Способ определения положения ослабленных контактов в массиве горных пород Советский патент 1991 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к области горного дела и предназначено для определения мощности слоев горных пород и порядка их чередования в массиве.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг. 1 представлена схема проведения измерений; на фиг. 2 и 3 - нормированные амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) сейсмоакустических сигналов, полученные соответственно в кровле и почве угольного пласта.

На схеме проведения измерений показаны горная выработка 1,угольный пласт 2, слоиЗ и 4, залегающие в кровле пласта, слой 5. залегающий в почве пласта, сейсмопри- емники 6. пункты 7 возбуждения и регистрирующий прибор 8.

Способ осуществляют следующим образом.

В горной выработке 1 (фиг. 1), пройденной по угольному пласту 2 и вскрывающей породы кровли и почвы, подготавливают места для крепления сейсмоприемников 6. На расстоянии 1-3 м от них располагают пунк-- ты 7 возбуждения упругих колебаний в кровле и почве горной выработки. Подготовка заключается з ликвидации трещиноватой, разрушенной породы и обеспечении контакта с массивом. Сейсмоприемники б крепят в породах кровли и почвы так. что ос, их максимальной чувствительности направлена по нормали к напластованию. Прибор 8. регистрирующий сейсмоакустический сигнал и определяющий его АЧХ. подключают к сейсмоприемнику 6, установленному в породах кровли угольного пласта.

Возбуждают во вмещающих породах упругие колебания путем нанесения ударов по породам кровли, причем возбуждение колебаний осуществляют многократно. Регистрируют сейсмоакустический сигнал и определяют его АЧХ. При нанесении ударов контролируют состояние пород в точке удара: если появляются признаки разрушения, то последующий удар наносят со смещением на величину диаметра зоны разрушения, По АЧХ выделяют резонансные частоты и амплитуды на этих частотах нормируют по величине энергии сейсмоакустического сигнала (фиг. 2):

А

АН

2 А

(1)

где АН - нормированная величина амплитуды резонансной частоты,

А-амплитуда выделенной резонансной частоты;

AI - амплитуда сигнала на дискретных частотах.

Прием сейсмоакустического сигнала и выделение резонансных частот проводят в перемещаемом временном интервале, величину и шаг перемещения которого определяют из выражений

3-7

(2)

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

где At - величина временного интервала, с; fp - значение выделенной резонансной частоты, Гц,

dt -6Tw

где ft - шаг перемещения временного интервала, с.

Количество п перемещений интервала At выбирают исходя из требуемой глубины h исследований

.Vf(4)

где V - скорость продольных волн во вмещающих породах.

Для каждой резонансной частоты в соответствии с определенными по формулам (2) - (4) параметрами п раз перемещают временной интервал и при каждом его положении осуществляют возбуждение и регистрацию амплитуды сейсмоакустического сигнала на этой частоте. Анализируют зависимость изменения амплитуды резонансной частоты от времени, находят максимальное значение амплитуды и положение при этом временного интервала tp пр д t Величину 1 /2 tp используют для определения очередности размещения резонирующих слоев в разрезе. Затем регистрирующее устройство 8 подключают к сейсмоприемнику 6, закрепленному в породах почвы угольного пласта, и на почве в точке 7 отстоящей от сейсмоприемника на 1 3 м. осуществляют импульсное возбуждение сейсмоакустического сигнала. Повторяют все описанные операции, т.е. наносят удары по породам почвы и определяют АЧХ сигнала, выделяют резонансные частоты, осуществляют нормирование амплитуд резонансных частот по величине энергии сейсмоакустического сигнала (фиг. 3), для каждой резонансной частоты по формулам (2 - 4) вычисляют параметры перемещаемого временного интервала для каждой резонансной частоты перемещают временной интервал, возбуждают сейсмоакустический сигнал и регистрируют величину амплитуды на этой частоте при каждом положении временного интервала, определяют время tp. для которого амплитуда резонансной частоты имеет максимум (или максимумы).

Таким образом, для кровли и почвы угольного пласта опредепены резонансные

частоты и времена, на которых достигают максимума амплитуды на этих частотах.

Для размещения в разрезе вблизи угольного пласта ослабленных механических контактов необходимо вычислить мощности резонирующих слоев и определить их принадлежность к почве или кровле.

Мощность m резонирующих слоев определяют по формуле

m TTl--(5)

2 Р

где Vcn - скорость продольных волн в слое, м/с;

fp - значение резонансной частоты для данного слоя, Гц;

Скорость Уел продольных волн определяют на образцах пород или принимают данные, полученные при проведении геологоразведочных работ.

Для определения принадлежности слоев к кровле или почве угольного пласта находят разность нормированных амплитуд на резонансных частотах, полученных при возбуждении и регистрации сейсмоакусти- ческого сигнала в кровле и в почве. Положи- тельные значения амплитуд присущи резонирующим слоям, расположенным выше угольного пласта, а отрицательные - слоям, расположенным ниже угольного пласта. Слои с резонансными частотами 33G и 500 Гц (фиг. 2 и 3) расположены в кровле угольного пласта, а слой с резонансной частотой 750 Гц - в почве.

Порядок чередования резонирующих слоев в массиве определяют следующим образом. Слои (отдельно для кривли и почвы пласта) располагают по мере увеличения величины 1/2tp. Размещение резонирующих слоев завершает определение положения ослабленных механических контактов.

Предлагаемый способ позволяет повысить точность определения положения ослабленных контактов в массиве горных пород за счет определения принадлежности слоев горных пород кровле или почве угольного пласта, а также определения порядка чередования слоев в массиве.

Формула изобретения

1. Способ определения положения ослабленных контактов в массиве горных пород, включающий импульсное возбуждение упругих колебаний во вмещающих угольный пласт породах, прием сейсмоакустического

сигнала, определение его амплитудно-частотной характеристики, выделение резонансных частот и определение по ним мощности слоев горных пород и положения ослабленных контактов в массиве, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения точности, возбуждение колебаний и прием сейсмоакустического сигнала осуществляют поочередно в кровле и почве пласта, при этом прием сейсмоакустического сигнала и

выделение резонансных частот проводят в перемещаемом временном интервале, определяют нормированные по энергии сигнала амплитуды резонансных частот и устанавливают по ним принадлежность слоев пород к кровле или почве пласта, а порядок чередования слоев в массиве определяют по величине смещения временного интервала, в котором амплитуда резонансной частоты соответствующего слоя

максимальна.

2. .Способ по п. . 1 отличающийся тем, что возбуждение упругих колебаний осуществляют многократно, а пункты возбуждения смещают на величину диаметра

зоны разрушения горных пород.

0,05

0,1 Ли

Изобретение относится к орному делу Цель изобретения - повышение ючности. Из горной выработки 1. пройденной по угольному пласту 2, в слоях 3, 4 кровли пласта и слое 5 почвы пласта возбуждают упругие колебания в пунктах 7. С помощью сейсмоприемников 6 принимают сейсмо- акустические сигналы и определяют их амплитудно-частотные характеристики. Выделяют резонансные частоты и нормируют их амплитуды по энергии сейсмоакустических сигналов. Возбуждение и прием сейсмоакустических сигналов осуществляют поочередно в кровле и почве пласта 2. Возбуждение проводят многократно, а пункты 7 возбуждения смещают на величину диаметра зоны разрушения горных пород. Анализ амплитудно-частотной характеристики проводят в перемещаемом временном интервале, величину которого, шаг перрмещения и их количество определяют по значениям резонансных частот скорости продольных волн и требуемой глубины исследований. По нормированным амплитудам резонансных частот устанавливают принадлежность слоев пород к кровле или почве пласта. По значению резонансной частоты определяют мощность слоев. По величине смещения временного интервала, в котором амплитуда резонансной частоты максимальна, определяют порядок чередования слоев в массиве. Способ повышае точное ь определения положения ослабленных контактов, 1 з.п. ф-лы, 3 ил. :71 сл С iO iCJ ы го ю

iOO -Р

2

200

500

H 750

tow

fi05

a fp 500 гц

////// //

1000ZZ3

2000-а

Z2 2

5000

ru

07Н.60

) {р 500Гц

towi; 2

fi05

о,/ ,/Ди

orw.eS

гц

Фиг-3