Устройство для определения характера напряженного состояния массива горных пород Советский патент 1982 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горной технике, а более конкретно - к устройствам для определения на месте разработки свойств полезного ископаемого, и может использоваться для оценки напряженно-деформированного состояния массива с целью прогноза его устойчивости.

Известны устройства для определения напряженного состояния по плотности пласта, состоящие из спектрометрического детектора, источника излучения, трехканального амплитудного дискриминатора, вычислительного устройства и цилиндрических коллиматоров у источника и у детектора. В этих устройствах состояние массива определяется вычислительным устройством по трем сигналам, полученным на выходе трехканального амплитудного анализатора 1.

Недостатками данных устройств являются необходимость использования спектрометрического детектора, что не позволяет обеспечивать их искробезопасность , и сложность электронной схемы (трехкансшьный амплитудный анализатор и вычислительное устройство) .

Известно также устройство для определения напряженного состояния массива горных пород, содержащее зонд, источник гамма-излучения, спектрометрический детектор, два счетчика импульсов, выхо.цы которых соединены с входами измерителя отношения, электромагнитный привод, компаратор, выход которого соединен с электро10магнитным приводом, электронную схему спектрометрического детектора, механизм смены положения источника, соединенный с электромагнитным приводом, двумя группами схем И и ам15плитудным анализатором, причем парафазные выходы компаратора соединены, соответственно, с первыми входами двух групп схем И, ко вторым входам которых подключены выходы амплитуд20ного анализатора, а выходы схемы И соединены с входами счетчиков импульсов 2 .

Недостатками известного устройства является высокая сложность, свя25занная с применением спектрометрического детектора с электронной схемой его стабилизации и усиления сигнала на его выходе и амплитудным анализатором, низкая точность ввиду

30 небольшой Чувствительности к плотноети и зависимости сигнала от состава породы, а также сложность защиты от высокоэнергетического гамма-излучения от источника. Целью изобретения является повышение точности и надежности за счет компенсации влияния колебаний химсос тава. Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено двумя круговыми веерообразными коллиматорами, подпружиненной шторкой в виде пустотелого цилиндра и применен интеграль ный детектор, причем выход детектора соединен с входом компаратораj парафазные выходы которого соединены с входам11 счетчиков импульсов, при этом источник гамма-излучения установлен в общей вершине веерообразных коллиматоров, а зонд, детектрр, источник гамма-излучения и два круговых веерообразных коллиматора установлены соосно. На чертеже изображено устройство для определения напряженного состоя ния массива на месте разработки, об щий вид. Устройство имеет цилиндрический корпус (зонд) 1 (например, из стекло пластика) , в котором неподвижно жест ко закреплены источник 2 излучения, интегральный детектор 3, компаратор 4, два счетчика 5 и 6 импульсов, из меритель 7 отношения, и электромагнитный привод 8 со штоком 9, на котором закреплена шторка 10, выполне ная в виде пустотелого цилиндра из материала с атомным номером не менее 50, В исходном состоянии шторка 10 с помощью пружины 11 удержива ется против вершины первого кругово го веерообразного коллиматора 12 и перекрывает поток гамма-квантов от источника 2 излучения в горной поро де 13 через коллиматор 12, Первый круговой веерообразный коллиматор 1 образован свинцовым усеченным конусом 14 с одной стороны и свинцовым цилиндром 15 с другой стороны, имею щим на противоположных сторонах конические углубления и отверстие, в центре которого закреплен источник излучения. Второй круговой веерообразный коллиматор 16 образован свин цовым цилиндром 15 с одной стороны и усеченным свинцовым конусом 17 с 4РУГОЙ стороны. р. Диаметр цилиндра D, база измерения В (расстояние от центра источни ка излучения до центра интегральног детектора), угол наклона первого кр гового веерообразного коллиматора е( и угол наклона второго кругового ве ерообразного коллиматорао123Ь1браны из условия, при котором при обеспеченном электромагнитном приводе (эт положение шторки показано на чертеж скорость счета импульсов с интеграл ного детектора 3 увеличивается с ростом плотности горной породы 13, окружающей скважину; при включенном электромагнитном приводе 8 (перекрьат коллиматор 16) с увеличением плотности горной породы уменьшается скорость счета импульсов с интегрального лете ктора. Устройство работает следующим образом, В первый полупериод измерения электромагнитный привод 8 обесточен, щторка 10 находится перед вершиной канала коллиматора 12 и перекрывает его. Гамма-кванты от источника излучения 2 рассеиваются в породе 13 и попадают на интегральный детектор 3 (пути гамма-квантов указаны на чертеже сплошными линиями со стрелками). Средняя частота следования импульсов с детектора f при этом прямо пропорциональная плотности породы 5 и обратно пропорциональная среднему атомному номеру породы Z.Импульсы с детектора 3 через компаратор 4 поступают в первый счетчик импульсов 5. За время длительности первого полупериода i в счетчике импульсов 5 запишется число N - f., i. По истечении первого полупериода сигналом с компаратора включается привод 8, шток 9 которого втягивается .в обмотку, а шторка Ю устанавливается перед вершиной канала коллиматора 16 и перекрывает его. При этом выход интегрального детектора через компаратор соединяется со вторым счетчиком 6 импульсов. Гамма-кванты от источника 2 через канал коллиматора 12 попадают на породу 13 и лишь многократно рассеянные в породе гамма-кванты попадают на детектор. Средняя частота следования импульсов с детектора fa при этом обратно пропорциональна плотности породы у и обратно пропорциональна среднему атомному номеру породы Z. Импульсы напряжения с детектора 3 через компаратор 4 поступают на второй счетчик 6 импульсов. За время второго полупериода -fci в счетчике импульсов запишется число N о, - fifcsПо истечении второго полупериода измеритель отношения 7 вычисляет значение NO. ir-tu которое не зависит от среднего атомного номера породы Z и является однозначной мерой ее плотности: с увеличением плотности р величина К увеличивается быстрее, чем растет { или падает t«2., так как измеряется их отношение. По величине 5 судят о напряженном состоянии массива. Устройство позволяет оперативно определять напряженное состояние массива кровли горных выработок с целью прогнозирования ее устойчивости. Вре мя одного замера не превышает нескольких минут. В качестве источника гамма-излучения может быть использован изотоп европий - 155, .селен - 75 америций - 241 и другие, т.е. устрой ство некритично к типу источника, а при использовании источника мягкого гамма-излучения повышается чувствительность и упрощается защита. В уст ройстве все преимущества (повышение надежности вследствие упрощениязащиты от гамма-излучения,повышение чувс |вительности к плотности и достижение не чувствительности к составу углей или пород в скважине) достигаются одновременно за счет совокупности реализованных в нем признаков. Формула изобретения Устройство для определения характара напряженного состояния массива горных пород, содержащее зонд, источник Гс1Мма-излучения, детектор, дй счетчика импульсов, выходы которых соединены с входами измерителя отношения, электромагнитный привод и компаратор, выход которого соединен с электромагнитным приводом, отличающееся тем, НТО, с целью повышения точности м надежности за сче.т компенсации колебаний химсостава, оно снабжено двумя круговыми веерообразными коллиматорами, подпружиненной шторкой в виде пустотелого цилиндра, причем выход детектора соединен с входом компаратора, парафазные выходы которого соединены с входами счетчика импульсов, при этом источник гамма-излучения установлен в общей вершине веерообразных коллиматоров, а зонд, детектор, источник гамма-излучения н два круговых веерообразных коллиматора установлены соосно. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Заявка ФРГ W 2600812, кл. Е 21 В 49/00, опублик. 1979. 2.Авторское свидетельство СССР 458289, кл. G 01 V 5/00, 1973 (прототип).