруюткварцевымрезон, тором (часами), и, следовательно,:полосу пропускания приемника жесткозекрецляют на оси частот, В этом случае промышленные помехи от работающих машин и механизмов, обладая собственной нестабильностью, йбИЩают"в полосу пропускания приемника, что искажает результаты измерений и приводитк неправильной оценке состоянйя масси-вавНаиболее близким является способизмерения электромагнитных параметров=" "массй 6"горнйх пород, в котором генератором переменного тока возбуждают вмассиве два электромагнитных колеба - ййя с поСтоянйой разносты их-частот втечение всего периода модуляции. В месте приема измеряют изменение величины/разностной часто-,"ы "сигнала в течениепериода модуляции, по которому судят обисследуемых электрических параметрахгорных пород, приемным устройством,в которбм частота опорного сигнала смесителя приемника равна разностной частоте колеоайий, возбуждаемых в массивегенератором переменного тока ИНедостатком данного способа является то, что в массиве возбуждают частотномодулированные колебанЗя и следо.вательно, производят измерение пара" метров сигнала приемником с широкойполосой пропускания. В условиях ведения 20 параметры горных пород, а по их изме 40 нению осуществляют контроль за состоянием массива,что частоту переменного тока генератора 45и опорных колебаний смесителя приемника формируют из сигналов спектральных составляющих промышленных помех,существующих в месте возбуждения иприема акустических или электромаг Янитных колебаний. За счет этого получают синхронное изменение частоты генератора иопорных колебаний смесителяприемника с изменением частоты помех,В известных способах частоту пере менного тока генератора и опорного сиг нала смесителя приемника формируютместными генераторами, фиксированнаяили переменяя частота которых несвязана с частотой помех. 3сигнала смесителя приемника берут раьной частоте переменного тока генератора. Известно также устройстно для изме.рения Йзменений периодическтсс сигналов на фоне шумов в системе вызванной поляризации, где генератором периодических сигналов возбуждают в среде электромагнитные колебания одной частоты и измеряют в месте приема амплитуднофазовые характеристики возбуждаемых колебаний приемным устройством, в котором частоту опорного сигнала смеситегорйо-добычйых работ в широкую полосу" прЖускапия" прйемпика попадают сигналы"="сйектралсныХ состамяюших" промышлен ййх йомех, интенсивность которых частопрИвьлйабт аййлитуду полезном сигнала,Интерпретация результатов измерений Щйййаейъх"сйгналов и оценка состоя ния массива горйых пород в этом случае Лк ошибочным результатам.Цль предлагаемого изобретения - исключение влияния промышленных помех от работающих машин и механизмов на измеряемые характеристики принимаемых колебаний.Для этого, используя промышленные помехи, присутствие которых в месте возбуждения и приема колебаний рассматривается как положительный фактор, фил труют сигналы спектральных сос тавляюших помех, делят частоты этих составляющих на их удвоенный порядковыйномер и умножают в нечетное число раз; полученными сигналами возбуждают в массиве горных пород электромагнитные или акустические колебания, а также используют их в качестве опорных сигналов, и по результатам измерений судят о физических свойствах массива горных пород.В данном способе генератором переменного тока возбуждают в массиве акустические или электромагнитные низкочастотные колебания в зависимости от применяемого метода, причем работуведут на одной или нескольких частотах. Приемником измеряют в месте при-.ема информативные характеристики возбуждаемых колебаний прошедших черезмассив амплитуду, фазу ( время задержки) или то и друже вместе. Ч.лстоту опорного сигнала смесителя приемника выбирают равной частоте генератора. Позначениям измеренных характеристик определяют прочностные и электрические Существенным отличием предлагаемого способа от известных является то,(2)где + ь р -абсолютная нестабильность рабочей частоты, оставаясь при этом все время между спектральными ооставляюшимя помех (фиг. 1 г). В результате устраняют попадание спектральных состввпаоших помех , при их любых частотных колебаниях + Ьв полосу пропусквния приемника, настроенную на частоту %Р, и исключают влияние помех яв амплитудно-фвэовые характеристики измеряемого сигнала. В известных способах помехи из-эа собст Венной нестабильности попадают в полосу пропускания приемника, настроеннук В предлагаемом способе частоту гейератора и опорных колебаний смесителяприемника формируют иэ дискретногоспектра промышленных помех, для чегоиз спектра выделяют спектральную составляющую, например, 50 Рк, делят чвстоту выделенной составляющей на ееудвоенный номер и умножают в нечетноечисло раз. Путем такого преобразованиярасполагают рабочую частоту генератора 1 Ои частоту настройки приемника междуспектральными составляющими помех прилюбой нестабильности последних и темсамым исключают влияние спектральныхсоставляющих помех наизмеряемыехарактеристики принимаемых юлебаний.В предлагаемом способе цомехи специально пропускают в генератор и при,емник, формируют из них рабочие частоты,.тогда как в известных способах помехиподавляютна входе приемника или впроцессе обработки сигналов.На фнг. 1 представлены спектры помех к рабочих сигналов, поясняющиепредлагаемого изобретения. На фиг. 1 апоказаны спектральные составляющиепромышленных помбх; на фиг. 16 доказано перемещение помех но оси частотиз-за собственной частотной нестабильности; на фиг. 1 в отражена процедураформирования рабочей частоты генера.тора и приемника из промышленных помех, .показаны на фиг. 1 г, Спекрты помех мрабочего сигнала при достижении пели.35На- фиг. 2 изображена блок-схема .устройства для реализации предлагаемогоспособа.Устройство содержит электроды 1,погруженные в массив для приема сиЬвалов помех, полосовые фильтры 2 помеху генератора и приемника, усилитель 3,делители 4 частоты помехи, умножители5 частоты помехи; полосовые фильтры 6сформированных рабочих частот генератора и приемника, усилитель 7 ьюшностигенератора, электроды 8 генератора иприемника для возбуждении и приемаэлектрнческих колебаний, усилители 9,полосовой фильтр 10 приемника, Юстро 9енный на принимаемые колебания, смеситель 11 приемника, стрелочный 12яндикатор, блок 13 автоматичесюй регулировки усиления, местные генраторы 14 в генераторе и приемнике,ключи 15 включения местных генервторов.Сущность предлагаемого способа ю- .ясняется следующим образом. 327 6В массиве горных пород возбуждают поле генератором переменного тока, который располагают в горной выработке на некотором расстоянии от приемника. Иэ дискретного спектра промышленных помех, существующих в массиве, селективными цепями выделяют спектральную составляющую, желательно высокой ин тенсивности, например Хк (фиг. 1 а). Для формирования рабочей частоты генера. тора и равной ей частоты опорных коле баний смесителя приемника выделенную составляющую помех делят на ее удвоен ный номер и умножают в нечетное число раз. Таким образом, в генераторе и приемнике нвд частотой выделенной спек тральной составляющей помехпроизводят операцщо:р ц, 1 Й 1 ф 11 г(1)где х рабочая частота генератораи опорных колебаний смесителя приемника;К - порядювый номер спектральной составляющей помех;К=1,2,И.- любое целое число, О,1,2,Числа К и И выбирают такими, чтобы рабочая частота генератора приняла знв чение, необходимое для данного метода контроля массива горных пород. Этим ;нреобраэованием рабочую частоту генерв тора и опорных колебаний смесителя при емника располагают строго между спектральными составляюшями помех (фиг. 1 в). Если помехи имеют частотную не стабильность ф ь, (фиг. 16), то рабочая частота также нестабильна и может кзменяться в диапазоне;