СПОСОБ ГЕОФИЗИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ГОРНОГО МАССИВА Российский патент 1997 года по МПК G01V1/00 G01V9/00 

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано в горной промышленности для исследования и обеспечения контроля зарождающихся процессов, склонных к динамическому проявлению.

Известен способ, в котором выделяют моменты вступления волн различного типа, задают зону контроля в пределах диаграммы приема, а затем регистрируют сигналы с разностью между моментами первого вступления и моментами вступления волн другого типа, определяемой этой зоной [1]
Недостатком такого способа является то, что не учитывается энергия акустических сигналов, а сложность разделения при приеме различных типов волн в неоднородной среде снижает достоверность и надежность контроля.

Наиболее близким к изобретению является способ, в котором весь контролируемый массив разделяют на характерные микрозоны, в каждой из которых вводится дифференцированный подсчет суммарной энергии акустических сигналов, и по превышению определенного суммарного количества судят об изменении состояния контролируемого массива [2]
Однако выбор характерного числа для сравнения с ним количества сигналов акустической эмиссии заданной энергии не является с точки зрения оправданным (выбор характерного числа производится из экспериментов, которые повторить нельзя, т.к. массив уже приобрел другую степень трещиноватости, другие напряжения и их ориентацию и пр.), что делает способ нечувствительным к слабым геофизическим изменениям в массиве.

Заявленное решение направлено на повышение чувствительности и достоверности геофизического контроля состояния горного массива.

Поставленная задача достигается тем, что в способе, заключающемся в разбиении всего контролируемого массива на микрозоны, выборе уровней и размеров градаций контроля сигналов акустической эмиссии в каждой микрозоне, оценку среднего значения и дисперсии принятых сигналов акустической эмиссии проводят в разные по времени и одинаковые по объему интервалы на различных уровнях в каждой микрозоне, а о произошедших физических изменениях в массиве судят по выполнению неравенства
R_pq< F_α(1,l_m -1),
где



R_pq статистика p-уровня q-микрозоны;
оценка дисперсии актов акустической эмиссии в подинтервале, из которых состоит T_k;
F_α верхний a-предел F-распределения со степенями свободы 1 и l_m-1; где a уровень значимости;
T_k k-й временной интервал;
количество актов акустической эмиссии в подинтервале, из которых состоит T_k;
l_m объем выборки на m-м уровне;
m уровень, по превышению которого фиксируются события,
и по выполнению неравенства судят о произошедших физических изменениях в массиве.

Суть предлагаемого способа заключается в следующем.

В качестве информативных параметров потока акустической эмиссии (АЭ) выбираются наиболее полно отвечающие его статистической природе математическое ожидание и дисперсия числа событий. При этом весь массив разбивается на подмассивы, каждый из которых в отдельности соответствовал бы определенному одинаковому временному интервалу. В качестве отдельного наблюдения выбирается число зарегистрированных актов АЭ на выбранном уровне в единицу времени. Критерием выбора интервала отдельного наблюдения является нижняя граница объема выборки, при которой правомерно применять асимптотические методы классической математической статистики.

Далее по выборкам одинакового объема необходимо оценить неизвестные значения параметров потока и по найденным оценкам определить наличие тренда. Для этого на каждом уровне и в каждой микрозоне определяется статика R_pq по формуле

где

R_pq статистика p-уровня q-микрозоны;
оценка дисперсии актов акустической эмиссии в подинтервале, из которых состоит T_k;
T_k k-й временной интервал;
количество актов акустической эмиссии в подинтервале, из которых состоит T_k;
l_m объем выборки на m-м уровне;
m уровень, по превышению которого фиксируются события.

Затем проводят сравнение по формуле ^Rpq^<Fα^(1,lm ^-1), где F_α верхний a-предел F-распределения со степенями свободы 1 и l_m-1 (берется из таблицы).

Если значение R_pq превышает заданный порог, то имеет место быть тренду. В противном случае считают, что это различие вызвано исключительно случайными эффектами и поэтому тренд отсутствует.

Натурные испытания предложенного способа проводились по нашим материалам акустоэмиссионного контроля отдельных блоков на шахте Таштагольская. Контролировался блок, находящийся в непосредственной близости с отрабатываемым на горизонте 210 м (глубина от поверхности около 1000 м ). Для этого была использована специально разработанная аппаратура "Вектор-13", позволяющая определять координаты источников АЭ в массиве горных пород. Приемные датчики позволяли вести прием сигналов АЭ в относительно большом динамическом диапазоне. Был выбран порог 30 дБ, по превышению которого сигналы АЭ считались зафиксированными как событие. Эти два ограничения (выбранный порог и фиксация событий АЭ только из заданной микрозоны 70х70х70 м ) позволяют наиболее корректно провести натурные эксперименты.

Период контроля охватывал время с апреля по сентябрь включительно. Непрерывно в течение всего этого времени фиксировались события АЭ согласно приведенным ограничениям. Весь массив данных за шесть месяцев наблюдения был разбит на подмассивы, каждый из которых в отдельности отвечал временному интервалу длительностью в один месяц. В качестве результата отдельного наблюдения было принято число зарегистрированных событий АЭ на заданном уровне за сутки. Результаты расчетов R_pq приведены в таблице.

Из сравнения найденных R_pq по приведенному критерию можно сделать вывод о наличии тренда в течение всего наблюдаемого периода. Постоянное перераспределение горного давления в контролируемом блоке вызывает появление новых и укрупнение уже имеющихся трещин, т.е. вызывает изменение степени трещиноватости массива в целом и, как следствие, изменение акустоэмиссионной обстановки, которую фиксируют технические средства.

Таким образом, приведенный критерий способен выявить наличие тренда, тогда как известные методика и расчеты не обнаружили какие-либо изменения в массиве.

Использование: в горной промышленности для исследования и обеспечения контроля зарождающихся процессов, склонных к динамическому проявлению в массивах горных пород. Сущность изобретения: оценивают среднее значение и дисперсию принятых сигналов акустической эмиссии в каждой микрозоне на каждом выбранном уровне, а о произошедших физических изменениях в массиве судят по расчетной формуле. 1 табл.

Способ геофизического контроля горного массива, заключающийся в разбиении всего контролируемого массива на микрозоны, выборе уровней и размеров градаций контроля сигналов акустической эмиссии в каждой микрозоне, отличающийся тем, что оценку среднего значения и дисперсии принятых сигналов акустической эмиссии проводят в разные по времени и одинаковые по объему интервалы на различных уровнях в каждой микрозоне, а о произошедших физических изменениях в массиве судят по выполнению неравенства
R_pq< F_α(1,l_m - 1),



R_pq статистика p-уровня и q-микрозоны;
оценка дисперсии актов акустической эмиссии в подинтервале, из которых состоит T_k;
F_α - верхний a -предел F-распределения со степенями свободы 1 и (l_m 1), где α - уровень значимости;
T_k k-й временной интервал;
n_mi - количество актов акустической эмиссии в подинтервале, из которых состоит T_k;
l_m объем выборки на m-м уровне;
m уровень, по превышению которого фиксируются события.