УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СЕЙСМОВЗРЫВНЫХ ВОЛН Российский патент 1997 года по МПК G01V1/00 G01V1/16 G01V1/22 

Изобретение относится к экспериментальным исследованиям параметров сейсмовзрывных волн (ССВ) и предназначено для измерения массовой скорости движения грунта в зонах, прилегающих к воронке взрыва.

Анализ параметров движения грунта при взрывах зарядов ВВ показывает, что в процессе воронкообразования часто наблюдаются случаи выброса приборных контейнеров из грунта, когда размеры воронки превышают ожидаемые.

Факт выброса контейнера из грунта трудно установить, поскольку после опыта он, как правило, находится под навалом грунта, а по эпюре записей параметров движения практически тоже невозможно это выяснить. Поэтому обработка результатов измерений в случае неустановленного факта выброса контейнера из грунта приводит к большим погрешностям, особенно при определении смещения грунта, поскольку в условиях выброса контейнера датчики успевают зарегистрировать только следующие параметры ССВ: время вступления, максимальную скорость, максимальное ускорение грунта.

Вопрос повышения достоверности измерений в областях грунтового массива, примыкающих к границе воронки, может быть решен путем создания устройства, позволяющего при измерении установить факт выброса контейнера из скважины.

Известны различные типы устройств, использующиеся для измерения параметров ССВ. Например, в американском отчете "Полевые измерения движения грунта при взрывах "Дамонт" и "Вулкан", пер. с англ. 1969 г. представлены устройства для измерения параметров движения грунта, включающие приборные контейнеры из толстостенных труб, закрытых на концах пластинами с кольцевым уплотнением, обеспечивающим водонепроницаемость устройства. Ввод измерительного кабеля герметизирован, на торцах устройства расположены ушки для установки устройства в измерительную скважину. В контейнеры устанавливаются датчики скорости ДХ, ДЕ, датчики перемещения и температуры.

В итоговом американском отчете "Аппаратура для измерения движения грунта" ДNA, 37 12 F 1975 г. исследованы различные устройства для измерения параметров ССВ, контейнеры которых выполнены из разных материалов от пластика до прочных стальных сплавов и имеют в основном цилиндрическую форму. Выбор плотности материала контейнера, близкой к плотности окружающего грунта, обеспечивает прочный контакт с массивом грунта и уменьшает погрешности измерения.

Отечественные устройства для измерения параметров ССВ отличаются большим разнообразием применяемых в них датчиков и различных форм контейнеров - уголковых, цилиндрических, сферических (Методики измерения и аппаратура для исследования взрыва. Взрывное дело. Сборник N 83/40. М. Недра, 1982).

Недостатком указанных устройств является малая достоверность измерений параметров ССВ в зонах, прилегающих к воронке взрыва, из-за отсутствия информации о выбросе приборного контейнера из грунта в процессе воронкообразования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является устройство для измерения параметров сейсмовзрывных волн ("Техническое описание устройства для измерения параметров сейсмовозрывных волн", инв. 24/56, в/ч 51105, 1993 ). Устройство состоит из сферического контейнера, снабженного тремя вертикально расположенными пружинными скобами с возможностью вращения вокруг контейнера в горизонтальной плоскости, однокомпонентных датчиков скорости, связанных кабелем с измерительно-регистрирующей аппаратурой.

Существенным недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает необходимую достоверность измерений в зонах грунта, прилегающих к воронке взрыва, так как оно не фиксирует факт выброса контейнера в процессе воронкообразования.

Сущность изобретения заключается в повышении достоверности измерений параметров ССВ в зонах, прилегающих к воронке взрыва. Это достигается тем, что известное устройство, состоящее из сферического контейнера, снабженного тремя вертикально расположенными пружинными скобами с возможностью вращения вокруг контейнера в горизонтальной плоскости, датчиков скорости, связанных кабелем с измерительно-регистрирующей аппаратурой, снабжено гнездом, размещенным в корпусе контейнера, в котором установлены вставка из светопроницаемого материала и светочувствительный элемент, соединяемый с измерительной схемой.

Из изложенного следует, что новизну предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом характеризуют следующие отличительные признаки.

Светочувствительный элемент служит индикатором, сигнализирующим о выбросе контейнера из грунта в процессе воронкообразования. Светочувствительный элемент реагирует на появление света при разрыхлении грунта в фазе инерциального разлета. Измерительная схема устанавливает факт выброса контейнера, что в дальнейшем учитывается при анализе движения массива грунта под действием ССВ, тем самым повышается достоверность и информативность результатов измерений и достигается их верная интерпретация.

Гнездо в корпусе контейнера служит для размещения и защиты от механических повреждений светочувствительного элемента и светопроницаемой вставки, обеспечивает повышение надежности измерений в процессе воронкообразования.

Вышеперечисленные отличительные признаки отсутствуют у известных ранее аналогичных решений, что позволяет рассматривать эти признаки как соответствующие критерию "изобретательский уровень".

Устройство для измерения параметров ССВ представлено на чертеже.

Оно состоит из сферического контейнера 1, изготовленного из стали 30 из двух полусфер с внутренним диаметром 180 мм и толщиной стенки 3 мм, снабженного тремя вертикально расположенными пружинными скобами 2 с возможностью вращения вокруг контейнера в горизонтальной плоскости. Однокомпонентные датчики скорости 3 связаны кабелем 4 (КГ7-70-180) с пультом управления 5 и регистратором 6 (осциллограф Н117). Устройство снабжено гнездом 7, размещенным в верхней полусфере контейнера. В гнезде установлены вставка 8 из светопроницаемого материала (ТОСП бесцветный, ГОСТ 17622-79) и светочувствительный элемент 9 (фототранзистор ФТГ-4), соединяемый с измерительной схемой. Для повышения работоспособности и надежности измерений в устройстве устанавливают три гнезда на поверхности верхней полусферы контейнера с шагом 120^o относительно друг друга.

Работает устройство следующим образом.

Перед установкой контейнера в грунт верхняя половина полусферы с размещенными в ней гнездами смазывается индустриальным маслом И-40А, затем контейнер опускают в скважину. Место установки контейнера заполняют цементным раствором на 3/4 высоты контейнера, оставшуюся часть заполняют извлеченным при бурении грунтом с послойным трамбованием. После затвердевания цементный раствор надежно связывает контейнер с окружающим массивом грунта. При взрыве грунт приходит в движение, вместе с ним перемещается контейнер 1 с датчиками. Сигналы от датчиков 3 преобразуются пультом управления 5 и поступают на регистратор 6. В случае выброса контейнера в процессе воронкообразования измерительная схема с помощью светочувствительного элемента 9 фиксирует факт выброса контейнера при разрыхлении грунта в фазе инерциального разлета. В результате при анализе движения грунта учитывается влияние выброса контейнера на запись скорости движения грунта, что повышает достоверность и информативность измерений.

В организации-заявителе был изготовлен опытный образец предлагаемого устройства, который успешно прошел лабораторные и полевые испытания совместно с прототипом. Испытания подтвердили его работоспособность и достижение технического результата.

Разработанное устройство имеет следующие технические характеристики:
Диапазон измерения скорости 0,5-100 м/с
Допускаемая нагрузка 3000 кгс/см²
Количество установленных датчиков скорости (по осям x, y, z) 3 шт.

Габаритные размеры:
контейнера ⊘ 186 мм
датчика вертикального l=160 мм o 33 мм
датчика горизонтального l=120 мм o 33 мм
Светочувствительный элемент Фототранзистор ФТГ-4
Длина соединительной линии 1000 м
Температура окружающей среды от -20 до + 50^oC
Предложенное устройство использовано в организации-заявителе в 1993 г. для измерения параметров ССВ на испытательном полигоне части.

Использование: изобретение относится к области экспериментальных исследований сейсмовзрывных волн. Сущность изобретения: устройство состоит из сферического контейнера, снабженного тремя вертикально расположенными скобами с возможностью вращения вокруг контейнера в горизонтальной плоскости, и датчиков скорости, связанных кабелем с измерительно-регистрирующей аппаратурой. Устройство снабжено тремя гнездами, размещенными на поверхности контейнера с шагом 120^o относительно друг друга, в которых установлены вставки из светопроницаемого материала и светочувствительные элементы, соединенные с измерительной схемой. 1 ил.

Устройство для измерения параметров сейсмовзрывных волн, содержащее сферический контейнер, снабженный тремя вертикально расположенными пружинными скобами с возможностью вращения вокруг контейнера в горизонтальной плоскости, однокомпонентные датчики скорости, связанные кабелем с измерительно-регистрирующей аппаратурой, отличающееся тем, что оно снабжено тремя гнездами, размещенными на поверхности контейнера с шагом 120^o относительно друг друга, в которых установлены вставки из светопроницаемого материала и светочувствительные элементы, соединенные с измерительной схемой.