DE2345884B2 - Verfahren und anordnung zur vorfelderkundung im zuge des abbaus eines kohlefloezes - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zur Vorfelderkundung im Zuge des Abbaus eines Kohleflö-Kes, bei dem mittels mehrerer und gleichzeitig betätigbarer Impulsquellen gerichtete, im Tonfrequenzbereich liegende Schallwellen in das Kohleflöz eingeleitet, reflektierte Schallwellen mittels Schalldämpfern richtungsselektiv empfangen sowie aufgezeichnet und die Laufzeiten der reflektierten Schallwellen gemessen Werden, und andererseits eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens, bestehend aus einer mehrere Und gleichzeitig betätigbare Impulsquellen umfassenden Impulsquellenanordnung zur Einleitung gerichteter, im iTonfrequenzbereich liegender Schallwellen in das kohleflöz, einer Reflexionswellenempfangseinrichtung mit einer richtungsselekliv empfangenden Schalldämpferanordnung sowie einer damit gekoppelten Laufzeitmeßeinrichtung.

Bei einem bekannten Verfahren bzw. einer bekannten Anordnung; dieser Art (DT-PS 11 84 099) werden mit zwei an der Flözoberkante und/oder an der Flözunterkäme angeuidneien Vibratoren als !ir.pulsqiicüer. um 180° gegenüber in der Phase verschobene Schwingungen als asymmetrische Grenzschichtwellen ausgesandt und die an Verwerfungen oder Störungen reflektierten Wellen mit paarweise an der Ober- und Unterkante des Flözes parallel zur Flözri:htting gerichtet angeordneten Geophonen als Schallempfänger registriert und ausgewertet. Das ist umständlich und aufwendig, weil die Impulsquellen und Schallempfänger gleichsam im Mantel des Kohleflözes angeordnet werden müssen; darüber hinaus erschein! es schwierig, auf diese Weise größere Tiefen zu erkunc en.

Zur seismischen Expbration im allgemeinen ist es auch bekannt (US-PS 33 46 068, Fig. 1, 6 und 10), eine sich ändernde Frequenz aufweisende Schallwellen mit einer Strahlungscharakteristik in Form einer ebenen Schallwellenfront vermittels mehrerer Impulsquellen von der Erdoberfläche h;r in die zu erkundenden Flöze einzuleiten, die zeitliche Einsatzfolge der Impulsquellen zu ändern, um die Strahlungscharakteristik zu verschwenken, und die reflektierten Schallwellen an der Erdoberfläche zu empfangen. Die eingeleiteten und reflektierten Schallwellen werden hierbei durch die über dem zu erkundenden Flöz liegenden Erdschichten stark geschwächt, je tiefer da; zu erkundende Flöz liegt, um so schwächer sind die zu messenden reflektierten Schallwellen. Für eine eindeutige Vorfelderkundung von Kohleflözen sind diese Maßnahmen daher praktisch ungeeignet.

Weiterhin ist es zur Vorfelderkundung im Bergbau bekannt (DL-PS 30 166), durch Hammerschläge sog. weiße Schallimpulse von der Ortsbrust eines Flözes her in dieses einzuleiten, reflektierte Schallimpulse an der Ortsbrust zu empfangen sowie aufzuzeichnen und die Laufzeiten der reflektierten Schallimpulse zu messen. In ähnlicher Weise ist es zur Vorfelderkundung im Zuge des Abbaus von Kohleflözen bekannt (Druckschrift der Firma Prakla und Seismos »Seismische V01 felderkundung im Steinkohlenbergbau«, 1967), zur Einleitung von gerichtetem Schall in das zu erkundende Kohleflöz mit einer Mehrzahl von in unterschiedlicher Tiefe des Kohlenflözes durch Hammerschläge oder Sprengungen erzeugten weißen Schallimpulsen zu arbeiten. Da solche weißen Schallimpulse an allen Grenzflächen mehr oder weniger diffuse Reflexion erfahren, werden wenig aussagekräftige Ergebnisse geliefert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, anzugeben, wie eine einfach hand^.uhabende, eindeutige Vorfelderkundung im Zuge des Abbaus von Kohleflözen durchgeführt werden kann, und zwar bis zu Tiefen von 100 m und mehr.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung in verfahrensmäßiger Hinsicht, daß Schallwellen fester Frequenz mit einer keulenförmigen Strahlungscharaktmstik mittels der Impulsquellen von der Ortsbrust des Kohleflözes her gepulst in dieses eingeleitet werden, daß die Phasenbeziehung der Impulsquellen geändert wird, um die Strahlungscharakteristik zu verschwenken, und daß die reflektierten Schallwellen an der Ortsbrust empfangen werden, und in anordnungsmäßiger Hinsicht, daß die Impulsquellen zur Abgabe einer keulenförmigen Strahlongscharakteristik angeordnet sind, daß der Impulsquellenanordnung eine elektrische Impulserzeugungseinrichtung zur Erzeugung von gepulsten elektromagnetischen Schwingungen fester Frequenz und den einzelnen Impulsquellen Phasenschieber vorgeschaltet sind, und daß die Schallempfängeranordnung in der Ebene der Impulsquellenanordnung liegt. Nach einer bevorzugter. Ausführup.gsform der Erfindung dient die Impulsquellenanordnung zugleich auch als Schallempfängeranoi dnung.

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile sind darin zu sehen, daß unmittelbar in das Kohleflöz eingeleitete gepulste Schallwellen fester Frequenz mit einer keulenförmigen Strahlungscharakteristik, d. h. gebündelte Schalümpulse im Kohleflö? eine verhältnismäßig große Reichweite besitzen. Das gilt auch für die reflektierten Schallimpulse, so daß in Verbindung mit dem Impulsbetrieb sehr genaue Laufzeitmessungen möglich sind. Durch die Änderung der Phasenbeziehung der Impulsquellen kann die Strahlungscharakteristik auf einfache Weise verschwenkt werden und so das zu untersuchende Vorfeld gleichsam gezielt abgetastet werden. Erkundungstiefen von 100 m und mehr werden ohne Schwierigkeiten erreicht. Da nur Maßnahmen vor der Ortsbrust zu verwirklichen sind, ist eine schnelle und auch von Nichtfachleuten durchführbare Vorfelderkundung hoher Genauigkeit gewährleistet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellender Figuren ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Untertagebetrieb, be: dem in Zuge des Abbaus eines Kohleflözes eine Vorfelderkundung durchgeführt wird,

Fig. 2 einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand nach Fig. 1, ,<;

Fig. 3 einen Schnitt in Richtung B-B durch den Gegenstand nach F i g. 1 und

Fig. 4 das Blockschaltbild einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Vorfelderkundung.

In den F i g. 1 bis 3 ist zunächst ein Untertagebetrieb aus Strecke 1 und Abbaustreb 2 dargestellt. Die Strecke 1 wird in Richtung des Pfeiles 3 und damit in Richtung des Kohleflözes 4 fortgesetzt Sie wird dazu vorgetrieben, der Abbaubetrieb wird entsprechend mitgeführt. An der Ortsbrust 5 dieser Strecke 1 wird eine Vorfelderkundung durchgeführt, wobei mit der in den Fig. 1 bis 3 angedeuteten, in Fig.4 im Rahmen eines Blockschaltbildes weiter erläuterten Anordnung 6 gearbeitet wird. Diese Anordnung 6 besitzt eine Impulserzeugungseinrichtung 7 zur Erzeugung von gepulsten elektromagnetischen Schwingungen 8 fester Frequenz im Tonfrequenzbereich. An die Impulserzeugungseinrichtung 7 sind mehrere, im Ausführungsbeispiel drei Impulsquellen 9, die Schallimpulse liefern, angeschlossen. Die Impulsquellen 9 werden von den gleichen Impulsen gespeist. Das hat zur Folge, daß sie kohärente, wenn auch phasenverschobene Schallimpulse aussenden können. Die Impulsquellen 9 sind einfache Punktstrahler. Zui Anordnung gehört eine Reflexionswellenempfangseinrichtung mit einer von der Impulsquellenanordnung getrennten Schallempfängeranordnung 10. Nicht dargestellt ist, daß die Impulsquelienanordnung zugleich auch als Schallempfängeranordnung dienen kann. Mit der Impulserzeugungseinrichtung 7 sowie der Schallempfängeranordnung 10 ist eine Laufzeitmeßvorrichtung It gekoppelt. Das Verfahren wird also so durchgeführt, daß gleichzeitig mehrere kohärente Schallimpulse gleicher, im Tonfrequenzbereich liegender Frequenz erzeugt werden. Diese werden zu einem Schallstrahl mit keulenförmiger Strahlungscharakteristik 12 gebündelt. Diese Strahlungscharakteristik 12 ist in den Fig. 1 und 2 erkennbar. Es können energieschwache Nebenkeulen 13 entstehen, die in Fig.1 angedeutet sind, jedoch für das erfindungsgemäße Verfahren keine Rolle spielen. Im Ergebnis wird ein Schallstrahl mit keulenförmiger Strahlungscharakteristik 12 gebündelt und abgestrahlt. Er wird nach Maßgabe der Strahlungscharakteristik gerichtet in das Vorfeld 14 eingeleitet. Man ändert dabei, wie es in F i g. 3 angedeutet ist, die Phasenbeziehung zwischen den kohärenten Schallimpulsen der einzelnen Impulsquellen 9 und kann dadurch den Schalistrah! oder die »Keule 12« gleichsam schwenken, was einer Abtastung dos zu untersuchenden Vorfeldes 14 gleichkommt. Nicht dargestellt wurde, daß auch Vorsorge dafür getroffen ist, die reflektierten Wellen gerichtet zu empfangen, um dadurch eine Abtastung des zu untersuchenden Vorfeldes zu vorzunehmen. — Fig. 2 zeigt, wie drei Impulsquellen 9 zweckmäßigerweise angeordnet werden. Es gilt die grundsätzliche Regel, daß zwei oder mehr Impulsquellen 9 zu einer Ebene im Abstand von (2n + 1 )λ/4 angeordnet werden, wobei λ die Wellenlänge der Schallimpulse in dem zu untersuchenden Gebirge ist. Die Impulsquellen 9 werden über elektrische Phasenschieber 15 (vgl. F i g. 4) so verschieden angeregt, daß sich aus der Überlagerung der von den einzelnen Impulsquellen 9 ausgehenden Schalümpulse die angedeutete Strahlungscharakteristik 12 ausbildet. Arbeitet man beim Empfang mit Schallempfängern 10, die in der Ebene der Impulsquellenanordnung liegen, aber von den Impulsquellen 9 unterschieden sind, so empfiehlt es sich, diese Schallempfänger 10 so anzuordnen, daß von allen Schallwellen 10 ein Abstand 2ηλ/4 besteht, wobei λ wiederum die Wellenlänge der Schallimpulse in dem zu untersuchenden Gebirge ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Vorfelderkundung im Zuge des Abbaus eines Kohleflczes, bei dem mittels mehrerer und gleichzeitig betät gbarer Impulsquellen gerichtete, im Tonfrequenzbereich liegende Schallwellen in das Kohleflöz eingeleitet, reflektierte Schallwellen mittels Schallempf angern richtungsselektiv empfangen sowie aufgezeichnet und die Laufzeiten der reflektierten Schallwellen gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, daß Schallwellen fester Frequenz mit einer keulenförmigen Strahlungscharakteristik mittels der Impulsquellen von der Ortsbrust des Kohleflözes her gepulst in dieses eingeleitet werden, daß d-ε Phasenbeziehung der Impulsquellen geändert wird, um die Strahlungscharakteristik zu verschwenken, und daß die reflektierten Schallwellen an der Ortsbrust empfangen werden.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, besiehend aus einer mehrere und gleichzeitig betätigbare Impulsquellen umfassenden Impulsquellenanordning zur Einleitung gerichteter, im Tonfrequenzbereich liegender Schallwellen in das Kohleflöz, einer Reflexionswellenempfangseinrichtung mit einer richtungsselektiv empfangenden Schalldämpferanordnung sowie einer damit gekoppelten Laufzeitmeßeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Impiilsquellen (9) zur Abgabe einer keulenförmigen Strafilungscharakleristik (12) angeordnet sind, daß der Impulsquellenanordnung eine elektrische Impulserzeugungseinrichtung (7) zur Erzeugung von gepulsten elektromagnetischen Schwingungen fester Frequenz und den einzelnen Impulsquellen (9) Phasenschieber (15) vorgeschaltet sind und daß die Schalldämpferanordnung (10) in der Ebene der Impulsquellenanordnung liegt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsquelbnanordnung zugleich als Schalldämpferanordnung dient.