Устройство контроля состояния пород кровли Советский патент 1978 года по МПК E21C39/00 

(54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ПОРОД КРОВЛИ

Изобретение относится к горной промышленности, касается электроизмерительной техники контроля состояния горных пород и предназначено для контроля работы анкерной

крепи.

Известно устройство, позволяющее проводить измерения состояния горного массива путем измерения сопротивления между электродами, содержащее токовые и измерительные электроды 1.

Иедостатком этого устройства является высокая трудоемкость реализации контроля, связанная с необходимостью установки электродов в выработке, что не всегда практически осуществимо. Так, папример, при обследовании состояния выработок вне зоны очистных работ существуют значительные трудности с подводом электроэнергии, необходимой для бурения шпуров. В этом случае для снижения трудоемкости работ представляется целесообразным использование в качестве одного из электродов, имеющего контакт в глубине породного массива, анкерную крепь.

Известно также устройство контроля состояния пород кровли, содержащее токовый и измерительный электроды, охранное кольцо, расположенное вокруг места закрепления измерительного электрода, источник питания и измерительный прибор 2.

Однако это устройство создано для определения электрических свойств образцов, имеющих правильную форму, и не может обеспечить надежного контроля при применении в производственных услов11ях, так как конструктивно к ним не приспособлено.

Цель изобретения - обеспечение надежности контроля состояния пород кровли в горных выработках, закрепленных анкерной крепью.

Это достигается тем, что устройство контроля снабжено вторым охранным кольцом и измерительным электродом, в качестве которого использован анкер анкерной крепи, соединенный через измерительный прибор с первым измерительным электродом, причем между охранными ко.,:ьцами измерительных электродов и токовым электродом включен источник питания. При этом токовый электрод установлен в кровле на расстоянии от анкера, равном половине его длины, а зазор между охранными кольцами и измерительиыми электродамп не превышает 0,1 этого расстояния, а первый измерительный электрод закреплен

в кровле на расстоянпп от токового электрода, при котором потенциалы обоих измерительных электродов равны, причем длина закрепленной в кровле части первого измерительного электрода не превышает радиуса охранного кольца. Источник питания выполнен в виде зльтразвукового генератора частотой, например, в один килогерц.

На чертеже представлена схема устройства контроля состояния пород кровли.

Оно содержит измерительные электроды (стержень) 1 и анкер 2, закрепленный замковой частью 3 в шпуре 4, токовые электроды (стержень) 5, охранные кольца 6, контактирующие с влажным поверхностным слоем 7, источник питания 8 и ламповый вольтметр 9 (измерительный прибор).

Движение тока от источника питания 8 через токовый электрод 5 может осуществляться в двух направлениях: к измерительному стержню 1 и анкеру 2, причем часть его протекает непосредственно по обнаженной поверхности к охранным кольцам 6 и через них к источнику питания 8, а другая часть, растекаясь по объему, попадает к измерительному стержню 1 и анкеру 2, откуда через поверхностный слой, находящийся между этими измерительными электродами и охранными кольцами 6, и охранные кольца 6, возвращается к источнику питания 8.

Таким образом, по величине и направлению движения тока исследуемый горный массив условно подразделяется на область с сопротивлением RI, находящуюся между токовым стержнем 5 и анкером 2, по которой протекает объемный ток; область с сопротивлением R2, находящуюся между токовым стержнем 5 и охранным кольцом 6 у анкера 2, по которой протекает поверхностный ток; область с сопротивлением Кз, находящуюся между токовым стержнем 5 и измерительным стержнем 1, ло которой протекает объемный ток; область с сопротивлением R4, находящуюся между токовым стержнем 5 и охранным кольцом 6 у стержня 1, по которой протекает поверхностный ток; область с сопротивлением Rs, находящуюся между измерительным стержнем 1 и охранным кольцом 6, по которой протекает объемный ток; область с сопротивлением Re, находящуюся между анкером 2 и охранным кольцом 6, по которой протекает объемный ток. Эти области образуют мостовую электрическую схему, плечами которой являются сопротивления RI, RS, Rs, .Re, причем источник питания 8 включен в диагональ этого моста параллельно с сопротивлениями ,R2 и R4, а измерительный прибор 9 включен в другую диагональ к точкам соединения сопротивлений RI, Re и Rs, Rs.

Настройку устройства осуществляют заранее в иенарущенном расслоениями массиве. Для этого в обнаженной поверхности выработки на расстоянии от анкера 2, равном половине его длины, устанавливают токовый электрод 5. Такое расстояние обеспечивает проникновение ииформативного электрического поля на контролируемую глубину. Затем у анкера 2 устанавливают охранное кольцо 6. Внутренний диаметр его берут равным одной десятой расстояния между электродом 5 и

анкером 2. Этого достаточно, чтобы предотвратить попадание поверхностных токов в измерительный прибор 9 и обеспечить незначительную утечку объемных токов через охранное кольцо 6.

Затем устанавливают измерительный электрод 1 с охранным кольцом 6. Длина вставленной в горный массив части измерительного стержневого электрода 1 не превыщает радиуса внутреннего диаметра охранных колец 6. При этом потенциалы измерительного и охранного электродов выравниваются. Это предотвращает утечку объемных токов через охранное кольцо и попадание поверхностных

токов .в измерительную цепь.

Величина удаления измерительного электрода 1 от токового электрода 5 определяется опытным путем. Оно должно быть таким, чтобы потенциалы электродов 1 и 2 выравнялись,

т. е. обеспечивался баланс объемных токов, попадающих в измерительную цепь. При расслоении кровли изменяются объемные сопротивления RI и RS, что приводит к появлению тока, про.ходящего через измерительный прибор 9.

Величина тока пропорциональна величине расслоения пород.

Для запитки измерительной цепи в устройстве применен источник питания переменного

тока, работающий на частоте 1 кГц. Такая частота обеспечивает проведение измерений с минимальными погрешностями, так как при этом исключается влияние контактного сопротивления из-за отсутствия поляризационных

приэлектродных эффектов.

Увеличение частоты электрического поля нежелательно, так как при этом появляются значительные трудности, связанные с введением информативного электрического поля в

исследуемую область горного массива.

Формула изобретения

прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения иадежности контроля, оно снабжено вторым охранным кольцом и измерительным электродом, в качестве которого использован анкер анкерной крепи, соединенный

через измерительный прибор с первым измерительным электродом, причем между охранными Кольцами измерительных электродов и токовым электродом включен источник питания.

ультразвукового генератора частотой, например, в один килогерц.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Турчанинов А. И. и др. Современные методы комплексного определения физических свойств горных пород. М., «Недра, 1967, с. 125.