Способ определения мощности расслоения горного массива Советский патент 1981 года по МПК G01V1/00 

1

Изобретение относится к геофизическим способам разведки и может быть использовано для определения наличия расслоения и мощности отслоившейся части горного массива при ведении очистных и подготовительных работ.

Известен способ акустического определения неоднородности массива вблизи выработки заключающийся в том, что в исследуемом массиве путем бурения скважин отыскивают местонахождение акустической неоднородности, после чего, помещая в скважину излучатель звука, анализируют зафиксированные на поверхности амплитуды звукового давления с тем, чтобы судить о конфигурации неоднородности массива. Недостаток этого способа - необходимость бурения скважин.

Известен также способ исследования напряженного состояния массива 2, позволяющий определить мощность его расслоения путём возбуждения и регистрации упругих колебаний на стенке выработки с-тем, чтобы в результате анализа замеренных соотношений между . излученными и принятыми колебаниями судить о местонахождении границ напряженного массива. Этот способ является разновидностью известного в геофизике (сейсморазведке; способа отраженных волн. Однако способ имеет то же ограничение, что и известнее другие сейсморазведочные способы, а именно.: расстояние из.пучатель - отражсоощая граница - приемник не может быть меньше десятков метров. И если от поверхности до границы неоднородности, подлежащей индикации, допустим,

10 около метра, то расстояние между излучателем и приемником должно быть не меньше десятков метров, и если протяженность границы неоднородности бу дет значительно меньше, то такая не15однородность с помощью изложенного способа обнаружена не будет.

Целью изобретения является повышение эффективности способа.

Поставленная цель достигается

20 тем, что в способе определения мощности расслоения горного массива, основанном на возбуэкдении невзрывным источником-и регистрации упругих колебаний на поверхности массива

25 с последующим анализом зарегистрированных колебаний, возбуждают упругие колебания импульсами, длительность воздействия которых не превышает 100 МКС, регистрируют упругие коле30бания в точке возбуждения, в течение времени взаимодействия между источником и горным массивом и судят

0мощности расслоения горного массива по амплитудно-частотным характеристикам зарегистрированных колебаний.

1Способ для своей реализации не требует какого-либо нарушения целостности исследуемого массива (например, бурения), не является многоточечным как прототип (точки излучения и регистрации разнесены друг от друга) ; Позволяет фиксировать плоскость отслоения, имеющую протяженность одного порядка с мощностью отслоения (т.е.

при мощности отслоения 1 м для регистрации ее .достаточно, чтобы плоскость .расслоения имела при форме окружности диаметр 1 м), чего не позволяет никакой из известных способов.

Способ основан на следующих предпосылках. В горном массиве в силу различных причин могут происходить расслоения и образования пустот. Расслоения в материале кровли подземной выработки являются причиной обрушения кровли, и индикации наличия и мощности расслоения может использоваться с -целью прогнозирования обрушения.

При отсутствии отслоения и при абсолютной монолитности и однородности бесконечно протяженного горного массива реакция среды на механическое возмущение такова, что спектральный состав упругих колебаний в точке возбуждения их полностью характеризует частотные возможности излучателя. Для реальной однородной среды возможны некоторые отклонения величин спектральной плотности.

При возникновении в горном массиве расслоений, плоскость которых более или менее параллельна поверхности исследуемого массива (в осадочных породах плоскости расслоения ориентированы примерно горизонтально), отслоившаяся часть с некоторыми допущениями может быть уподоблена плоскопараллель ному слою среды мощности h. При воз.действии механическим возмущением на плоскопараллельный пласт происходит увеличение плотности спектра вблизи частот f| , которые определяются соотношением:

(1)

ifr .

где С- - скорость распространения

1-типа волн в данной среде; h - мощность отслоения; п - коэффициент крагности гармоник.

Таким образом, на частотах fj следует ожидать у еличения уровня принятого сигнала.

На чертеже показано устройство для реализации способа.

Оно содержит молоток 1, конструкция которого такова, что время взаимодействия с массивом при ударе не превышает 100 мкс. в молоток встроен пьезоэлемент 2, сигнал с которого поступает на двухканальный спектроанализатор 3 параллельного типа. Спектроанализатор содержит входное усилительное устройство 4, с выхода которого сигнал поступает на два частотно-избирательных /силителя 5 и б, а затем - на аналоговые запоминающие ячейки 7 и 8. Уровень сигналов в обоих каналах фиксируется с помощью стрелочных индикаторов 9 и 10.

Устройство работает следующим образом.

С помощью молотка 1, по-поверхности массива наносится удар, возбужда-ются упругие колебания, которые регистрируются во время взаимодействия с помощью пьезоэлемента 2. Сигнал с выхода его поступает на вход спектроанализатора. Первый канал (элементы 5, 7, 9) настроен на фиксированную постоянную частоту и служит для привязки по уровню (силе с

удара). Второй канал перестраивается по частоте в интересующем диапазоне с помощью усилителя 6. При одинаковом коэффициенте передачи обоих каналов спектроанализатора плотность спектра А определяется соотношением:

Цудг

(2) Coh5t

где Uygj и и(,,у,5 величины уровней сигналов на измеряемой и фиксиров нной частоте соответственно. Для упрощения обработки информации индикатор 9 и 10 проградуированы в логарифмах измеряемого напряжения. Тогда информационная величина определяется как

igA 19%.- igUcoH t (3)

Использование данного способа обепечивает повышение эффективности мероприятий по обеспечению безопасност труда при проведении очистных и подготовительных работ, так как дает информацию о наличии расслоения и мощности отслоившейся кровли в интересующей конкретной точке подземной выработки.

Формула изобретения

Способ определения мощности расслоения горного массива, основанн а1й на возбуждении невзрывным источником и регистрации упругих колебаний на поверхности массива с последующим анализом зарегистрированных колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа, возбуждают упругие колебания импульсами, длительность воздействия которых не превьшшет 100 мкс регистрируют упругие колебания в точке возбуждения в течение времени взаимодействия между источником и

горным массивом и судят о мощности расслоения горного массива по амплитудно-частотным характеристикам зарегистрированных колебаний.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ямщиков А.И. Передовые методы поиска технических скважин из горных .выработок. М., Недра, 1978, с. 1-18,

. 2. Авторское свидетельство СССР 543905, кл. G 01 V 1/00, .1978 (прототип) .

/ / / / /,

/ / / .

j /////////////,