RU2006884C1

RU2006884C1 - Device for recording electromagnetic radiation caused by rock fracture

Info

Publication number: RU2006884C1
Authority: RU
Inventors: М.В. Курленя; Г.И. Кулаков; В.А. Марков; Г.Е. Яковицкая
Original assignee: Институт горного дела СО РАН
Priority date: 1990-12-10
Filing date: 1990-12-10
Publication date: 1994-01-30

Abstract

FIELD: mining art. SUBSTANCE: device has toroidal winding, shield surrounding winding with bell, and varying measurement gap. EFFECT: provision for checking destruction of rock mass sections when its strain-and-stress state changes. 2 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для контроля разрушения участков массива при изменении его напряженно-деформированного состояния. The invention relates to mining and can be used to control the destruction of sections of the array when changing its stress-strain state.

Известно устройство для регистрации электромагнитного излучения, возникающего при трещинообразовании горных пород [1] , включающее помещенные на кронштейне две взаимно перпендикулярные антенны с ферромагнитными стержневыми сердечниками, на которых помещены равномерно намотанные обмотки, и содержит первый и второй электромагнитные экраны. A device is known for recording electromagnetic radiation arising from crack formation of rocks [1], including two mutually perpendicular antennas with ferromagnetic rod cores placed on a bracket, on which uniformly wound windings are placed, and comprises first and second electromagnetic screens.

Недостатками этого устройства являются невысокая чувствительность, недостаточная для регистрации ЭВМ-сигналов малых амплитуд, особенно на начальных этапах нагружения, когда возникают маленькие трещины, которым соответствуют малые амплитуды и высокие частоты. Кроме того, для получения максимального сигнала необходимо объект измерения располагать в определенной точке пространства, что не всегда удается достичь, поэтому возможен пропуск полезной информации. Следует отметить также определенное неудобство в конструкции антенны. The disadvantages of this device are the low sensitivity, insufficient for registration of computer signals of small amplitudes, especially at the initial stages of loading, when small cracks arise, which correspond to small amplitudes and high frequencies. In addition, to obtain the maximum signal, it is necessary to place the measurement object at a certain point in space, which is not always possible to achieve, therefore, useful information can be skipped. It should also be noted a certain inconvenience in the design of the antenna.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату является устройство для регистрации электромагнитного излучения, возникающего при трещинообразовании горных пород [2] . The closest analogue in technical essence and the achieved result is a device for recording electromagnetic radiation that occurs during crack formation of rocks [2].

Устройство включает ферритовый тороидальный сердечник с обмоткой, намотанной равномерно и помещенной в металлический экран, при этом экран охватывает обмотку частично, причем открытая часть обмотки охвачена металлическим рупором, ось которого направлена радиально по отношению к сердечнику, а боковые стенки также расположены по радиусам тора и образуют угол в пределах 65-75^о.The device includes a ferrite toroidal core with a winding wound evenly and placed in a metal screen, the screen partially covering the winding, the open part of the winding covered by a metal horn whose axis is directed radially relative to the core, and the side walls are also located along the radii of the torus and form angle within 65-75 ^about .

Недостатками этого устройства являются следующие. Обмотка и закрывающий ее на угол 285-295^о экран формируют диаграмму направленности антенны, лепесток которой имеет угол 65-75^о, с небольшой амплитудой, которая соответствует невысокой чувствительности приемной антенны, что не позволяет регистрировать сигналы малых амплитуд. Кроме того, с помощью такой антенны затруднено проведение локализации очага разрушения.The disadvantages of this device are as follows. And winding the closure through an angle of ^about 285-295 screen formed directional pattern of the antenna, petal which has an angle ^of 65-75, with a small amplitude that corresponds to the low sensitivity of the receiving antenna, which does not allow to detect signals of small amplitudes. In addition, with the help of such an antenna it is difficult to localize the source of destruction.

Целью изобретения является повышение чувствительности устройства при регистрации сигналов малых амплитуд путем формирования узкого лепестка диаграммы направленности антенны. The aim of the invention is to increase the sensitivity of the device when registering signals of small amplitudes by forming a narrow lobe of the antenna pattern.

Цель достигается тем, что в устройстве для регистрации электромагнитного излучения, включающем ферритовый тороидальный сердечник с обмоткой и установленным на ней экраном, который своими торцами неподвижно соединен с боковыми стенками раструба, установленного на сердечнике открытой частью наружу, в полости которого расположена измерительная часть обмотки, экран с раструбом выполнены из двух входящих одна в другую частей с возможностью поворота до 30^о вокруг оси тороидального сердечника, при этом на указанных частях раструба закреплены с ним электрически несвязанные с подключенным конденсатором токосъемники с возможностью их перемещения по выполненной из провода меньшего сечения измерительной части обмотки.The goal is achieved in that in a device for detecting electromagnetic radiation, including a ferrite toroidal core with a winding and a screen mounted on it, which with its ends is fixedly connected to the side walls of the socket mounted on the core with the open part outward, in the cavity of which the measuring part of the winding is located, the screen flare formed of two members one inside the other parts pivotably ^to 30 ° around the axis of the toroidal core, wherein in said socket parts are secured s with him are electrically uncoupled from the capacitor current collectors connected with the possibility of movement of the wire made of a smaller cross-section of the measuring part of the winding.

Физическими предпосылками устройства являются следующие. Выполнение основной части обмотки, заполняющей тороидальный сердечник, проводом большего сечения позволяет с наименьшими потерями подвести полученную энергию к проводу меньшего сечения, а наличие экрана - сформировать диаграмму направленности с соответствующим лепестком в раструбе между торцами экрана. The physical premises of the device are as follows. The implementation of the main part of the winding filling the toroidal core with a larger cross-section wire allows the received energy to be brought to the smaller cross-section wire with minimal losses, and the presence of the screen allows you to form a radiation pattern with the corresponding lobe in the socket between the ends of the screen.

Наличие экрана с раструбом, выполненных из двух входящих одна в другую частей с возможностью поворота до 30^о вокруг оси тороидального сердечника, позволяет снизить интенсивность излучения задним лепестком диаграммы направленности.The presence of a screen with a bell, made of two parts entering one into another with the possibility of rotation up to 30 ^about around the axis of the toroidal core, reduces the radiation intensity by the back lobe of the radiation pattern.

На фиг. 1 изображено устройство для регистрации электромагнитного излучения, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид сверху. In FIG. 1 shows a device for recording electromagnetic radiation, a General view; in FIG. 2 - the same, top view.

Устройство для регистрации электромагнитного излучения, возникающего при трещинообразовании горных пород, состоит из ферритового тороидального сердечника 1 с обмоткой 2 из провода большего сечения и измерительной обмоткой 3 из провода меньшего сечения. На обмотках 2 и 3 установлен металлический экран 4, неподвижно соединенный с боковыми стенками раструба 5, расположенного открытой частью наружу. Экран 4 состоит из двух частей 4а и 4б, причем часть корпуса экрана 4а выполнена с меньшим поперечным сечением и может заходить во внутреннюю полость части 4б экрана, которая выполнена с большим поперечным сечением. Аналогично раструб 5 состоит из двух частей 5а и 5б, причем часть 5а выполнена меньшим размером и может заходить во вторую часть 5б раструба 5. Части 5а и 5б раструба 5 неподвижно прикреплены соответственно к торцам частей 4а и 4б экрана. A device for detecting electromagnetic radiation arising from crack formation of rocks consists of a ferrite toroidal core 1 with a winding 2 from a wire of a larger cross-section and a measuring winding 3 from a wire of a smaller cross-section. On the windings 2 and 3 there is a metal screen 4 fixedly connected to the side walls of the socket 5, which is located with the open part out. The screen 4 consists of two parts 4a and 4b, and a part of the casing of the screen 4a is made with a smaller cross-section and can go into the internal cavity of the part 4b of the screen, which is made with a large cross-section. Similarly, the bell 5 consists of two parts 5a and 5b, and part 5a is made smaller and can go into the second part 5b of the bell 5. Parts 5a and 5b of the bell 5 are fixedly attached to the ends of the screen parts 4a and 4b, respectively.

Во внутренней полости раструба 5 в зазоре между торцами частей 4а и 4б экрана 4 размещена измерительная обмотка 3. In the inner cavity of the socket 5 in the gap between the ends of the parts 4A and 4B of the screen 4 is placed a measuring winding 3.

Левая и правая части экрана 4 и раструба 5 установлены с возможностью поворота вокруг оси тороидального сердечника влево и вправо от радиальной оси измерительной обмотки 3 на угол 15^о. При этом раструб 5 и экран 4 раскрываются на угол 30^о и на такой же максимальный угол раскрываются витки измерительной обмотки 3. На частях 4а раструба и 5б экрана и аналогично на частях 4б раструба и 5а экрана имеются общие выступы (на фиг. 2 показаны в районе вырывов), на которых установлены электрически с ними не связанные подвижные контакты 6, закрепленные на изоляторах 7. В электрическую схему параллельно измерительной обмотке 3 через контакты 6 подключен переменный конденсатор. На фиг. 2 в верхней части вырывом показано подключение обмотки из толстого провода к внешнему источнику питания. На фиг. 2 в нижней части вырывом на раструбе показано соединение измерительной обмотки 3 из тонкого провода с обмоткой 2 из толстого провода. На фиг. 1 вырывом в верхних частях 5а и 5б раструба 5 также показана измерительная обмотка 3 и ее соединение с обмоткой 2 из толстого провода. В нижней части на фиг. 1 со стороны открытой части раструба 5 изображена диаграмма направленности в виде узкого лепестка, полученная экспериментально.The left and right parts of the screen 4 and the socket 5 are mounted with the possibility of rotation around the axis of the toroidal core to the left and right of the radial axis of the measuring winding 3 at an angle of 15 ^about . In this case, the socket 5 and the screen 4 are opened at an angle of 30 ^° and the turns of the measuring winding 3 are opened at the same maximum angle. On the parts 4a of the socket and 5b of the screen and similarly on parts 4b of the socket and 5a of the screen there are common protrusions (in Fig. 2 shown in area of outcrops), on which electrically unconnected movable contacts 6 are mounted, fixed on insulators 7. An alternating capacitor is connected to the electric circuit parallel to the measuring winding 3 through contacts 6. In FIG. 2 in the upper part, a pull-out shows the connection of a winding from a thick wire to an external power source. In FIG. 2 in the lower part, a tear in the socket shows the connection of the measuring winding 3 of a thin wire with a winding 2 of a thick wire. In FIG. 1, a tear in the upper parts 5a and 5b of the socket 5 also shows the measuring winding 3 and its connection with the winding 2 from a thick wire. At the bottom of FIG. 1 from the side of the open part of the bell 5 shows the radiation pattern in the form of a narrow petal, obtained experimentally.

Устройство для регистрации электромагнитного излучения, возникающего при трещинообразовании горных пород, работает следующим образом. A device for recording electromagnetic radiation arising from crack formation of rocks, works as follows.

При ведении подземных горных работ на большой глубине в массиве горных пород вследствие высоких напряжений наблюдаются динамические явления, в том числе горные удары, приносящие значительный материальный и социальный ущерб. When conducting underground mining at great depths in the rock mass due to high stresses, dynamic phenomena are observed, including rock blows, causing significant material and social damage.

В связи с этим в практике горного дела удаляется большое внимание развитию методов контроля процесса трещинообразования горных пород, одним из которых является метод регистрации электромагнитного излучения (ЭМИ). In this regard, in mining practice, much attention is being paid to the development of methods for monitoring the process of rock formation of rocks, one of which is the method of recording electromagnetic radiation (EMR).

Этот метод основан на регистрации ЭМИ, которое возникает вместе с образованием и ростом трещин. По регистрации ЭМИ можно контролировать и прогнозировать рост трещин и последующее разрушение участка массива. Сигналы ЭМИ относительно слабые, кроме того, распространяясь по массиву породы, они дополнительно затухают. При слабых сигналах важной остается задача локализации места возникновения очага разрушения. This method is based on the registration of EMR, which occurs together with the formation and growth of cracks. By registering the EMP, it is possible to control and predict the growth of cracks and the subsequent destruction of the massif section. EMP signals are relatively weak, in addition, propagating through the rock mass, they additionally attenuate. With weak signals, the important task of localizing the place of occurrence of the source of destruction remains important.

Рассматриваемое устройство, имеющее диаграмму направленности в виде длинного узкого лепестка, получаемую благодаря возможности уменьшения угла между торцами экрана 5 до величин, достаточно близких нулю (фиг. 1), позволяет локализовать очаги разрушения при слабых сигналах ЭМИ. The device under consideration, having a directivity pattern in the form of a long narrow petal, obtained due to the possibility of reducing the angle between the ends of the screen 5 to values sufficiently close to zero (Fig. 1), allows localizing the centers of destruction with weak EMP signals.

С помощью рассматриваемого устройства на опасном по динамическим проявлениям участке массива вдоль стенки горной выработки проводят профилирование, например, через 5-15 м. При этом в устройстве части 4а и 4б экрана 4 совместно с частями 5а и 5б раздвигают на угол до 30^о таким образом, чтобы измерительная часть обмотки была направлена на предполагаемый источник излучения. При этом контакты 6 перемещаются по измерительной обмотке 3. В результате открытая часть измерительной обмотки также образует угол 30^о.With the device in question at a dangerous for dynamic manifestation array portion along the excavation wall profiling is carried out, for example, 5-15 m. In this case the device parts 4a and 4b of the screen 4 together with the portions 5a and 5b move apart at an angle of ^about 30 thus so that the measuring part of the winding is directed to the intended radiation source. When this contacts 6 are moved along the measuring winding 3. As a result, the open part of the measuring winding also forms an angle of 30 ^about .

На участке массива, где сигнал максимален, уменьшают угол между торцами экрана и частями 5а и 5б раструба 5 до минимально возможного, максимально концентрируя энергию в зазоре, при этом лепесток диаграммы направленности сужается, а чувствительность увеличивается. Это позволяет обнаружить места роста трещин - очаги разрушения при очень слабых сигналах ЭМИ. In the area of the array where the signal is maximum, reduce the angle between the ends of the screen and parts 5a and 5b of the socket 5 to the minimum possible, concentrating the energy in the gap as much as possible, while the lobe of the radiation pattern narrows and the sensitivity increases. This allows you to detect the places of growth of cracks - foci of destruction with very weak EMP signals.

Преимущество рассмотренного технического решения по сравнению с известными: повышение чувствительности при регистрации слабых сигналов ЭМИ; повышение достоверности получаемой информации и соответственно повышение достоверности прогноза разрушения. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1725653, кл. G 01 V 3/00, 1990. The advantage of the considered technical solution in comparison with the known ones is: an increase in sensitivity when registering weak EMP signals; increasing the reliability of the information received and, accordingly, increasing the reliability of the fracture forecast. (56) 1. USSR author's certificate N 1725653, cl. G 01 V 3/00, 1990.

2. Авторское свидетельство СССР N 1774303, кл. G 01 V 3/00, 1990. 2. USSR author's certificate N 1774303, cl. G 01 V 3/00, 1990.

Claims

DEVICE FOR REGISTRATION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION ARISING DURING CRACKING OF ROCKS, containing a ferrite toroidal core, a winding made by a wire on a toroidal core, with a measuring part, a screen surrounding the winding, a rectangular socket with a narrow section on the opposite side, narrow side that, in order to increase sensitivity and ensure the possibility of its change, the screen is made of two parts and installed with the ability to rotate one the second part relative to each other around the toroidal core axis by an angle of 0 - 30 ^o, the socket is formed as two parts to be disposed of in one another, the measuring part of the winding formed wire of smaller cross section than the remaining part of the winding, and has a length of 30 ^o on the circumference of the torus and on the parts of the socket are mounted electrically isolated from the parts of the socket current collectors installed with the possibility of movement along the measuring part of the winding, with each part of the socket mounted on the corresponding part of the screen on, and an alternating capacitor is connected to the current collectors.