Способ неразрушающего контроля длины анкера в породном массиве электромагнитным зондированием Российский патент 2023 года по МПК E21D20/00 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для неразрушающего контроля длины анкера в породном массиве.

Известен способ контроля прочности закрепления анкера в шпуре (SU1776808 А1, опублик. 28.11.89) путем одновременного вытягивания гидродомкратом и возбуждения колебаний в анкере посредством подачи на электромагнит переменного напряжения. При этом производятся измерения зависимости частоты от нагрузки на анкер и строится диаграмма частота-напряжение. По результатам измерений с использованием тарировочной зависимости определяется прочность крепления анкера на отдельных участках по его длине.

Недостатком такого способа контроля анкерной крепи является повышение риска обрушения кровли горной выработки вследствие быстрого высвобождения запасенной энергии натянутого анкера при вытягивании его гидравлическим домкратом.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является способ контроля качества закрепления анкеров электрометрическим зондированием (SU1671880 А1, опублик. 20.03.89), включающий создание в породном массиве электрического поля путем присоединения к массиву фаз генератора переменного тока и интервальное перемещение фаз генератора вдоль массива с регистрацией изменения величины силы тока, при этом одну из фаз генератора присоединяют к выступающему концу анкерного стержня, а интервальное перемещение другой фазы осуществляют относительно стержня анкера на расстояние не более длины шпура, затем по результатам измерения строят диаграмму зависимости силы тока от длины шпура и, сравнивая с заранее построенной палеткой, определяют длину пустот и прочность закрепления анкера в шпуре.

Недостатком такого способа контроля анкерной крепи путем электрометрического зондирования является необходимость присоединения фаз генератора к массиву горных пород, при котором на показания будет сильно влиять влажность и трещиноватость приповерхностной области обнажения массива горных пород, а также изменения минерального состава в различных точках контакта, влияющих на электропроводность и диэлектрическую проницаемость породного массива.

Техническим результатом изобретения является повышение точности контроля длины анкера, установленного в породном массиве, за счет измерения емкости между частями противовеса, расположенными вблизи поверхности массива пород, и корректировки результатов измерений в зависимости от влажности и трещиноватости породного массива.

Это достигается тем, что в способе неразрушающего контроля длины анкера в породном массиве электромагнитным зондированием, включающем создание в породном массиве электромагнитного поля путем присоединения к массиву фаз генератора переменного тока, одну из фаз которого присоединяют к выступающему концу анкерного стержня, тарировочную зависимость получают в натурных условиях на образцовом участке породного массива путем измерения на наборе тарировочных анкеров разной длины, помещенных в породном массиве, при этом для измерения на каждой длине анкера другую фазу генератора подключают к противовесу, состоящему из нескольких частей, соединяют части противовеса между собой, измеряют электрическую емкость С между анкерным стержнем и противовесом, строят тарировочную зависимость (LC) между длиной анкера L и емкостью С, разъединяют части противовеса и измеряют емкость С₀ между двумя из них, переходят к измерению длины анкера в других местах, измеряют емкости C_i между i-тым анкером и объединенным противовесом, разъединяют части противовеса между собой и измеряют емкость C_0i между двумя из них, искомую длину анкера L_i определяют по формуле:

где L - длина анкера, м;

С - электрическая емкость, пФ.

Способ неразрушающего контроля длины анкера в породном массиве электромагнитным зондированием иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 показаны шпур 1, породный массив 2, анкер 3, контактный наконечник 4, первая часть противовеса 5, вторая часть противовеса 6, переключатель 7, измеритель емкости 8, включающий генератор переменного тока 9, замок анкера 10, а на фиг.2 представлена тарировочная зависимость 11 для определения длины анкера, построенная по результатам измерений 12 в образцовой части породного массива, а также результат измерения емкости C_i в другом месте 13 и соответствующее некорректированное значение длины анкера 14. Искомое корректированное значение длины анкера L_i 15, учитывающее изменение диэлектрической проницаемости внешнего слоя породного массива из-за измененной влажности по сравнению с образцовым местом получения тарировочной зависимости 11, имеет отличие от некорректированного значения 14.

Способ контроля сцепления анкерной крепи с массивом горных пород основан на физических закономерностях зависимости емкости между двумя проводниками от диэлектрической проницаемости среды. При увеличении диэлектрической проницаемости среды за счет увлажнения внешней части породного массива увеличивается емкость между анкером и объединенным противовесом, что приводит к погрешности измерения длины анкера. Электромагнитное поле между разъединенными частями противовеса, находящимися вблизи от приповерхностной области породного массива, частично проходит через породный массив и зависит от его диэлектрической проницаемости, которая влияет на емкость между разъединенными частями противовеса. Измерение емкости между ними позволяет учесть изменения показаний при измерении емкости между объединенным противовесом и анкером, вызванные изменениями диэлектрической проницаемости породного массива, и скорректировать измеренную длину анкера, тем самым снижая погрешность ее определения.

Способ осуществляют следующим образом.

В натурных условиях на образцовом участке породного массива снимают тарировочную зависимость (LC) между длиной анкера L и емкостью С. Для этого в шпуре 1, пробуренном в породном массиве 2, устанавливают анкер 3 известной длины. Первую часть противовеса 5 и вторую часть противовеса 6 посредством переключателя режимов 7 соединяют друг с другом и с одним из входов измерителя емкости 8, к другому входу которого подключают контактный наконечник 4. Обеспечивают контакт между анкерным стержнем 2 и контактным наконечником 4, соединенным с одним из входов измерителя емкости 8, производят измерение емкости С между анкерным стержнем 2 и соединенными друг с другом частями 5, 6 противовеса. Затем посредством переключателя режимов 7 первую 5 и вторую 6 части противовеса разъединяют друг от друга, входы измерителя емкости 8 соединяют с соответствующими частями 5 и 6 противовеса и измеряют емкость С₀ между ними. Аналогично производят измерения на анкерах 3 с другими длинами, и по этим измерениям строят тарировочную зависимость (LC). Затем переходят к измерению длины анкера в других местах, измеряют емкость C_i между i-тым анкером и объединенными частями 5, 6 противовеса, разъединяют части 5, 6 противовеса между собой и измеряют емкость C_0i между двумя из них, искомую длину анкера L_i 15 с помощью тарировочной зависимости L(C) 11 определяют по формуле L_i=L(C_i)⋅C₀/C_0i. Искомая корректированная длина анкера 15 отличается от некорректированной длины анкера 14.

Пример осуществления способа.

В шпур длиной 3 м диаметром 30 мм, пробуренный в кровле или стенке на образцовом участке породного массива, помещаются тарировочные анкера изготовленные из стали марки М-3, диаметром 22 мм заданной длины от 0,25 м до 2,875 м с шагом 0,125 м. При надежном контакте наконечника 4 и анкера 3, измеряют емкость С между стержнем и объединенными частями 5, 6 противовеса для каждой длины тарировочных анкеров L, при этом значения емкости находятся в диапазоне от 34 до 69 пФ. По полученным результатам 12 строят тарировочную зависимость (LC) 11. Посредством переключателя режимов 7 разъединяют части 5, 6 противовеса друг от друга, соединяют их со входами измерителя емкости 8 и измеряют емкость С₀=19,4 пФ, которую используют для корректировки длин анкеров в других местах. Далее в другом месте производят проверку нормативной длины анкера 1,2 м, изготовленном из стали марки М-3, диаметром 20 мм. Для этого устанавливают надежный контакт наконечника 4 и выступающей части анкерного стержня 3, после переключения режима переключателем 7 измеряют емкость C_i=43 пФ между анкерным стержнем 3 и соединенными с помощью переключателя 7 объединенными частями противовеса 5, 6, что по тарировочной зависимости 10 (LC) соответствует некорректированной длине анкера 1,22 м. Далее производят измерение емкости между разъединенными частями 4, 5 противовеса C_0i=20,3 пФ, что превышает значение С₀ в образцовом месте. По значению емкости C_i=43 пФ между анкерным стержнем 3 и объединенными частями противовеса 5, 6, по тарировочной зависимости 11 L=f(C) (фиг.2, точка а) определяют некорректированное значение 13 длины анкера 1,22 м и с помощью значений корректирующих емкостей С₀ и C_0i определяют корректированную длину 15 анкера 3 L_i=1,22⋅19,4/20,3=1,17 м. Абсолютная погрешность составила 0,05 м. Относительная погрешность метода в примере составила δ=0,05⋅100/1,2=4,2%, а в целом, после корректировки было установлено, что фактическая длина анкера меньше заданной по нормативу.

Таким образом, предлагаемый способ и расчетные формулы повышают точность определения длины анкера за счет корректировки показаний, полученных с помощью тарировочной зависимости.

Изобретение относится к способу контроля длины анкера в породном массиве электромагнитным зондированием. Техническим результатом является повышение точности контроля длины анкера. Способ включает создание в породном массиве электромагнитного поля путем присоединения к массиву фаз генератора переменного тока. Одну из фаз генератора присоединяют к выступающему концу анкерного стержня. После чего получают тарировочную зависимость, по которой определяют длину анкера. Тарировочную зависимость получают в натурных условиях на образцовом участке породного массива путем измерения на наборе тарировочных анкеров разной длины, помещенных в породном массиве. Для измерения на каждой длине другую фазу генератора подключают к противовесу, состоящему из нескольких частей. Также способ включает в себя соединение частей противовеса между собой. Также способ включает измерение электрической емкости С между анкерным стержнем и противовесом. После чего строят тарировочную зависимость (LC) между длиной анкера L и емкостью С. После чего разъединяют части противовеса и измеряют емкость С₀ между двумя из них. После чего переходят к измерению длины анкера в других местах. После чего измеряют емкости C_i между i-тым анкером и объединенным противовесом. После чего разъединяют части противовеса между собой и измеряют емкость C_0i между двумя из них. 2 ил.

Способ контроля длины анкера в породном массиве электромагнитным зондированием, включающий создание в породном массиве электромагнитного поля путем присоединения к массиву фаз генератора переменного тока, одну из фаз которого присоединяют к выступающему концу анкерного стержня, получают тарировочную зависимость, по которой определяют длину анкера, отличающийся тем, что тарировочную зависимость получают в натурных условиях на образцовом участке породного массива путем измерения на наборе тарировочных анкеров разной длины, помещенных в породном массиве, при этом для измерения на каждой длине другую фазу генератора подключают к противовесу, состоящему из нескольких частей, соединяют части противовеса между собой, измеряют электрическую емкость С между анкерным стержнем и противовесом, строят тарировочную зависимость (LC) между длиной анкера L и емкостью С, разъединяют части противовеса и измеряют емкость С₀ между двумя из них, переходят к измерению длины анкера в других местах, измеряют емкости C_i между i-тым анкером и объединенным противовесом, разъединяют части противовеса между собой и измеряют емкость C_0i между двумя из них, искомую длину анкера L_i определяют по формуле:

где L - длина анкера, м;

С - электрическая емкость, пФ.