Способ определения скорости упругих волн в массиве горных пород Советский патент 1988 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для оценки свойств, структуры и состояния горных пород в массиве посредством оп- с ределения скорости распространения в них упругих волн.

Целью изобретения является повышение точности определения за счет устранения влияния концевых участков 10 баз прозвучивания.

На фиг.1 дана схема расположения излучателей и .приемников упругих им- пульсов , на фиг.2 - схема реализации с;пособа лри контроле сплошности там- 15 йонажных завес, сооружаемых в процессе строительства шахтных стволов в абводненньтх трещиноватых ropHbtx породах, вариант.

Схема расположения излучателей и . 20 Приемников упругих импульсов включает Излучатель 1, установленный в точку , приемники 2-й 3, размещенные со- атветственно в точках В и С, и до - полнительный излучатель 4, располоенный в точке D. Для наглядности ассив горных пород условно ограничен. Зоны влияния концевых участков баз прозвучивания обведены концентри ческими окружностями вокруг точек установки излучающих и приемных преоб разователей. Радиусы этих зон неиз нестны. Им приписаны произвольные значения а, Ь, с и d.

Выбор точек установки преобразова- 35 + телей 1-4 и баз прозвучивания L,, 1, L,- 1, где L,, 1, - расстояния ежду излучателем и приемниками, а L, Ij - расстояния между дополнительным излучателем и приемниками, . 40 определяется технологическими услови- ми решаемых задач, например при мрозвучивании между выработками, скважинами, шпурами.

30

в ч м х -н г

вл им

к ги ги э н

С

и i:

а н дл

пр ни пу це

уч

В то же время при реализации предлагаемого способа по условиям измерений на базовые расстояния между излучателями и приемниками н-а- ложено ограничение L,/ 1( , а на ба- ;зы Lj и 1 ограничения не накладьюа- ются, однако при расчете для получения истинного значения скорости необходимо группировать слагаемые с большими и меньшими базовыми расстояния- ми. Поэтому заглавными буквами L, и L;j обозначены большие из базовых расстояний, удовлетворяющие условию

L,1

LC

с

0

5

0

0

Из физических предпосылок (локальное влияние на задержку импульсов концевых участков баз прозвучивания и интегральное влияние центральных участков) выбрана кусочно-неоднородная модель скоростных свойств массива горных пород, для которой обозначим: Vjj - скорость упругих волн в массиве горных пород, которую необходимо определить, V, V, V,, и Vj - -неизвестные знач ения скоростей упругих волн в зонах йлияния концевых участков баз прозвучивания.

Используя эту модель, рассмотрим влияния свойств массива на задержку импульсов на концевых участках.

С помощью излучателя 1 и приемников 2 и 3 прозвучивают массив упругими импульсами на базах L| и Ij. Измеряют яремя распространения упругих импульсов на этих базах. При этом измеренное время распространения ti

на базе Li складьгаается

С 1

из задержек импульсов Гд a/V, и i:, b/Vg, на концевых участках

а и b и задержки-tg L,-(а+Ь)/А о на центральном участке, имеющем длину LJ,- (а+Ъ) . Отсюда

t«

+ т

аЬ

-bt,

vl

L,-(a + b) b V« Vu

+

Аналогично измеренное время распространения tg на базе прозвучивания 1, складывается из задержек импульсов ер a/Vg , €5 c/V(. на концевых участках а и с и задержки

центральном участке, имеющем длину Ij-(а + с). Отсюда

.4

1,- (а + с) „„

+ tar .

-ас

V.

Прозвучивают массив на базах Lj и 1 с помощью дополнительного излучателя 4 и приемников 2 и 3 упругими импульсами с возможностью их селекции на приеме по отношению к импульсам излучателя. При этом селектиро- вание импульсов (например, частотное) позволяет практически одновременно

производить измерение по всем каналам.

Далее измеряют время распространения импульсов, излучаемых дополните льньм источником, на базах L/j и 12.

Измеренное время распространения tj на базе Lg складывается из задержек импульсов С( c/Vj,, Cj d/V

на концевых участках с и d и задержки С 2 ( центральном участке, имеющем длину Lj - (c + d). Отсюда

+ С

-Ьа L2 - (c + d)

cd

+ С.

е

d

V, V

Подобным образом измеренное

распространения

вается - b/V,

из и

tj на «г

базе 1, скл3адержек импульсов Т(, d/Vj на концевых

Ь d участках b и d и задержки c-jjj

Clj - (b+d)3/V на центральном

участке. Отсюда

имеющем длину

Ij-Cb + d).

4d

т.

V

i

, ll - (b+d)

v;-

После этого определяют скорость распространения упругих волн по измеренным значениям t,, tf , t , tp по формуле

bj

V +Ч)-(1, +12) .

4,+tuJ-(te,+te)

Схема практической реализации способа при акустическом прозвучивании трещиноватого массива, подвергаемого тампонажу, показана на фиг.2, где также даны массив 5 горных пород , с пробуренными в нем скважинами 6. В массиве имеется незатампонировакный згчасток 7, который, необходимо обнаружить при прозвучиванни.

В скважинах 6 размещены акусти- устройства 8 с помощью штанг

.

35

4288384

9. Основными элементами акустических устройств являются излучатель 1, дополнительный излучатель .4, приемниg ки 2 и 3.

Наземная часть схемы содержит генератор 10, селектор 11, усилители 12 и 13 мощности, проводные линии 14-17, усилители 18 и 19 принимаемых

10 сигналов, измеритель 20 времени задержки импульсов.

Способ осуществляют следующим образом.

Фиксируют положение акустических

15 устройств 8 в скважинах. От генератора 10 подают электрические импульсы, которые поступают на вход селектора 11, имеющего четыре выхода. С двух . выходов импульсы селектора подают

20 (поочередно при временной селекции или одновременно при частотной) на вход усилителей 12 и 13 мощности, с двух других - в качестве опорных и коммутирующих на измеритель 20

25 времени задержки 1 мпульсов.

Мощные электр гческие импульсы по проводным линиям 14 и 15 поступают на излучатель Г и допол 1ительньй из- л чатель 4 и преобразуются в упругие

30 импульсы, распространяющиеся в массиве горных пород. При этом возбуждение упругих импульсов происходит поочередно при временной селекции или од- ; новременно при частотной.

Селектированные упругие импульсы, задержанные в массиве горных пород, достигают приемников 2 и 3, преобразуются в электрические сигналы по проводным линиям 16 и 17 подаются

40: на усилители принимаемых сигналов и далее на измеритель 20 задержки импульсов, который измеряет задержку по каждому из четырех каналов. После этого определяют скорость в массиве

45 горных пород при данном положении акустических устройств.

Повторяют циклы измерений при других положениях акустических устройств и по изменению значений ско50 ростей судят о наличии незатампониро- ванных участков массива горных пород.

ф(ъ. 1

/7777777777/