RU2523103C1 - Test bench for analysis of electromagnetic radiation (emr) of solid body, for example, rock block at in-situ rock - Google Patents
Test bench for analysis of electromagnetic radiation (emr) of solid body, for example, rock block at in-situ rock Download PDFInfo
- Publication number
- RU2523103C1 RU2523103C1 RU2013112429/28A RU2013112429A RU2523103C1 RU 2523103 C1 RU2523103 C1 RU 2523103C1 RU 2013112429/28 A RU2013112429/28 A RU 2013112429/28A RU 2013112429 A RU2013112429 A RU 2013112429A RU 2523103 C1 RU2523103 C1 RU 2523103C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tube
- rock
- stand according
- stand
- load device
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Техническое решение относится к горному делу и может использоваться для исследования электромагнитного излучения (ЭМИ) горных пород при их разрушении.The technical solution relates to mining and can be used to study the electromagnetic radiation (EMP) of rocks during their destruction.
Известен стенд для исследования ЭМИ деформируемого до разрушения твердого тела, например образца горной породы, по патенту РФ №2253098, кл. G01N 3/08, G01N 27/00, опубл. 27.05.2005 г. Он включает заключенные в электромагнитный экран конденсаторный преобразователь ЭМИ, нагрузочное устройство, содержащее металлический корпус, связанный с заземленным основанием, и первый и второй металлические стержни, противоположно установленные в осевой полости металлического корпуса, при этом первый металлический стержень установлен с возможностью поступательного движения, датчик силы, систему регистрации, включающую усилители, аналого-цифровой преобразователь и компьютер, и экранированные кабели. Металлический корпус нагрузочного устройства выполнен в виде пустотелого кругового цилиндра, который одновременно является первой обкладкой конденсаторного преобразователя ЭМИ. Первый и второй металлические стержни нагрузочного устройства выполнены в форме болтов и установлены в осевых отверстиях соответственно первой и второй центрирующих втулок нагрузочного устройства, имеющих резьбу по внешнему и внутреннему диаметрам и установленных со стороны имеющих резьбу по внутреннему диаметру концевых участков металлического корпуса нагрузочного устройства. Первая центрирующая втулка нагрузочного устройства выполнена из металла, а вторая - из диэлектрика, например эбонита, и имеет форму болта. Между установленными в пустотелом круговом цилиндре нагрузочного устройства первым и вторым металлическими стержнями последовательно размещены датчик силы в металлическом корпусе, промежуточная пластина и деформируемое твердое тело. Первый и второй металлические стержни установлены с возможностью поступательного движения путем поворота их головок. Конец второго из них, размещенного со стороны деформируемого твердого тела, имеет форму конического индентора. Второй металлический стержень служит второй обкладкой конденсаторного преобразователя.A well-known stand for the study of EMP deformable to fracture of a solid body, for example a rock sample, according to the patent of the Russian Federation No. 2253098, class. G01N 3/08, G01N 27/00, publ. May 27, 2005. It includes an EMR capacitor converter enclosed in an electromagnetic screen, a load device comprising a metal housing connected to a grounded base, and first and second metal rods oppositely mounted in the axial cavity of the metal housing, wherein the first metal rod is mounted with the possibility translational motion, a force sensor, a recording system including amplifiers, an analog-to-digital converter and a computer, and shielded cables. The metal housing of the load device is made in the form of a hollow circular cylinder, which is also the first lining of the EMR capacitor converter. The first and second metal rods of the load device are made in the form of bolts and are installed in the axial holes of the first and second centering bushings of the load device, respectively, having threads on the outer and inner diameters and installed on the side having thread on the inner diameter of the end sections of the metal case of the load device. The first centering sleeve of the load device is made of metal, and the second is made of a dielectric, for example ebonite, and has the form of a bolt. Between the first and second metal rods installed in the hollow circular cylinder of the loading device, the force sensor is sequentially placed in a metal case, an intermediate plate and a deformable solid. The first and second metal rods are installed with the possibility of translational motion by turning their heads. The end of the second of them, placed on the side of the deformable solid, has the shape of a conical indenter. The second metal rod serves as the second lining of the capacitor converter.
Стенд относительно сложен по конструкции. Кроме того, он не обеспечивает возможность создания внутри твердого тела сплошных одиночных трещин с заданными размерами, ориентациями и скоростями роста. Для формирования электромагнитного поля твердое тело разрушают внедрением в него конического индентора, что приводит к образованию множества трещин с произвольными размерами и ориентацией. При этом электромагнитное поле обуславливается одновременным излучением множества источников (трещин) со случайной диаграммой направленности и мощностью. Это существенно усложняет нахождение зависимостей параметров принимаемых сигналов от характера разрушения твердого тела. Поэтому такой стенд имеет сравнительно малую эффективность.The stand is relatively complex in design. In addition, it does not provide the possibility of creating continuous single cracks inside a solid body with given sizes, orientations, and growth rates. To form an electromagnetic field, a solid is destroyed by the introduction of a conical indenter into it, which leads to the formation of many cracks with arbitrary sizes and orientations. In this case, the electromagnetic field is caused by the simultaneous emission of many sources (cracks) with a random radiation pattern and power. This significantly complicates the determination of the dependences of the parameters of the received signals on the nature of the destruction of a solid. Therefore, such a stand has a relatively low efficiency.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является стенд для исследования ЭМИ твердого тела, например образца горной породы, по патенту РФ №2468350, кл. G01N 3/08, опубл. 27.11.2012 г. Он включает электромагнитный экран, конденсаторный преобразователь ЭМИ, нагрузочное устройство, содержащее металлический корпус, систему регистрации. Нагрузочное устройство выполнено в виде втулки с внутренней резьбой, в которую вкручен винт и на которую надет металлический стакан и закреплен на ней. В указанную втулку со стороны, противоположной винту, вставлена втулка из диэлектрического материала, в которую вставлена металлическая трубка с продольными прорезями, электрически соединенная с системой регистрации. Втулка с внутренней резьбой и металлическая трубка заполнены пластичным веществом.The closest in technical essence and the set of essential features is a stand for the study of solid-state electromagnetic radiation, for example a rock sample, according to the patent of the Russian Federation No. 2468350, class. G01N 3/08, publ. November 27, 2012. It includes an electromagnetic screen, an EMR capacitor converter, a load device containing a metal case, and a registration system. The loading device is made in the form of a sleeve with an internal thread, into which a screw is screwed and on which a metal cup is put on and fixed on it. A sleeve of dielectric material is inserted into said sleeve from the side opposite the screw, into which a metal tube with longitudinal slots is inserted, electrically connected to the registration system. The sleeve with internal thread and the metal tube are filled with a plastic substance.
Такой стенд позволяет проводить исследования ЭМИ от растущей одиночной трещины, формируемой в относительно небольшом твердом теле, например, в извлеченном из породного массива и разгруженном от горного давления блоке горной породы. Однако он не обеспечивает возможность проводить исследования ЭМИ при разрушении блоков, находящихся в условиях их естественного залегания. Поэтому в получаемых результатах исследований не учитываются влияния на процесс разрушения структурных особенностей породного массива и его напряженно-деформированное состояние. Кроме этого, стенд не позволяет осуществлять исследование ЭМИ от системы последовательно формируемых трещин. В результате стенд обладает сравнительно узкой областью применения, что обуславливает его относительно низкую эффективность.Such a stand allows conducting EMR studies from a growing single crack formed in a relatively small solid, for example, in a rock block extracted from the rock mass and unloaded from the rock pressure. However, it does not provide the ability to conduct EMR studies in the destruction of blocks that are in conditions of their natural occurrence. Therefore, the obtained research results do not take into account the influence on the destruction process of the structural features of the rock mass and its stress-strain state. In addition, the stand does not allow the study of electromagnetic radiation from a system of successively formed cracks. As a result, the stand has a relatively narrow scope, which leads to its relatively low efficiency.
Решаемая техническая задача заключается в повышении эффективности стенда за счет расширения его возможностей на исследования ЭМИ от разрушения блоков горной породы, находящихся в условиях их естественного залегания.The technical problem to be solved is to increase the efficiency of the bench by expanding its capabilities for studying electromagnetic radiation from the destruction of rock blocks that are in their natural occurrence.
Задача решается тем, что в стенде для исследования ЭМИ твердого тела, например блока горной породы в породном массиве, включающем электромагнитный экран, систему регистрации, нагрузочное устройство, выполненное в виде трубки с внутренней резьбой и вкрученным в нее винтом с головкой под ключ, заполненной пластичным веществом, согласно предлагаемому техническому решению на трубку навит рукав из проницаемого для жидкости материала, заполненный веществом, которое при взаимодействии с жидкостью отвердевает и расширяется, при этом электромагнитный экран выполнен в виде параболической тарелки, в фокусе которой установлен конвертер, подключенный к системе регистрации, а нагрузочное устройство пропущено через отверстие, выполненное в параболической тарелке со смещением относительно ее центра.The problem is solved in that in the test bench for the electromagnetic radiation of a solid body, for example, a rock block in a rock mass, including an electromagnetic screen, a recording system, a loading device made in the form of a tube with an internal thread and a screw with a turn-key head filled with plastic substance, according to the proposed technical solution, a sleeve is wound onto the tube from a liquid-permeable material, filled with a substance, which, when interacting with the liquid, solidifies and expands, while the front screen is made in the form of a parabolic plate, the focus of which is a converter connected to the registration system, and the load device is passed through an opening made in the parabolic plate with an offset relative to its center.
Такое техническое решение обеспечивает управляемый разрыв блока горной породы любой прочности в заданной плоскости и в условиях его естественного залегания, прием и усиление ЭМИ от формируемой трещины, экранирование области разрушения от сторонних источников электромагнитной энергии. Благодаря навитому на трубку рукаву из проницаемого для жидкости материала, заполненного веществом, которое при взаимодействии с жидкостью отвердевает и расширяется, после отвердения указанного вещества исключается возможность вытеснения нагрузочного устройства из зоны разрушения высоким давлением пластичного вещества, разрывающим горную породу. При этом между нагрузочным устройством и поверхностью вмещающего его породного массива образуется сплошная прочная прослойка, герметизирующая зону разрыва блока горной породы. Выполнение при этом электромагнитного экрана в виде параболической тарелки, в фокусе которой установлен конвертер, обеспечивает решение двух задач. Во-первых, из-за фокусировки электромагнитной энергии от формируемой трещины существенно повышается помехоустойчивость приема полезного сигнала за счет увеличения его уровня. Во-вторых, благодаря сравнительно узкой диаграмме направленности параболической тарелки в сочетании с возможностью выбора ее места расположения и ориентации, прием электромагнитной энергии от трещины можно осуществлять с направления, противоположного расположению сторонних источников, значительно снижая их влияние. Пропуск нагрузочного устройства через отверстие, выполненное в параболической тарелке со смещением относительно ее центра, позволяет формировать трещины в зоне приема параболической тарелки. В результате отпадает необходимость образования замкнутого электромагнитного экрана вокруг зоны разрушения горной породы, что обеспечивает возможность исследования ЭМИ от трещин, формируемых в блоках, находящихся в условиях их естественного залегания. Следует отметить, что все преимущества разрушения твердого тела пластичным веществом, указанные в прототипе, здесь используются в полной мере.This technical solution provides a controlled rupture of a rock block of any strength in a given plane and in the conditions of its natural occurrence, reception and amplification of electromagnetic radiation from a formed crack, screening of the fracture region from external sources of electromagnetic energy. Due to the sleeve wound on the tube from a liquid-permeable material filled with a substance, which, when interacting with the liquid, solidifies and expands, after hardening the specified substance, the possibility of displacing the load device from the fracture zone by high pressure plastic substance breaking the rock. At the same time, a continuous solid layer is formed between the loading device and the surface of the host rock mass, which seals the gap zone of the rock block. The implementation of the electromagnetic screen in the form of a parabolic plate, in the focus of which is installed the converter, provides a solution to two problems. Firstly, due to the focusing of electromagnetic energy from the generated crack, the noise immunity of receiving a useful signal is substantially increased by increasing its level. Secondly, due to the relatively narrow directivity pattern of the parabolic plate in combination with the possibility of choosing its location and orientation, the reception of electromagnetic energy from the crack can be carried out from the direction opposite to the location of external sources, significantly reducing their effect. Passing the load device through the hole made in the parabolic plate with an offset relative to its center, allows you to form cracks in the reception area of the parabolic plate. As a result, there is no need to form a closed electromagnetic screen around the rock destruction zone, which makes it possible to study EMR from cracks formed in blocks that are under their natural occurrence. It should be noted that all the advantages of the destruction of a solid by a plastic substance indicated in the prototype are used to the full.
Целесообразно на внутренней поверхности трубки выполнить кольцевые канавки треугольного сечения в плоскостях, перпендикулярных оси трубки. Такие канавки обеспечивают концентрацию напряжений по окружностям, лежащим в указанных плоскостях. Это позволяет при одноразовом внедрении нагрузочного устройства в породный массив формировать множество непересекающихся трещин на различном расстоянии от его поверхности и при начальных давлениях разрыва горной породы, существенно меньших, чем при отсутствии канавок. Отметим, что характер напряжений в породном массиве с удалением от его поверхности (от выработки) значительно изменяется. В результате повышается эффективность стенда за счет возможности при одноразовом его использовании проводить исследования ЭМИ от разрушения горной породы в различных условиях ее напряженно-деформированного состояния.It is advisable on the inner surface of the tube to make annular grooves of a triangular section in planes perpendicular to the axis of the tube. Such grooves provide stress concentration along the circles lying in the indicated planes. This allows for a single introduction of the loading device into the rock mass to form many non-intersecting cracks at different distances from its surface and at initial rock fracture pressures significantly lower than in the absence of grooves. Note that the nature of the stresses in the rock mass with distance from its surface (from the development) varies significantly. As a result, the stand’s efficiency is increased due to the possibility of conducting EMR studies from its destruction under various conditions of its stress-strain state when it is used once.
Целесообразно часть нагрузочного устройства, размещенную со стороны вогнутой поверхности параболической тарелки, выполнить из диэлектрических материалов. Это исключает влияние на ЭМИ объектов с высокой электрической проводимостью, находящихся в исследуемой зоне, что увеличивает информативность измерительной системы за счет снижения искажений принимаемых сигналов от возникающих и развивающихся трещин. В результате, благодаря повышению достоверности получаемой информации о процессе разрушения горной породы в виде ЭМИ, возрастает эффективность стенда.It is advisable that the part of the loading device placed on the concave surface of the parabolic plate is made of dielectric materials. This eliminates the effect on the EMP of objects with high electrical conductivity located in the studied area, which increases the information content of the measuring system by reducing the distortion of the received signals from emerging and developing cracks. As a result, due to the increase in the reliability of the information received about the process of rock destruction in the form of electromagnetic radiation, the efficiency of the bench increases.
Целесообразно на конец трубки со стороны винта надеть металлический стакан с центральным отверстием под винт. Благодаря этому практически исключается возможность раздвижения внутренней поверхности трубки на участке ее вхождения в стакан, что усиливает резьбовое соединения ее с винтом, снижает требование к прочностным характеристикам материала трубки и, следовательно, увеличивает эффективность стенда за счет повышения надежности работы нагрузочного устройства.It is advisable to put a metal cup with a central hole for the screw on the end of the tube on the screw side. Due to this, the possibility of expanding the inner surface of the tube at the site of its entry into the glass is virtually eliminated, which enhances its threaded connection with the screw, reduces the requirement for the strength characteristics of the tube material and, therefore, increases the stand efficiency by increasing the reliability of the load device.
Целесообразно конвертер разместить в диэлектрической втулке с наружной резьбой, вставленной в центральное отверстие параболической тарелки, и скрепленной с ней гайками, расположенными по обе ее стороны. Это позволяет внедрять конвертер через шпур в породный массив и тем самым существенно сближать параболическую тарелку с конвертером с объектом исследования, что повышает эффективность стенда за счет увеличения помехозащищенности зоны, в которой формируют трещины, излучающие принимаемые сигналы.It is advisable to place the converter in a dielectric sleeve with an external thread inserted into the central hole of the parabolic plate and fastened with it with nuts located on both sides of it. This allows the converter to be inserted through the borehole into the rock mass and thereby substantially bring the parabolic plate with the converter closer to the object of study, which increases the efficiency of the stand by increasing the noise immunity of the zone in which cracks form emitting received signals.
Целесообразно трубку нагрузочного устройства снабдить заглушками в виде стержней. Заглушки позволяют осуществлять последовательное формирование трещин из глубины массива в направлении его поверхности, так как они исключают попадание пластичного вещества в уже сформированные до нужных размеров трещины, что расширяет возможности стенда и, следовательно, повышает его эффективность.It is advisable to provide the tube of the loading device with plugs in the form of rods. The plugs allow the successive formation of cracks from the depth of the array in the direction of its surface, since they exclude the ingress of plastic substance into the cracks already formed to the desired size, which expands the capabilities of the stand and, therefore, increases its effectiveness.
Целесообразно стенд снабдить датчиком упругих колебаний, подключенным к системе регистрации. Этим достигается возможность получения корреляционных зависимостей между электромагнитными и упругими волнами, излучаемыми одним источником (формируемой трещиной). Важным является то, что в одной и той же среде скорость распространения электромагнитных волн на несколько порядков больше скорости упругих волн, и при этом формируемая трещина излучает два типа указанных волн одновременно. Благодаря этому по разности времени прихода указанных волн, учитывая траектории их движения, определяемые геометрическим путем, можно оценивать скорости упругих волн, функционально связывающие упругие свойства горной породы с ее напряженным состоянием. Таким образом, сочетание одновременного приема электромагнитных и упругих волн от одного источника существенно расширяет возможности стенда и, как следствие, повышает его эффективность.It is advisable to equip the stand with an elastic vibration sensor connected to the registration system. This makes it possible to obtain correlation dependences between electromagnetic and elastic waves emitted by one source (formed by a crack). It is important that in the same medium the speed of propagation of electromagnetic waves is several orders of magnitude greater than the speed of elastic waves, and in this case, the crack formed emits two types of these waves simultaneously. Due to this, according to the difference in the arrival time of these waves, taking into account the paths of their movement, determined geometrically, it is possible to estimate the elastic wave velocities that functionally connect the elastic properties of the rock with its stressed state. Thus, the combination of the simultaneous reception of electromagnetic and elastic waves from one source significantly expands the capabilities of the stand and, as a result, increases its efficiency.
Сущность технического решения поясняется конкретным исполнением стенда и чертежом, на котором показана схема стенда, продольный разрез.The essence of the technical solution is illustrated by the specific execution of the stand and the drawing, which shows a diagram of the stand, a longitudinal section.
Стенд для исследования ЭМИ твердого тела, например блока горной породы в породном массиве, включает электромагнитный экран, систему регистрации, нагрузочное устройство, выполненное в виде трубки 1 с внутренней резьбой 2 и вкрученным в нее винтом 3 с головкой 4 под ключ, заполненной пластичным веществом 5. На трубке 1 навит рукав 6 из проницаемого для жидкости материала, заполненный веществом (поз. не обозначено), которое при взаимодействии с жидкостью отвердевает и расширяется. Электромагнитный экран выполнен в виде параболической тарелки 7 (далее - тарелка 7), в фокусе которой установлен конвертер 8, подключенный к системе 9 регистрации (далее - система 9) через кабель 10. Нагрузочное устройство пропущено через отверстие (поз. не обозначено), выполненное в тарелке 7 со смещением относительно ее центра. На внутренней поверхности трубки 1 выполнены кольцевые канавки 11 треугольного сечения (далее - канавки 11) в плоскостях, перпендикулярных оси трубки 1. Часть нагрузочного устройства, размещенная со стороны вогнутой поверхности тарелки 7, выполнена из диэлектрических материалов. На конец трубки 1 со стороны винта 3 надет металлический стакан 12 с центральным отверстием 13 под винт 3. Конвертер 8 размещен в диэлектрической втулке 14 (далее - втулка 14) с наружной резьбой (не показана), вставленной в центральное отверстие (поз. не обозначено) тарелки 7, и скрепленной с нее гайками 15, расположенными по обе ее стороны. Трубка нагрузочного устройства снабжена заглушками 16 в виде стержней. Стенд снабжен датчиком 17 упругих колебаний (далее - датчик 17), подключенным к системе 9 через кабель 18. Нагрузочное устройство подано в шпур 19, пройденный в породном массиве 20 из выработки 21. Трубка 14 с конвертером 8 размещена в шпуре 22 (также пройденном в породном массиве 20 из выработки 21). Через шпур 19 в горной породе сформированы трещины 23.A test bench for studying the electromagnetic radiation of a solid body, for example, a rock block in a rock mass, includes an electromagnetic screen, a recording system, a loading device made in the form of a tube 1 with an internal thread 2 and a screw 3 screwed therewith with a turnkey head 4 filled with plastic substance 5 The sleeve 6 is wound on a sleeve 6 of a liquid-permeable material filled with a substance (pos. Not indicated), which solidifies and expands when it interacts with the liquid. The electromagnetic screen is made in the form of a parabolic plate 7 (hereinafter - plate 7), in the focus of which is a converter 8 connected to the registration system 9 (hereinafter - system 9) through a cable 10. The loading device is passed through an opening (pos. Not indicated), made in the plate 7 with an offset relative to its center. On the inner surface of the tube 1, annular grooves 11 of triangular section (hereinafter, the grooves 11) are made in planes perpendicular to the axis of the tube 1. A part of the loading device located on the concave surface of the plate 7 is made of dielectric materials. A metal cup 12 with a central hole 13 for screw 3 is put on the end of the tube 1 from the screw 3 side. The converter 8 is placed in a dielectric sleeve 14 (hereinafter referred to as sleeve 14) with an external thread (not shown) inserted into the central hole (item not indicated ) plates 7, and nuts 15 fastened with it, located on both sides of it. The tube of the loading device is equipped with plugs 16 in the form of rods. The stand is equipped with a sensor 17 of elastic vibrations (hereinafter referred to as a sensor 17) connected to the system 9 via a cable 18. The loading device is fed into the hole 19, passed in the rock mass 20 from the mine 21. The tube 14 with the converter 8 is located in the hole 22 (also passed in rock mass 20 from the development 21). Through the hole 19 in the rock cracks 23 are formed.
Работа стенда осуществляется следующим образом. На свободной поверхности выработки 21, пройденной в породном массиве 20, устанавливают датчик 17, подключенный через кабель 18 к системе 9. В шпур 22 подают втулку 14 с конвертером 8, подключенным к системе 9 через кабель 10, до контакта тарелки 7 с поверхностью выработки 21. Насыщают жидкостью рукав 6, после чего нагрузочное устройство через смещенное относительно центра тарелки 7 отверстие подают в шпур 19 до упора в его забой, пройденный в породном массиве 20 до дальней границы исследуемой области. Выжидают время, когда заполнившее рукав 6 вещество, взаимодействуя с насыщаемой рукав жидкостью, отвердеет и расширится, скрепив нагрузочное устройство с породным массивом 20 и герметизировав шпур 19. Далее работа стенда обуславливается поставленной целью и сформулированными задачами исследований. При последовательном формировании трещин 23 из глубины массива 20 в направлении его поверхности (выработки 21) трубку 1 заполняют пластичным веществом 5 только на участке от забоя шпура 19 до первой (относительно забоя шпура 19) кольцевой канавки 11. Вкручиванием винта 3 в трубку 1 повышают давление в пластичном веществе 5 до давления разрыва горной породы с образованием трещины 23 в плоскости забоя шпура 19. Конечные размеры трещины 23 при прочих равных условиях определяются объемом поданного в нее пластичного вещества 5. При этом важнейшая информация о механических свойствах и напряженном состоянии горной породы содержится в процессе возникновения и начального этапа роста трещины 23. Дальнейшее развитие трещины 23 прогнозируется известными положениями теории хрупкого разрушения. Поэтому в большинстве случаев подачу пластичного вещества 5 в формируемые трещины 23 предполагается осуществлять в объемах, исчисляемых единицами кубических сантиметров (до 10÷20 см3). Вместе с этим, при необходимости создания трещины 23 больших размеров, заполнение трубки 1 на указанном участке пластичным веществом 5 с последующим вытеснением его в формируемую трещину 23 осуществляют многократно. С увеличением размеров трещины 23 давление пластичного вещества 5, достаточное для поддержания ее роста, уменьшается. Поэтому вблизи сформированной трещины 23 поднять давление пластичного вещества 5 до давления разрыва горной породы в другом месте не представляется возможным. Этим обуславливается необходимость перекрытия каналов поступления пластичного вещества 5 в сформированные трещины 23 для создания условий проведения последующих разрывов горной породы. В стенде для перекрытия указанных каналов устанавливают заглушки 16. Длина заглушек 16 определяется расстояниями между планируемыми разрывами. После формирования первой к забою шпура 19 трещины 23 устанавливают заглушку 16 и ее ближайший к винту 3 торец используют как забой шпура 19. Далее осуществляют формирование последующих трещин 23. Для формирования трещин 23 в направлении от выработки 21 к забою шпура 19 заглушки не используют. В таких случаях трубку 1 заполняют пластичным веществом 5 на всем протяжении исследуемой зоны. При вкручивании в трубку 1 винта 3 максимальное давление оказывается в месте его контакта с пластичным веществом 5. Далее, из-за специфических особенностей пластичного вещества 5, давление в трубке 1 к забою шпура 19 убывает. Поэтому вначале возникает и развивается трещина 23 из первой ближайшей к выработке 21 канавки 11. Затем винт 3, пройдя место расположения первой канавки 11, перекрывает доступ к ней пластичного вещества 5, от чего возникает и развивается следующая трещина 23. Таким образом, вкручиванием винта 3 в трубку 1 создают систему последовательно формируемых трещин 23 в направлении от выработки 21 к забою шпура 19. Наиболее простой вариант разрушения горной породы заключается в формировании одиночной трещины 23. В этом случае выполнение канавок 11 не требуется. Трубку 1 упирают в забой шпура 19 и используют эффект концентрации напряжений по линии сопряжения забоя шпура 19 с его боковой поверхностью для ориентации плоскости формируемой трещины 23. Трещины 23 во время их формирования используют в качестве источников ЭМИ и упругих волн. Сигналы от них улавливают тарелкой 7 с конвертером 8 и датчиком 17 и записывают в системе 9 для дальнейшей обработки. Затем стенд демонтируют и перемещают на другой исследуемый участок. При этом трубку 1 с рукавом 6 и заглушками 16 считают расходным материалом и оставляют в породном массиве 20.The work of the stand is as follows. On the free surface of the excavation 21, passed through the rock mass 20, a sensor 17 is installed, connected via a cable 18 to the system 9. A bushing 14 is fed into the hole 22 with a converter 8 connected to the system 9 via a cable 10, until the plate 7 contacts the working surface 21 The sleeve 6 is saturated with liquid, after which the loading device is fed through the hole displaced relative to the center of the plate 7 into the hole 19 until it stops in its face, which has been passed in the rock mass 20 to the far boundary of the study area. Wait for the time when the substance filling the sleeve 6, interacting with the liquid to be saturated, hardens and expands, fastening the loading device to the rock mass 20 and sealing the hole 19. Next, the work of the stand is determined by the goal and the stated research tasks. With the successive formation of cracks 23 from the depth of the array 20 in the direction of its surface (excavation 21), the tube 1 is filled with plastic substance 5 only in the area from the bottom of the hole 19 to the first (relative to the bottom of the hole 19) ring groove 11. Turning the screw 3 into the tube 1 increases the pressure in a plastic substance 5 to a pressure of rock fracture with the formation of a crack 23 in the face plane of the hole 19. The final dimensions of the crack 23, other things being equal, are determined by the volume of plastic substance fed into it 5. Moreover, the most important information I on the mechanical properties and stress state of rock found in the process of emergence and the initial stage of growth of the crack 23. The further development of the crack 23 is predicted by known provisions of the theory of brittle fracture. Therefore, in most cases, the supply of plastic substance 5 to the formed cracks 23 is supposed to be carried out in volumes calculated in units of cubic centimeters (up to 10 ÷ 20 cm 3 ). At the same time, if it is necessary to create a crack 23 of large sizes, filling the tube 1 in the indicated area with plastic substance 5 with subsequent displacement into the formed crack 23 is carried out repeatedly. With the increase in the size of the crack 23, the pressure of the plastic substance 5, sufficient to maintain its growth, decreases. Therefore, near the formed crack 23, it is not possible to raise the pressure of the plastic substance 5 to the pressure of the rock break in another place. This necessitates the closure of the channels of the flow of plastic substance 5 into the formed cracks 23 to create conditions for subsequent rock breaks. In the stand for overlapping these channels, plugs 16 are installed. The length of the plugs 16 is determined by the distances between the planned gaps. After the first crack 19 is formed to the bottom of the hole 23, a plug 16 is installed and its end closest to the screw 3 is used as the bottom of the hole 19. Next, subsequent cracks 23 are formed. For the formation of cracks 23 in the direction from the excavation 21 to the bottom of the hole 19, the plugs are not used. In such cases, the tube 1 is filled with a plastic substance 5 throughout the entire test area. When screw 3 is screwed into the tube 1, the maximum pressure is at the place of its contact with the plastic substance 5. Further, due to the specific features of the plastic substance 5, the pressure in the tube 1 decreases to the bottom of the hole 19. Therefore, at the beginning, a crack 23 arises and develops from the first groove 11, which is closest to the working 21. Then screw 3, having passed the location of the first groove 11, blocks access to it of the plastic substance 5, from which the next crack 23 arises and develops. Thus, by screwing in screw 3 a system of successively formed cracks 23 is created in the tube 1 in the direction from the excavation 21 to the bottom of the hole 19. The simplest option for the destruction of the rock is to form a single crack 23. In this case, grooves 11 are not required. The tube 1 rests against the bottom of the hole 19 and uses the effect of stress concentration along the interface line of the bottom of the hole 19 with its lateral surface to orient the plane of the formed crack 23. Cracks 23 during their formation are used as sources of electromagnetic radiation and elastic waves. The signals from them are captured by a plate 7 with a converter 8 and a sensor 17 and recorded in the system 9 for further processing. Then the stand is dismantled and moved to another investigated area. In this case, the tube 1 with the sleeve 6 and plugs 16 is considered a consumable and left in the rock mass 20.
Стенд позволяет проводить комплексные исследования свойств и состояния блоков горных пород, составляющих породный массив 20, в окрестностях горных выработок 21 по их реакции в виде ЭМИ и упругих волн на формирование в них трещин 23. Получаемые с его помощью сведения расширяют и углубляют знания закономерностей возникновения ЭМИ при различном характере разрушения горных пород, обеспечивают установление корреляционных зависимостей разных типов волн (электромагнитных и упругих) от одних и тех же источников, нахождение прогнозных критериев проявлений механических процессов, в частности, устойчивости горных выработок 21 и т.д. При этом максимальная эффективность стенда достигается использованием всей совокупности заключенных в нем принципов работы, включая принципы разрушения горных пород пластичными веществами 5, а также принципы приема ЭМИ и упругих колебаний твердых тел при возникновении и росте в них трещин 23.The stand allows you to conduct comprehensive studies of the properties and condition of the rock blocks that make up the rock mass 20, in the vicinity of the mine workings 21 according to their reaction in the form of electromagnetic radiation and elastic waves to form cracks in them 23. The information obtained with its help broadens and deepens knowledge of the laws of occurrence of electromagnetic radiation with a different nature of rock destruction, they provide the establishment of correlation dependencies of different types of waves (electromagnetic and elastic) from the same sources, finding forecast criteria royavleny mechanical processes, such as mining resistance 21, etc. In this case, the maximum efficiency of the stand is achieved by using the entire set of operating principles contained in it, including the principles of rock destruction by plastic substances 5, as well as the principles of receiving EMR and elastic vibrations of solids when cracks occur and grow in them 23.
Отметим, что при необходимости исследования ЭМИ от трещин 23, расположенных на значительном (3 и более метров) расстоянии от выработки 21, в стенде предусмотрена возможность удлинения винта 3 подсоединением к нему со стороны, противоположной головке 4, колонны штанг. Трубка 1 также может быть составной.It should be noted that if it is necessary to study EMR from cracks 23 located at a considerable (3 or more meters) distance from the excavation 21, it is possible to extend the screw 3 by connecting the rods from the side opposite to the head 4 of the rod to the stand. Tube 1 may also be integral.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013112429/28A RU2523103C1 (en) | 2013-03-19 | 2013-03-19 | Test bench for analysis of electromagnetic radiation (emr) of solid body, for example, rock block at in-situ rock |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013112429/28A RU2523103C1 (en) | 2013-03-19 | 2013-03-19 | Test bench for analysis of electromagnetic radiation (emr) of solid body, for example, rock block at in-situ rock |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2523103C1 true RU2523103C1 (en) | 2014-07-20 |
Family
ID=51217602
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013112429/28A RU2523103C1 (en) | 2013-03-19 | 2013-03-19 | Test bench for analysis of electromagnetic radiation (emr) of solid body, for example, rock block at in-situ rock |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2523103C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1714432A1 (en) * | 1990-02-19 | 1992-02-23 | Кузбасский Политехнический Институт | Method of definition of speed of accelerated propagation of the cracks in the specimen |
| DE4004171C2 (en) * | 1989-02-13 | 1993-03-25 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V., 8000 Muenchen, De | |
| RU2011100192A (en) * | 2011-01-11 | 2012-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехни | DEVICE FOR REGISTRATION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION ARISING WHEN DESTRUCTING ROCKS BY DRILLING, AND METHOD OF ITS APPLICATION |
| RU2468350C1 (en) * | 2011-04-07 | 2012-11-27 | Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Сибирского отделения РАН | Bench for research of electromagnetic radiation of solid body, for instance, rock sample |
-
2013
- 2013-03-19 RU RU2013112429/28A patent/RU2523103C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4004171C2 (en) * | 1989-02-13 | 1993-03-25 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V., 8000 Muenchen, De | |
| SU1714432A1 (en) * | 1990-02-19 | 1992-02-23 | Кузбасский Политехнический Институт | Method of definition of speed of accelerated propagation of the cracks in the specimen |
| RU2011100192A (en) * | 2011-01-11 | 2012-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехни | DEVICE FOR REGISTRATION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION ARISING WHEN DESTRUCTING ROCKS BY DRILLING, AND METHOD OF ITS APPLICATION |
| RU2468350C1 (en) * | 2011-04-07 | 2012-11-27 | Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Сибирского отделения РАН | Bench for research of electromagnetic radiation of solid body, for instance, rock sample |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Qiu et al. | Research on AE and EMR response law of the driving face passing through the fault | |
| Wang et al. | Study on the fractal characteristics of the pomegranate biotite schist under impact loading | |
| CN105865907A (en) | True triaxial test fixture for simulating power disturbance type rock burst | |
| CN203069441U (en) | Pressure head applied to conventional triaxial test acoustic emission test for rocks | |
| CN104949868A (en) | Blasting damaged rock sample preparation and micro-macro combined damage degree determination method | |
| CN106907141B (en) | Drilling television probe fixing-centering-propelling device | |
| CN108445085A (en) | A kind of the acoustic emission probe accurate-location device and application method of Rock Under Uniaxial Compression experiment | |
| CN101871861A (en) | Measuring method of initial damage range and degree of deep rock sample | |
| CN103149081A (en) | Squeeze head used for rock conventional triaxial test acoustic emission test | |
| CN103728374A (en) | Underground engineering wall surrounding rock disaster non-drilling ultrasonic wave lossless real-time monitoring method | |
| US10844702B2 (en) | Precision utility mapping and excavating using plasma blasting | |
| Zhou et al. | Comparison of presplit and smooth blasting methods for excavation of rock wells | |
| CN207181185U (en) | A kind of low speed light-gas gun impact test apparatus | |
| RU2523103C1 (en) | Test bench for analysis of electromagnetic radiation (emr) of solid body, for example, rock block at in-situ rock | |
| RU2468350C1 (en) | Bench for research of electromagnetic radiation of solid body, for instance, rock sample | |
| Zang et al. | Experimental investigation of the fracture and damage evolution characteristics of flawed coal based on electric potential and acoustic emission parameter analyses | |
| CN108894786B (en) | Rock directional fracturing system | |
| CN110702507A (en) | Real-time monitoring coal body deformation test system based on stress load | |
| Man et al. | Rock blasting vibration velocity and excavation damaged zone for the high-level radioactive waste geological disposal | |
| RU2365872C1 (en) | Combined plug | |
| Wang et al. | Experimental study on failure law and mechanism of red sandstone under ultrasonic vibration excitation | |
| CN107643221A (en) | A kind of low speed light-gas gun impact test apparatus | |
| CN115247984A (en) | Electrode structure capable of focusing shock wave energy and electrode device composed of same | |
| CN211179295U (en) | Real-time monitoring coal body deformation test system based on stress load | |
| CN208459133U (en) | A kind of counter-force loading device for outdoor rock mechanics |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150320 |