Способ контроля напряженного состояния массива горных пород Советский патент 1985 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовайо при контроле напряженного состояния массива горных пород в окрестностях горных выработок. Известен способ контроля напряженного состояния массива, основанный на измерении и анализе изменений эффективного электрического сопротивления по глубине скважины, и,нтерпретация которого осуществляет ся с помощью предварительно установ ленной корреляционной связи между электрическим сопротивлением и напряжениями Cl , Недостатком данного способа явля ется низкая точность, обусловленная тем, что на результаты измерений электрических параметров вблизи выработок влияютнеоднородность мас сива , влажность, размеры выработки и помеховые факторы. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ контроля напряженного состоя ния массива горных пород, включающий возбузвдение излучающего акустического преобразователя, прозвучива ние создаваемыми им ультразвуковыми импульсами участков массива, расположенных между двумя скважинам по их глубине, и анализ изменений характеристик- ультразвуковых импуль сов, принятых приемным.акустическим преобразователем Д , Недостатком известного способа является низкая точность контроля, обусловленная тем, что на резуль-, таты измерений контролируемой харак теристики оказывает существенное влияние качество акустического контакта преобразователей с массивом. Изменения информативных параметров контроля (скорости распростране;ния, коэффициента затухания и др.) из-за плохого качества акустического контакта могут быть соизмеримы или даже превышать изменения этих парамет ров , обусловленные влиянием напряже ний и, следовательно, погрешность измерений может превышать 100%. Целью изобретения является повышение точности контроля. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля напряженного состояния массива горных пород, включающему возбуждение излучающего акустического преобразо 492 вателя, прозвучивание создаваемыми им ультразвуковыми импульсами участков массива, расположенных меткду двумя скважинами по их глубине, и анализ изменений характеристик ультразвуковых импульсов, принятых приемным акустическим преобразователем, возбуждение излучающих преобразователей, размещенных в скважинах с воздушным зазором меящу их рабочей поверхностью и стенками сквазшн, осуществляют высокочастотными колебаниями, модулированными по амплитуде прямоугольной импульсной последовательностью, измеряют амппитуду огибающей принятых высокочастотных колебаний, по изменению которой с глубиной судят о распределении напряжений в окрестности горной выработки, при этом максимуму напряжений зоны опорного давления соответствует максимальная амплитуда огибающей. На фиг. 1 представлена схема реализации способа; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов в различных точках указанной схемы; на фиг. 3 - изменения амплитуды огибающей пачки высокочастотных импульсов при удалении преобразователей от контура выработки. Способ осуществляется следующим образом. В кровле, почве или стенках выработки 1 бурят две параллельные скважины (шнура) 2 и 3 на глубину 5-8 м, в которых размещают друг против друга акустические преобразователи 4 и 5 с воздушным зазором между их рабочей поверхностью и стенками скважин 2 и 3. Такие зазоры могут обеспечиваться, например, с помощью кольцевых центрирующих пружин 6. Генератор ультразвукового прибора 7 вьфабатывает высокочастотные колебания 8, частота которых выбирается равной резонансной частоте акустических преобразователей (обычно в пределах 30-100 кГц). Высокочастотные колебания 8 модулируют прямоугольными видеоимпульсами, длительность которых Т выбирается такой, чтобы в них укладывалось количество периодов высокочастотных колебаний, равное (или большее) суммарной добротности электроакустического тракта. В этом случае

обеспечивается максимальный коэффициент передачи преобразователей. Модуляция высокочастотных колебаний 8. именно прямоугольными импульсами обеспечивает максимальную скорость нарастания принятого сигнала , что также улучшает энергетические соотношения.

Электрическим сигналом в виде пачек 9 высокочастотных колебаний возбуждают излучающий преобразователь 4. Излучаемые преобразователем 4 упругие колебания после прохождения межскважинного пространства в виде пачки высокочастотных колебаний 10 принимают и преобразуют в электрический сигнал преобразователем 5. Далее этот сигнал поступает на вход ультразвукового прибора 7, с помощью которого измеряют амплитуду А огибающей колебаний 10. (Указанные измерения легко осуществляются с помощью однополярного детектора огибающей и амплитудного вольтметра, являющихся составной частью ультразвукового прибора 7) . .

Измерения, осуществляют по всей .глубине скважин 2 и 3, перемещая параллельно (дискретно с шагом 1020 см, или непрерьшно) преобразователи 4 и 5. Совокупность-результа1464494

тов измерений амплитуды А огибающей (фиг. 3) отражает распределение напряжений в окрестностях горной вьфаботки. Так, участок, примыкающий к контуру вьфаботки, характеризуется нарушением сплошности массива , обусловленным действием буровзрывных работ и действием горного давления. На этом участке максимально рассеяние и поглощение ультразвуковых колебаний и. как следствие , минимальная амплитуда огибающей. Далее, в зоне опорного давления (расстояние 1 от контура выt5 работки на фиг. 3) пористость и трещиноватость минимальны, соответственно максимальна амплитуда. В зоне сохранного массива, не подверженного влиянию-вьфаботки, напряжения и амплитуды огибающей имеют по отношению к первым двум участкам промежуточные значения.

Таким образом, предлагаемый 25 способ позволяет получить точную информацию о распределении напряжений в окрестностях выработок, исключив основной источник погрешностей при ультразвуковых измере3Q ниях в массиве - контактные условия преобразователей с горными породами.

СПОСОБ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД, включающий возбуждение излучающего акустического преобразователя, прозвучивание создаваемыми им ультразвуковыми импульсами участков массива, расположенных между двумя скважинами по их глубине, и анализ изменений характеристик ультразвуковых импульсов, принятых приемным акустическим преобразователем, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, возбуждениеизлучающих преобразователей, размещенных в скважинах с воздушным зазором между их рабочей поверхностью и стенками скважин, осуществляют высокочастотными колебаниями, модулированными по амплитуде прямоугольной импульсной последовательностью, измеряют амплитуду огибающей приня) тых высокочастотных колебаний, по (Л изменению которой с глубиной судят о распределении напряжений в окрестности горной вьфаботки, при этом максимуму напряжений зоны опорного давления соответствует максимальная амплитуда огибающей. 4:ь С35 4: СО Фи1.1

Ф14г.2