Способ определения изменения напряженного состояния пьезоактивной горной породы Советский патент 1983 года по МПК G01V3/08 

Изобретение относится к горной промьшленности, в частности к уголь ной/ и может Сыть использовано при контроле за состоянием пьеэоактивной горной породы, при прогнозе динамических явлений в ней. Известен сейсмоакустический способ определения изменения напряженного сос,тряния горной породы, заключающийся в регистрации упругих механических колебаний горной поро ды сейсмоприемником {jf) . Однако данный способ позволяет контролировать динамические процессы горной породы, вызванные изменением ее напряженного состояния,лиигь на стадии разрушения горной породы, когда возникают упругие колебания, связанные с образованием треыин и разрывов в горной породе. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ, состоящий в регистрации про цесса хрупкого разрушения по электр магнитному излучению, заключающийся в регистрации электрсмиагнитных коле баний, возникающих в процессе трещинообразования в горной породе, с помощью прибора, содержащего радиометр и супергетеродинный приемник. Число импульсов электромагнитного и лучения или скорость их прихода зав сят от процессов трещинообразования в горной породе (от скорости, разру шения, от прочности пород, от коэффициента хрупкости) 2 . Недостатком известного способа является определение изменения напр женного состояния горной породы только на стадии возникшего процесс разрушения. Ширюкий частотный диапа зон поиска импульсов электромагнитного излучения, сопутствующий разрушению, требует непрерывной перестройки по частоте. Кроме того, возможен пропуск сигнала, предупреждающего о возникнове нии динамических процессов в породе. Целью изобретения является контроль за состоянием пьезоактивной горной породы на различных стадиях изменения ее напряженного состояния включая стадию, предшествующую разрушению, и стадию разрушения по регистрации электромагнитного излучени на частотах, связанных со структурой горной породы.. Поставленная цель достигается согласно способу определения измене ния напряженного состояния пьезоактивной горной породы, заключающемуся в регистрации электромагнитных колебаний, связанных с динамическими процессами в горной породе, по результатам предварительного петрографического анализа пьезоактивной горНОИ породы определяют минимальный и максимальный среднастатистичейкие размеры пьезоактивных зерен горной породы, вычисляют диапазон частот их собственных колебаний и по присутствию электромагнитного излучения в вычисленном диапазоне частот прогнозируют наличие динамического нагружения или разрушения горной породы. Способ осуществляют следующим образом. Производят петрографический анализ пьезоактивной горной породы, за состоянием которой ведут и контроль. Анализ .касается зерен кварца в породе. Строят гранулометрическую чистограмму и определяют среднестатистИ ческиЧ размер, мм, наиболее мелких и наиболее крупных зерен кварца по формуле, , : , mi« J/;ifri-., где -AiiAj - размер зерен; Р;,PJ - вероятность их появления; N, I - число зерен, сгруппированных около А р и глслк и участвующих в вычислении Pi.Pj. Вычисляют частоту собственных колебаний кГц, зерен кварца по формуле . 46&0-757SO Прием электрсмагнитных колебаний производят в вычислительном диапазоне частот радиотехнической аппарату рой. Датчиком электромагнитного излучения при регистрации наличия динамических процессов является всенаправленная антенна (для рассчита|1ной частоты) , а для определения направления на очаг изменения напряженного состояния горной породы и определения расстояния до Него применяют остронаправленную антенну. Приемное устройство настраивают на одну или другую частоту из диапазона fmax и f mVn ожидают приема электромагнитного излучения. I.. . Начало динамического процесса регистрируют по приему минимальных частот (диапазон frni«) от наиболее крупных кварцевых зерен, а процесс разрушения - по присутствию- и более высоких частот (диапазон ,,) от мелких зерен кварца. П р им е р. В лабораторных условиях проводят эксперимент по разрушению мелкозернистого песчаника из шахты Юнком. Петрографическим анализом образца определяют А гшп

0,071 мм и S

мм. Вычис

ma

ленный диапазон частот электромагнитного излучения fwra 24-82 МГц при разрушении, 8-29 МГц при динамическом нагружении.

i Образец в виде керна наГруясалсЛ на прессе до напряжения О в 1100 кг/см и был разрушен. Рв;зультаты эксперимента сведены в таблицу.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕ-1 НИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПЬЕЗОАКТИВНОЙ ГрРНОЙ порода, заключающийся; в регистрации электромагнитных колебаний, связанных с динамическим процессгшн в горной породе, 6 тл и ч a ю щ и и с я тем, что, с целью обеспечения контроля за состояИием горной породы на. различных стадиях изменения ее напряженного состояния, определяют минимальный . и максимальный среднестатическ-ие размеры пьезоактивных зерен горной породы, вычисляют диапазон частот их собственных колебаний и по присутствию электр1рмагнитноГо излуче.ния в вычисленном диапазоне час-Г тот прогнозируют Наличие динами- , ческого нагружения или разрушения .горной породы. .

Датчиком электромагнитного излучения служит тороидальная антенна индуктивностью 7 МГц. Излучение регистрируют визуально на экране анализатора спектра С4-45 в диапазоне частот (10-80) МГц..

При нагружении образца до разрушения зарегистрировано электромагнитное излучение на дискретных частотах в диапазоне от 10 до 75 МГц, что соответствует рассчитанному диапазону частот при разрушении и присутствию частот, соответствующих . динамическсячу нагружению.

Использование предлагаемого способа определения изменения напряжем-, ного состояния пьеэоактивной гордой . породы, по сравнению с базовым объектом - сейсмоакустическим способом увеличивает время на проведение работ по предотвращению опасных проявлений изменения напряженного состояния за счет регистрации динамического процесса, предшествующего разрушению. Своевременное предупреждение таких видов разрушений, как выбросы, обрушения, отжим, горные удары и др, позволяет повысить везопасность ведения подземных работ.