Способ контроля напряженного состояния массива горных пород Советский патент 1989 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу и может быт-ь использовано для контроля пространственного распределения напряжений в окрестности гор- ных вьфаботок„

Цель изобретения - повышение надежности контроля в горных породах с большим затуханием упругих волн.

На фиг. 1 представлена схема ре- ализаи ш способа; на фиг. 2 - кор- релограммы, полу ченные на участке, непосредственно примыкающем к контуру выработки, в зоне опорного давления и в зоне естественных напряже- НИИ; на фиг. 3 - графики относительного изменения дисперсии и периода автокорреляционной функции в зависимости от расстояния (вдоль скважин) до контзфа выработки.

Схема реализации способа включает параллельные скважины 1 и 2, излучающий ультразвуковой преобразователь приемньй ультразвуковой преобразователь 4, генератор 5, межскважинное пространство 6, коррелометр 7.

Способ осуществляют следующим образом.

В кровле, стенке или почве вырабоки бурят две параллельные скважины (шпура) 1 и 2 на расстоянии 0,5-0,7м друг от друга на глубину до 3-5 м, по которым параллельно перемещают излучающий ультразвуковой преобразователь 3 и приемньй ультразвуковой преобразователь 4 дискретно с шагом 0,1-0,2 мм.

Излучающий преобразователь 3 возбуждают электрическим шумовым стационарным сигналом, имекшщм нормаль- ное распред ение со средним значением равным нулю-, генератора 5. С помощью преобразователя 3 ультразвуковой шумовой стационарньй сигнал излучают в породы межскважинного прост- ранства 6. Прошедшие ультразвуковые колебания принимаются и преобразуютс с помощью приемного преобразователя в шумовой электрический сигнал, кото рьй далее подают на коррелометр 7, с помощью которого измеряют дисперсию В(0) и период автокорреляционной функции. При этом в качестве коррелометра 7 может быть использова например, серийно выпускаемьй промьш ленностью прибор для исследования корреляционных характеристик Хб-в.

Участок вблизи контура выработки нарушен вследствие воздействия буро

о

Q Q

5

взрывных работ и влияния горного давления . Нарушения сплошности на этом участке приводят к высокому затуханию зондирующего ультразвукового сигнала. Причем высокочастотные составляющие спектра этого сигнала очевидно затухают в большей степени, чем низкочастотные. В результате средняя мощность, т.е. дисперсия В(О) принятого шумового сигнала уменьшается, а период t его автокорреляционной функции увеличивается (фиг. 2, кривая 8). На участке, соответствующем зоне опорного давления, автокоррело- грамма 9 имеет наибольшую дисперсию В,(0) и минимальньй период 7 , так как этот участок характеризуется наименьшей пористостью и трещинова- тостью. Далее по глубине скважин 1 и 2 следует участок ненарушенного массива, на котором не произошло изменений напряжений и структуры горных пород под влиянием выработки. Автокоррелограмма 10, полученная на этом участке, характеризуется величинами В(О) и |j , имеющими промежуточные значения по сравнению с первым и вторым участками.

Совокупность результатов измерений величин В,(0) и f (фиг. 3) отражает характер распределения напряжений в окрестностях горной выработки с глубиной.

Экспериментальная проверка данного способа проведена на шахте, где добываются блоки пильных известняков, В стенке подготовительной вьра- ботки на расстоянии 0,5 м друг от друга в вертикальной плоскости пробурены два шпура диаметром 42 мм и длиной 3 м. Излучаюш 1й и приемньй преобразователи 3 и 4 синхронно перемещались по шпурам 1 и 2 с шагом 0,1 м. Возбуждение излучающего преобразователя с резонансной частотой fjj 50 кГц и полосой пропускания j f 6 кГц осуществлялось с помощью шумового электрического генератора.

Корреляционный анализ принятого преобразователем шумового сигнала осутдествлялся аналоговым коррелометром.

В результате получена совокупность значений В,(0) и f .На глубине 1,2 м значение В,,(0) максимально, а t o минимально, что говорит о том, что именно на этой глубине находится

максимум зоны опорного давления. Причем значение В,(0) , полученное на контуре выработки, в 2,6 раза меньше максимального значения В„(0), полученного на расстоянии 1,2 м от этого контура, а значение В,(0) на контуре выработки на 70% больше, чем значение J j на расстоянии 1,2 м от контура, Важно также отметить, что, несмотря на высокое затухание упругих волн в известняках, уровень сигнала на выходе приемного преобразователя не менее, чем в 4-5 раз превьшал чувствительность коррелятора. В то же время проведенное в аналогичных условиях импульсное прозвучивание (с использованием ультразвукового прибора УК-ЮП) не позволило зафиксировать первое вступление принятого сигнала в области, примыкающей к контуру выработки, где затухание упругих колебаний максимально.

(

Таким образом, данный способ позволяет повысить надежность контроля в горных породах с большим затуханием упругих волн за счет их гарантированного устойчивого прозвучивания.

Формула изобретения

Способ контроля напряженного состояния массива горных пород, вклю- чаюрщй прозвучивание ультразвуковы- f-Di ЗОНД1-1РУКНЦИМИ сигналами участков массива, расположенных между параллельными скважинами по их глубине, и измерение параметров принятых сигналов, по изменению которых с глубиной определяют положение максимума зоны опорного давления, по которому контролируют напряженное состояние массива, отличающийся

тем, что, с целью повьшения надежности контроля в горных породах с большим затуханием упругих волн, в качестве зондирующего сигнала используют шумовой стационарный сигнал, .

имеющий нормальное распределение со средним значением, равным нулю, измеряют дисперсию и период автокорреляционной функции этого сигнала, выделяют участок массива с максимальной

дисперсией и минимальным периодом автокорреляционной функцией сигнала и по его положению определяют поло- - жение максимума зоны опорного давления.

Изобретение относится к горному делу. Цель изобретения - повьше- ние надежности контроля в горных породах с большим затуханием упругих волн. В массиве пород бурят две параллельные скважины, в которых размещают излучатель и приемник ультразвуковых колебаний. Излучают в массив ультразвуковой шумовой стационар- ньй сигнал, имеющий нормальное распределение со средним значением равньт нулю. Принимают прошедший шумовой сигнал и измеряют его дисперсию и период автокорреляционной функции. Данные измерения проводят при параллельном перемещении излучателя и приемника по длине скважины. Совокупность результатов измерений отражает характер распределения напряжений в массиве. Положение максимума зоны опорного давления соответствует точке массива с максимальной дисперсией и минимальным периодом автокорреляционной функции принятого сигнала. 3 ил. С/)

(риг 1

12

TQ

t.M

(Риг,ъ