Способ радиопросвечивания массива горных пород Советский патент 1981 года по МПК G01V3/12 

(54) СПОСОБ РАДИОПРОСВЕЧИВАНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ

1

Изобретение относится к способгил исследования электрических свойств горных пород, а именно к способу ргщиоволнового просвечивания массива пород с целью оценки условий распространения радиоволн при проектировании беспроводного канала связи, а также с целью геофизических исследований.

Известны способы определения электрических параметров пород, основанные на измерении разности фаз или частот, в которых производят глубинное многочастотное зондирование или радиопросвечивание массива двумя модулированными по частоте колебаниями с последующим сопоставлением между собой фазовых сдвигов между частотами или регистрацией изменения частоты сигналов. По результатам измерений судят об исследуемых электрических параметрах массива ШнГ2.

Известные способы точны, однако они не всегда могут быть практически реализованы из-за сложности процессов измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, состоящий в измерен НИИ в одной точке приема отношения амплитуд составляющих электромагПОРОД

нитного ПОЛЯ, излучаемогр магнитным и электрическим диполями, на двух разных частотах. Указанный способ характеризуется идентичностью влияния различных возмущающих факторов на уровни принимаемых сигналов и, как следствие этого, снижением различного рода погрешностей измерения L3J .

10

Недостатки известного способа ; заключаются во влиянии помех в условиях действующих шахт на точность производимых измерений, а также наличии в точках передачи и приема

15 антенн двух разных типов: электри- , ческой и магнитной.

Цель изобретения - повышение точности определения электрических свойств массива пород.

20

Поставленная цель достигается тем, что в способе радиопросв.ечива- ния массива горных пород, заключаю- щемся в возбуждении массива злектро25 магнитным полем изменяющейся частоты,

измерении в точке приема парс1метров

электромагнитного поля, по которым

судят о проводимости горных пород,

дополнительно измеряют частоту принимаемых электромагнитных колебаний. при заданном соотношении К составпяющих электромагнитного поля tg9, где Ag - меридианапьная составляюща электромагнитного поля; Аг -(радиальная составля:ю1пая электромагнитного поля; 9 - угол между направлением от измерителя на точку при ема и вертикально в точке излучения. Далее определяют электрическую проводимость по ффрмуле Ч f о Vjr(U.arl где f - положительный корень уравнения . . ; . f - частота, на которой зафикси ровано равенство (1); г - расстояние между точками из мерения и приема; /Wq - абсолютная магнитная проницаемость массива пород. На фиг.1 представлена зависимос отношения составляющих электромагни ного поля от частоты; . на фиг. 2 пример реализации способа. Способ осуществляется следующим образом. Известно, что соотношение между мерйдианальной и радиальной составляющими электромагнитного поля элементарного диполя в направлении мак симального излучения равно sr. у ™ 1л - / л t. л с л с: л. - U. if «Г N - af a ++f 4| Е - соответственно ра диальная и меридиальная составляющие электриче кого поля электр ческого диполя; Н - соответственно р диальная и меридиальная составл няцие магнитного поля; I (3) - относительное ра стояние между то ками излучения и приема; абсолютное расст ние между точкам излучения и прие ма; толщина скин-сл или глубина про никновения поля массиве; -характеристическая длина массива; yi|b-/Hp -l) -относительный коэффициент затухания; -соответственно диэлектрическая и магнитная проницаемости массива; -электрическая проводимость массива пород; -безразмерный параметр, определяющий отношение частоты излучаемых колебаний 10 к частоте релаксации массива. Из графика отношения g зависимости от f (см.фиг.1) слеует, что при некоторой значении f, авном f о 1 составляющие поля равны ежду собой, что используется для ценки проводимости пород, В соотетствии с этим конкретное значение 0 модно получить из решения уравнеия (2) относи ельно f приняв отЕу Нг равные единице,т.е. ошение . Положительный корень этого уравения, есть fp (f о 1,227). На низих частотах в квазипроводящей обласи толщина скин-слоя равна м ри-равенстве составляющих Н выражение (3) имеет ли Е ид огда из формулы (5) и (4) получим ыражение для определения интегральной проводимости массива пород jlfcraC из формулы (6) видно, что, зная расстояние г в направлении максимального излучения между точками передачи и приема и частоту излучения f в момент равенства в точке приема радиальной и меридиональной составляющих электромагнитного поля легко вычислить проводимость массива пород. п р и м е р. В точке А находится излучающий магнитный диполь. В точке приема В, находящейся на расстояний г от излучающего диполя, находится приемный комплект аппаратуры, содержащий две взаимно перпендикулярные рамки, одна из которых находится в горизонтальной, другая в вертикальной плоскостях. В горизонтальной рамке наводится ЭДС, пропорциональная меридиальной составляющей поля HQ, в вертикальной - пропорцио.нальная радиальной компоненте Н.

Если угол 9 равен 45, то изменяем частоту излучаемого поля до тех пор, пока указанные амплитуды составляющих поля в точке приема не сравняются, В момент равенства составляницих фиксируется излучаемая частота и производится расчет проводимости исследуемогй массива по формуле (б).

Если угол 9 не равен 45, то необходимо фиксировать частоту не при равенстве составляющих, а в соответствии с равенстве

Не.

tsr9 М ;Например, если угол 30 , то излучаемая частота фиксируется при отношении

Не

0,575 Нг

Таким образом, в предлагаемом способе, в отличие от прототипа, не измеряют абсолютные значения составляющих электромагнитного поля, а производят лишь сравнение составляющих, фиксируя факт их равенства с всовым коэффициент К 1 при б 45° или К tg в при 9 45. Факт ра;венства амплитуд составляивдих сравнительно просто и точно регистрируется даже в условиях значительных помех, поэтому точность измерения проводимости массива повышается.

Например, если считать, что амплитуда измеряемой составляющей электромагнитного поля изменяется под действием шума по релеевскому закон то при соотношении сигнал : шум, равном десяти, ошибка при измерении приблизительно в 100 раз превышает ошибку при регистрации факта равенства амплитуд составляющих.

Кроме того, условия измерений проводимости пород максимально прибгтжетл к условиям эксплуатации беспроводной системы связи. Это является существенным для организации беспроводного канала связи с подземными выработками. Измерения производятся в диапазоне сверх- и инфраиизких частот. В этом случае радиоволны при распространении испытывгиот слабое затухание и измеряемый сигнал достаточно велик.

В предлагаемом способе напряженность измеряемого поля при неизменной мощности излучения практически неизменна несмотря на то,- что электрческие свойства массива изменяются от одного места к другому. Это позволяет существенно уменьшить требуемый динамический диапазон измерительной аппаратуры. Способ отличается простотой аппаратурной реалиэа ции. Применение следящих систем,нае пример синхронно-следящих фильтров , jпозволяет автоматизировать процесс измерения.

Применение предлагаемого способа повышает точность оценки условий

Q распространения радиоволн при проектировании беспроводного кангша связи с подземными выработками и позволяет проектировать аппаратуру связи в соответствии с горно-геологическими условиями конкретного горнорудного

5 предприятия.

Формула изобретения

Способ радиопросвечивания массива горных пород, заключающийся в возбузвдении массиваэлектромагнитным полем изменяющейся частоты, измерении в точке приема параметров

электромагнитного поля, по которым судят о проводимости горных пород/ отличающийся тем, что, с целью повыйения точности определения электрических свойств горных пород, измеряют частоту принимаемых электромагнитных колебаний при заданном соотнсхиении К составляющих электромагнитного поля

Ав

35

tge, АГ

где А - мериДианальная составляющая электромагнитного поля) Ау - рёщиальная составляккцая электромагнитного поля;

в - угол между направлением от измерителя на точку приема и вертикально в точке излучения, и определяют проводимость по формуле

c2 6

e-j где Eg - положительный корень уравнения

: .

f - измеренная частота;

г - расстояние между точкани

измерения и приема; /Ид - абсолютная магнитнгш проницаемость массива горных пород. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 130587, кл. G 01 V З/Об, 1960.

2.Авторское свидетельство СССР 492836,кл. G 01 V 3/12, 1975.

, 3. Савкина Н.М. и др. Определение удельнбй проводимости и и ли- , электрической проницаемости §: массива горных пород радиоволновыми менУ

W

тодами. - Физико-технические проблемы : разработки полезных ископаемых, СО АН СССР, 1973, 3, с. 963,00 (прототип). .