УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, ВОЗНИКАЮЩЕГО ПРИ ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИИ ГОРНЫХ ПОРОД Российский патент 1997 года по МПК E21C39/00 G01V3/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для контроля разрушения участков массива горных пород при изменении их напряженно-деформированного состояния.

Известно устройство для регистрации электромагнитного излучения при трещинообразовании горных пород (авт. св. СССР N 1774303,) (кл.G 01 V 3/00), содержащее ферритовый тороидальный сердечник с равномерно намотанной обмоткой и помещенной в металлический экран, который охватывает обмотку частично, оставляя незакрытой обмотку в пределах 65-75^o.

Недостатки устройства заключаются в следующем.

Обмотка с экраном, закрывающим ее на угол 285-295^o, формируют диаграмму направленности антенны, лепесток которой имеет угол 65-75^o, и при этом амплитуда сигнала невелика, что не позволяет проводить регистрацию сигналов малых амплитуд. Кроме того, достаточно большой угол 65-75^o не позволяет проводить локацию сигнала от источника излучения. Еще одним недостатком является невозможность регистрации сигнала, возникающего в других квадратах пространства.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату является устройство для регистрации электромагнитного излучения, возникающего при трещинообразовании горных пород (патент РФ N 2006884), включающее ферритовый тороидальный сердечник с экраном, расположенным на генераторной обмотке, и измерительной обмоткой, расположенной в зазоре между концами генераторной обмотки.

Такое устройство имеет следующие недостатки:
неудобство (нетехнологичность) при изготовлении антенны, т.к. тороидальный сердечник вначале обматывается диэлектрической лентой, затем не нее наматывается обмотка из провода, которая, в свою очередь, также обматывается диэлектрической лентой, после этого такой тороид покрывается металлическим экраном;
невысокая чувствительность устройства в других квадратах пространства, т.к. сигнал от трещин в массиве горных пород может возникнуть в любой точке пространства, измерительная обмотка имеет диаграмму направленности в виде высокочувствительного узконаправленного лепестка.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом изобретении, заключается в повышении чувствительности путем обеспечения возможности регистрации сигнала из любого квадрата исследуемого пространства при одновременном повышении технологичности изготовления устройства.

Эта задача решается тем, что устройство, как и в прототипе, включает ферритовый тороидальный сердечник с генераторной обмоткой, в зазоре которого расположена измерительная обмотка, выполненная из провода более тонкого сечения, чем генераторная обмотка.

Кроме того, в отличие от прототипа, в предлагаемом устройстве зазор имеет протяженность (0,167-0,195)π, генераторная обмотка выполнена в виде навитого на сердечник одножильного экранированного провода, в экранирующей оболочке которого выполнены дополнительные зазоры высотой, равной диаметру этого провода, расположенные от центра измерительной обмотки на p/2, где между витками генераторной обмотки расположены дополнительные витки измерительной обмотки.

Изготовление генераторной обмотки в виде навитого на сердечник одножильного экранированного провода позволяет удобно и технологично выполнить обмотку экрана и зазоры. Такое выполнение зазоров с высотой, равной диаметру провода генераторной обмотки, позволяет свести к минимуму паразитное излучение, возникающее от различных надрезов в проводе и экране, что препятствует расширению диаграммы направленности узкого пространственного "лепестка" и повышает чувствительность устройства.

Размещение между витками генераторной обмотки дополнительных витков измерительной обмотки позволяет создать дополнительные узко направленные высокочувствительные объемные "лепестки" диаграммы направленности, что позволит внутри этих "лепестков" регистрировать сигналы малых амплитуд.

Размещение зазоров на расстоянии, равном π/2 от центра измерительной обмотки, позволит равномерно разместить дополнительные витки измерительной обмотки в контролируемом пространстве, что сводит к минимуму возможную потерю информации.

На чертеже изображено устройство для регистрации электромагнитного излучения, общий вид, с соответствующей диаграммой направленности (пунктирные линии).

Устройство для регистрации электромагнитного излучения при трещинообразовании горных пород состоит из ферритового тороидального сердечника 1 с навитым на него одножильным экранированным проводом 2, включающим генераторную обмотку 3 с экранирующей оболочкой 4, в зазоре 5 этой обмотки расположена измерительная обмотка 6, зазоры 7 и дополнительные витки 8 измерительной обмотки, размещенные между витками генераторной обмотки.

Устройство работает следующим образом.

Известно, что динамические проявления в массиве горных пород приносят значительный ущерб горнодобывающей промышленности как в моральном, так и в материальном плане. В связи с этим, в последние годы уделяется большое внимание развитию контроля и прогноза динамических проявлений, одним из которых является метод регистрации ЭМИ. Этот метод основан на регистрации ЭМИ, сопровождающего возникновение и рост трещин. Предлагаемое устройство позволяет, кроме того, проводить локацию сигнала в подземных горных выработках, т.е. определять направление на очаг разрушения.

На угрожаемом по динамическим проявлениям участке массива вдоль выработки проводят профилирование и измерения ЭМИ, например, через 15-20 мин. При этом измерительное устройство располагают по отношению к стенке выработки так, чтобы измерительная обмотка 6, намотанная на ферритовом тороидальном сердечнике 1, находящаяся в зазоре 5 генераторной обмотки 3, была направлена параллельно стенке выработки, а дополнительные витки 8, размещенные на π/2 от центра измерительной обмотки 6, располагались перпендикулярно стенке выработки, так как все витки измерительной обмотки имеют достаточно узкую и высокочувствительную диаграмму направленности, то подключенный к выходу устройства трехканальный регистратор регистрирует все три сигнала ЭМИ и их амплитуды. После этого по уровню наибольшего сигнала определяют направление на источник излучения, что позволяет проводить с большой точностью обнаружение места интенсивного трещинообразования.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, проект N93-05-08642.

Использование: для контроля разрушения участков массива горных пород при изменении их напряженно-деформированного состояния. Сущность изобретения: устройство для регистрации электромагнитного излучения при трещинообразовании горных пород содержит ферритовый тороидальный сердечник, генераторную обмотку в виде навитого на сердечник одножильного экранированного провода и размещенную в ее зазоре измерительную обмотку. В экранирующей оболочке провода генераторной обмотки выполнены зазоры высотой, равной диаметру провода, которые расположены от центра измерительной обмотки на расстоянии π/2 , где между витками генераторной обмотки размещены дополнительные витки измерительной обмотки. Зазор генераторной обмотки выполнен протяженностью 0,167-0,195)π. 1 ил.

Устройство для регистрации электромагнитного излучения, возникающего при трещинообразовании горных пород, включающее ферритовый тороидальный сердечник, генераторную обмотку в виде навитого на сердечник провода с экраном и размещенную в ее зазоре измерительную обмотку, отличающееся тем, что зазор генераторной обмотки выполнен протяженностью (0,167-0,195)π, генераторная обмотка выполнена из одножильного экранированного провода, в экранирующей оболочке которого выполнены зазоры высотой, равной диаметру экранированного провода, причем зазоры в экранирующей оболочке генераторной обмотки расположены от центра измерительной обмотки на расстоянии π/2, где между витками генераторной обмотки размещены дополнительные витки измерительной обмотки.