Способ определения расслоений в кровле горных выработок Советский патент 1983 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу, в частности к акустическим с собам исследования и контроля стру pHfcix неоднородностей массива горньо пород вокруг горных выработок. Известны способы определения ра слоений в кровле горных выработок, включающие ударное возбуждение и прием резонансных изгибньк колебаний в кровле, сравнение усредненны спектров отклика исследуемой и эта лонной бездефектной кровли ClD. Недостаток этого способа - необходимость достаточно мощного.уда ного возбуждения кровли, которое может привести к ее обрушению в процессе контроля. Известен также способ определен расслоений в кровле горных выработ включающий излучение в Кровлю ульт звуковых импульсных колебаний, при iем и регистрацию их после отражени от плоскости расслоения С2-. Однако известный способ не обес печивает требуемой т;очности конТ роля, так как уровень и время прихода отраженного сигнала существенно зависят от качества контакта электроакустических преобразователе с шероховатой поверхностью кровли, физико-механических свойств пород кровли (их анизотропии, напряженноге состояния, пористости, влажности, частотно-зависимого коэффициента затухания упругих колебаний и др.), априорная информация о кото рых, как правило, отсутствует или ограничена. Кроме .того, отраженный от расслоения акустический сигнал значительно маскируется помехами, обусловленными отражениями от различных структурных неоднородностей пород кровли. Цель изобретения - повышение, точ ности контроля расслоений за счет обеспечения однородности канала рас пространения ультразвуковых колебаНИИ. - Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения расслоений в кровле горных выработо включающему излучение в кровлю ульт развуковых импульсных колебаний, прием и регистрации) их после отражения от плоскости расслоения, в кровле осуществляют бурение шпура, затем закрепляют в нем с помощью цементного раствора эталонный цилиндрический стержень, выполненный из хрупкого материала, и о наличии расслоений в кровле судят по колебаниям, излученным в цилиндрический стержень и отраженным от трещин образовавшихся в нем. Кроме того, в качестве хрупкого материала для изготовления эталонного цилиндрического стержня используют стекло.. На чертеже приведена схема устройства для реализации способа. Способ осуществляют следуклцим образом. В кровле 1 горной выработки бурят шпур 2. Для контроля могут использоваться также шпуры, пробуренные в кровле ранее под анкерную крепь, В шпур 2 вводят стеклянный цилиндрический стержень 3, пространство между поверхностью которого и стенками шпура 2 заполняют (нагнетанием) цементным раствором 4. Вместо цементного раствора 4 при этом может использоваться также эпоксидная смола. После твердения цементного раствора 4 стержень 3 жестко ( по всей образующей его поверхности) закреплен в шпуре 2. На торцов.ой поверхности 5 стержня 3 помещают электроакустический преобразователь б, стабильный акустический контакт которого с поверхностью 5 обеспечивается за счет гладкости последней с помощью контактной смазки (например технического вазелина) . Вырабатываемый эхо-импульсным дефектоскопом 7 электрический сигнал с помощью электроакустического преобразователя б преобразуют в упругие импульсные колебания и излучают в стержень 3. При этом может использо-;. ваться практически любой эхо-импульсный дефектоскоп, например, выпускаемый серийно прибор ДУК-бб. При отсутствии развивающихся расслоений в кровле стеклянный стержень 3 не имеет отражающих границ по всей своей длине. Импульсные упругие колебания, прошедшие вдоль .стержня 3 и отразившиеся от второй его торцовой поверхности 8, с помощью электроакустического преобразователя б преобразуют в электрический сигнал, регистируемый дефектоскопом 7. Время tj. между излученным и принятым импульсами упругих колебаний определяется скоростью Сд их распространения в стержне 3 и длиной L последнегоtg 2L/Cg. Появление расслоения 9 в кровле 1 приводит к .возникновению растягивающих напряжений на контуре шпура 2 в месте . его пересечения с расслоением 9. Так как стеклянный стерчсень 3 по всей образукяцей его поверхности жестко связан со стенками шпура 2, то указанные напряжения передаются стержню 3 и в нем возникает трещина 10. Как установлено, в ходе экспериментальных исследований, положение трещины 10 по длине стержня 3 соответствует положению расслоения 9, по глубине шпура 2. Трещина 10 является отражакадей границей, для излученного в стержень 3 импульса упругих колебаний. Следовательно время t между излученным и принятым импульсами упругих колебаний при на личии трещины 10 (соответственно ра слоения 9) зависит от глубины t ее расположения по длине стержня 3 t ae/Cj.. Появление на экране дефектоскопа импульсов с временем прихода t t является информативным признаком на личия расслоения 9 в кровле 1, Скорость Cj распространения упругих : колебаний в стержне 3 является пост янной (практически независящей от изменений физико-механических свойс окружающих шпур 2 пород кровли 1) и заранее известной величиной, что позволяет с высокой точностью определить время t распространения уп ругих колебаний в стрежне 3 (от элек троакустического преобразов атёля б до трещины и обратно), а следо вательно и глубину расслоения 9. Волноводные свойства стеклянного стержня 3 позволяют практически полностью исключить помехи контролю, обусловленные отражениями от различного рода неоднородностей окружакя4их шпур 2 породкровли 1. Таким образом, повышение точности контроля в предлагаемом способе осуществляется за счет создания такого искусственного распространения упруги колебаний, которат с одной стороны обеспечивает стабильный акустический контакт с электроакустическим преобразователем дефектоскопа и независимость регистрируемых параметров от флуктуации физико-механических свойств горных пород кровли, а с другой стороны несетинформацию о возникновений в ней расслоений. Экспериментальные исследования показывают, что предлагаемый способ позволяет повысить точность контроля расслоений примерно в 3-8 раз.

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССЛОЕНИЙ В КРОВЛЕ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК, включающий излучение в кровлю .ультразвуковых импульсных колебаний, прием и регистрацию их после отражения от плоскости расслоения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля расслоений за счет обеспечения однородности канала распространения ультразвуковых колебаний, в кровле осуществляют бурение шпура, затем закрепляют в нем с помощью цементного раствора эталонный цилиндрический стержень, выполненный из хрупкого материала, и о наличии расслоений в кровле судят . по колебаниям, излученным в цилиндgрический стержень и отраженным от трещин, образовавшихся в нем. i 2. Способ ПОП.1, отличающийся тем, что в качестве хрупсл с кого материала для изготовления эталонного цилиндрического стержня используют стекло. 00 4 4 СЛ