Способ определения характеристикСТРуи гидРОМОНиТОРА Советский патент 1981 года по МПК E21C45/00 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СТРУИ ГИДЮМОНИГОРА

печения возможности определения структуры струи.

Поставленная цель достигается тем, что в струе гидромонитора последовательно 1возбуждаюг переменное электрическое поле нескольких различных частот, на каждой частоте измеряют силу тока, протекающего через струю, горные породы и гидромонитор и фазу этого тока относительно возбуждающего поля, при этом определяют злектропроводносте сплошной и капельной частей струи, а о длине струи гидромонитора и ее структуре судят по. величине электропроводностей сплошной и капелной частей струи на различных частотах.

На чертеже схематически изображена полетка.

Физические основы способа следующие., Любая гидромониторная струя имеет неоднородную структуру, включающую плотное жидкое ядро (сплощная часть струи) и ореол из отделившихся от сплошной части капель и струек (капельная часть струи), причем с удалением от гидромонитора сечение сплошной части струи уменьшается а капельной части - увеличивается.

Электропроводность сплЪшной части струи связана только с сечением и длиной и не за: висит от частоты возбуждающего поля вплоть до частот в десятки - сотни мегагерц. Электропроводность капельной части струи определяется плотностью токов смещения в ней, протекающих через распределенные электрические емкости между каплями и струйками, а также через активные сопротивления этих ка- пель и струек, и зависит от частоты возбуждающего поля. Электропроводность капельной части струи пропорциональна ее сечению. Общая электропроводность струи является геометрической суммой электропроводностей ее сплошной и капельной частей. Таким бЪразом, электропроводность сплошной части струи зависит от ее длины и сечения, а соотношение между электропроводностями сплошной и капеш ной частей струи является характеристикой структуры струи гидромонитора.

Определение электропроводностей сплошной и капельной частей струи может быть проведено путем измерения силы тока в струе и его фазы при заданной напряженности возбуждающего поля на двух частотах: на низкой, на которой электропроводность капельной часта йгруи прене{5режимо мала, и на высокой, на котороИ электропроводность капельной части вносит заметный вклад в общую электропроводность струи. Для повышения WqHOCTH измерений число используемых частот может быть увеличено.

Минимальная частота выбирается из соображений технической доступности возбуждения тока в струе при помощи известньк устройств (например тороидальной генераторной катушки) . Максимальная частота возбуждения ограничивается требованием, чтобы струя реальных размеров на этой частоте не являлась эффективным излучателем (антенной), так кж излучение электромагнитной энергии струей может обусловить погрешность способа. Для реальных условий гидродобычи минимальная частота может составлять десятки - сотни герц, а максимальная - сотни килогерц.

Способ осуществляется следующим образом.

При помощи, например, тороидальной катушки, к обмотке коюрой подключается генератор переменного напряжения и которая . расположена таким образом, чтобы ствол или струя гидромонитора проходила через ее внутреннее отверстие, или при помощи генератора переменного напряжения, включенного в специально созданный разрыв электрического контура, состоящего из струи, горных пород и гидромонитора, в струе возбуждается переменное электрическое поле. Поскольку техническая вода, используемая для гидроотбойки, а также горные породы и корпус, гидромонитора обладают электропроводностью, через упомянутый электрический контур протекает переменный электрический ток, сила которого зависит от электропроводности контура. Так как электропроводности заземлений струи и гидромонитот ра обычно весьма велики, сила тока В этом контуре зависит в основном от электропроводности собствешю струи.

Измеряя, например, при помощи тороидальной измерительной катушки, расположенной на оси струи аналогично генераторной катушке, и фазочувствительного устройства силу тока в струе .на различньк частотах возбуждающего поля и его фазу, или активную и реактивную компоненты этого тока определяют комплексные электропроводности струи на этих частотах и затем электропроводности сплошной и капельной частей струи на эгах частоту.

Поскольку строгое математическое описание зависимости электропроводностей сплошной и капельной частей струи от структуры струи представляется весьма сложной задачей, эти зависимости предпагаегся устанавливать зталонировкой. Эталонировка при зтом может бытьпроведена следующим образом.

Задают гшфомониторные струи с определенным начальным, диаметром (диаметром насадки) d«, давлением Р из жидкости с известной упелькон электропроводностью . В качестве характеристики структуры струи дыб д}ают, например, отношение диаметров d}Q

сплошной d и капельной D частей струи в ее призабойной части. Изменяя длину L и структуру d/D струи, для каждой из задаваемых струй определяют предлагаемым способом электропроводности сплошной GC и капельной G/ частей струи. При этом определяют структуру струи d/D любым известным способом (например фотографированием, установкой в сечении струи группы тензодатчиков ит.п.). Результаты такой эталонировки могут быть изображены, например, в прямоугольных координатах L и d/P, причем каждой измеренной струе в зтих координатах соответствует точка с определентыми значениями нормированных электропроводностей сплошной GC / у do и капельной .do частей струи, йятерполируя значения Gc/y-do и .do между полученными точками с необходимым шагом, получают палетку. Аналогичные палетки могут быть построены для других фзможных значений: давления Р.

В практике гидродобычи определяют предлагаемым способом сигналы GC и G, по значению давления Р выбирают соответствующую палетку и определяют координаты Gc/y.do и Gk/y-do точки, соответствуюшей струе длины L и структуры d/O .

Набор таких палеток может быть введен в намять ЭВМ, управляющей гидромоннторами, что позволяет создавать автоматизированные системы оптимального управления гидроот- бойкой.

Преимушество способа заключается в увеличении информативности определения характеристик струи и повышении его точности. Определяемые предлагаемым способом характеристики струи, а именно ее длина и структура, достаточно полно характеризуют процесс гидроотбойки и позволяют создавать на основе способа автоматизированные системы

оптимального управления гидродобычей, а при скважинной гидродобыче - обеспечить определение формы и размеров добычных полостей Возможность дистаншюниого контроля гидроотбойки при использовании предлагаемого способа обеспечивает улз 1шение условий труда и, повышение безопасности проведения работ при гидродобыче полезных ископаемых.

Формула изобретения

Способ определения характеристик струи гидромонитора, включаюший возбуждение в струе электрического поля и определение длины струи путем измерения силы протекаюшего в струе тока, oтJ ичaюшийс я тем, что, с целью повышения эффективности гидродобывд путем увеличения точности и достоверности определений длины струи и обеспечения возможности определения структуры струи, в струе гидромонитора последовательно возбуждают переменное электрическое поле нескольких различных частот, на каждой частоте измеряют -силу тока, протекающего через струю, горные породы и гидромонитор, и фазу этого тока относительно возбуждакщего поля, при этом определяют электропроводности сплошной и капельной частей струи, а о длине струи гидромонитора и ее структуре судят по величине электропроводностей сплошной и капельной частей струи на различных частотах.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Лобанов Д. П. и Смолдырев А. Е. Гидромеханизация геологоразведочных и горных работ. М., Недра, 1974, с. 54.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2318291, кл. Е 21 С 45/00, 1975.

jL

D

1

.

tl И

a IJ

1

1

«

}$

II ft I 9, f /VJff JSyef ffflf l /.f ffowe /ft/ fl, ffm fffffs