RU2535329C1 - Method for determining rock mass bump hazard by electromagnetic emission, and device for its implementation - Google Patents

Method for determining rock mass bump hazard by electromagnetic emission, and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2535329C1
RU2535329C1 RU2013146191/03A RU2013146191A RU2535329C1 RU 2535329 C1 RU2535329 C1 RU 2535329C1 RU 2013146191/03 A RU2013146191/03 A RU 2013146191/03A RU 2013146191 A RU2013146191 A RU 2013146191A RU 2535329 C1 RU2535329 C1 RU 2535329C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
values
parameters
amplitudes
electromagnetic
emp
Prior art date
Application number
RU2013146191/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Владимирович Яковлев
Сергей Николаевич Мулёв
Сергей Вадимович Цирель
Александр Сергеевич Максимов
Марк Давыдович Мазья
Алексей Владимирович Бондарев
Александр Иванович Баданин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела-Межотраслевой научный центр ВНИМИ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела-Межотраслевой научный центр ВНИМИ" filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела-Межотраслевой научный центр ВНИМИ"
Priority to RU2013146191/03A priority Critical patent/RU2535329C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2535329C1 publication Critical patent/RU2535329C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: invention refers to mining and is meant for evaluation of stress strain behaviour of rock mass section by recording pulse emission of electromagnetic oscillations. Method involves measurement of maximum amplitudes in roadway and maximum activity of electromagnetic emission on record threshold above the level of electromagnetic emission background. In the range of amplitudes from zero reading to maximum reading, calculated is A parameter as logarithmic mean value of distribution of pulses peak amplitudes. All the values of amplitudes of the specified range are divided into 10 unequal threshold in logarithmic progression in increment divisible by log2. Bar chart of signals distribution is built in double logarithmical coordinates. Based on this bar chart calculated is B parameter as estimation of rise rate of pulses peak amplitudes above the threshold level. Dependence diagrams of parameter values A(xi) and B(xi) from station xi location on roadway profile are built as well as diagrams of gradients of these parameters functions. Critical values of Acr and Bcr are determined as well as their total critical rate of change. Rock-bump hazardous considered are those sections where at least four of three inequations are realised simultaneously. Device contains series-connected electromagnetic sensor, preamplifier and amplifier, analogue-to-digital converter and digital processing unit with indicating unit connected to it. According to the method the device is additionally provided with low-frequency filter connected to series circuit between preamplifier and amplifier, series connected between amplifier and analogue-to-digital converter, the second low-frequency filter and high-frequency filter, as well as reference voltage source, and to digital processing unit connected is quick operating digital signal processor double connected to analogue-to-digital converter, double connected also to programs non-volatile memory, data flash-memory and USB-port.
EFFECT: improving accuracy and reliability of rocks dynamic fracture forecast, as well as reducing labour intensity and improving measurements processibility.
8 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу и предназначено для оценки напряженно-деформированного состояния участка массива горных пород в условиях шахт и рудников, разрабатывающих пласты, опасные по горным ударам и выбросам, путем регистрации импульсного излучения электромагнитных или упругих колебаний от образующихся под действием предельных напряжений трещин разрушения.The invention relates to mining and is intended to assess the stress-strain state of a section of a rock mass in mines and mines developing formations that are dangerous for rock impacts and emissions by recording pulsed radiation of electromagnetic or elastic vibrations from fracture cracks generated under the action of ultimate stresses.

Интенсивный рост объемов добычи полезных ископаемых ведет к увеличению глубины их разработки и усложнению геомеханических условий горных работ. Следствием этого является возникновение таких опасных ситуаций, при которых существующие методы контроля динамики изменений прочностных характеристик в горном массиве не отражают в полной мере истинной картины происходящих в нем процессов.Intensive growth in mineral production leads to an increase in the depth of their development and complication of the geomechanical conditions of mining. The consequence of this is the occurrence of such dangerous situations in which the existing methods for monitoring the dynamics of changes in strength characteristics in the rock mass do not fully reflect the true picture of the processes occurring in it.

Основой предупреждения этих природно-технологических явлений являются: региональный прогноз, представляющий собой оценку геодинамической опасности пластов в пределах месторождений и горных отводов шахт; локальный прогноз, т.е. прогноз и оценка напряженно-деформированного состояния участков массива горных пород в пределах выемочных полей и конкретных выработок, обычно осуществляемый с помощью буровой техники по выходу буровой мелочи или кернового бурения.The basis for the prevention of these natural and technological phenomena are: a regional forecast, which is an assessment of the geodynamic hazard of formations within deposits and mine allotments of mines; local forecast, i.e. prediction and assessment of the stress-strain state of sections of the rock mass within the excavation fields and specific workings, usually carried out using drilling equipment for the release of drilling fines or core drilling.

При этом для обеспечения эффективности проведения горных работ особую актуальность приобретает разработка и развитие современных способов непрерывного контроля и оценки напряженно-деформированного состояния массива с помощью портативных приборов.At the same time, to ensure the efficiency of mining operations, the development and development of modern methods for continuous monitoring and evaluation of the stress-strain state of an array using portable instruments is of particular relevance.

Современные геофизические системы характеризуются широким использованием компьютеризированных устройств и новейших мощных ЭВМ для цифровой регистрации и обработки больших массивов информации, применением современных материалов и изделий, позволяющих проводить измерения на больших глубинах, а также в экстремальных климатических условиях. Все это позволяет по-новому подойти к самому процессу получения и обработки геофизической информации.Modern geophysical systems are characterized by the widespread use of computerized devices and the latest powerful computers for digital recording and processing of large amounts of information, using modern materials and products that allow measurements at great depths, as well as in extreme climatic conditions. All this allows a new approach to the process of obtaining and processing geophysical information.

Как известно, базовые методы локального прогноза (прогноз удароопасности по выходу штыба, дискованию керна) основываются на нормативных документах. Основным недостатком базовых методов прогноза удароопасности является обязательное бурение скважин (шпуров) и, как следствие, их высокая трудоемкость и продолжительность выполнения.As you know, the basic methods of local forecasting (impact hazard forecast for the output of a bayonet, core disking) are based on regulatory documents. The main disadvantage of the basic methods for predicting shock hazard is the obligatory drilling of wells (holes) and, as a result, their high complexity and duration of execution.

В последнее время для решения задач локального прогноза все большее применение находят методы, основанные на регистрации естественной электромагнитной эмиссии (ЕЭМИ).Recently, methods based on registration of natural electromagnetic emission (EEMI) are finding more and more application for solving problems of local forecasting.

Физической основой использования электромагнитных методов является установленная зависимость энергии, амплитуды, длительности, частоты, скорости распространения и других параметров электромагнитных колебаний от напряженного состояния и физико-механических свойств горных пород.The physical basis for using electromagnetic methods is the established dependence of energy, amplitude, duration, frequency, propagation velocity and other parameters of electromagnetic waves on the stress state and physical and mechanical properties of rocks.

Прогноз удароопасности участков массива горных пород состоит в изменении одного или нескольких параметров электромагнитных колебаний по методикам, учитывающим особенности каждой конкретной шахты.The forecast of the impact hazard of sections of the rock massif consists in changing one or more parameters of electromagnetic waves according to methods that take into account the characteristics of each particular mine.

Известен Способ контроля нарушения сплошности массива горных пород по авторскому свидетельству СССР №1101552, МПК E21C 39/00, опубл. 07.07.1984 г., включающий регистрацию сигналов электромагнитной эмиссии и измерение их длительности, определение средней длительности импульсов, возникающих при перераспределении горного давления, которую принимают за эталонную, сравнивая последующие сигналы с эталонным, выделение импульсов с длительностью, более чем на порядок превышающей эталонную, и по их появлению судят о возникновении расслоения.The Known Method of controlling the discontinuity of the rock mass according to the author's certificate of the USSR No. 1101552, IPC E21C 39/00, publ. 07/07/1984, including the registration of electromagnetic emission signals and measuring their duration, determining the average duration of pulses arising from the redistribution of rock pressure, which is taken as the reference, comparing subsequent signals with the reference, the selection of pulses with a duration of more than an order of magnitude longer than the reference, and by their appearance they judge the occurrence of stratification.

Однако данный способ не позволяет регистрировать амплитуду сигналов электромагнитной эмиссии, что снижает точность и достоверность получаемой информации. Кроме того, с помощью этого способа не регистрируется количество принимаемых сигналов, наличие которых также дает дополнительную информацию о процессе изменения напряженно-деформированного состояния в массиве и приближении процесса разрушения.However, this method does not allow to register the amplitude of the electromagnetic emission signals, which reduces the accuracy and reliability of the information received. In addition, using this method, the number of received signals is not recorded, the presence of which also gives additional information about the process of changing the stress-strain state in the array and the approximation of the fracture process.

Известен также Способ прогноза разрушения горных пород по патенту РФ №2137920, МПК E21C 39/00, G01N 29/04, опубл. 20.09.1999 г., включающий регистрацию на интервале времени измерения сигналов электромагнитного излучения и измерение их амплитуд, по которым определяют начало разрушения исследуемого участка массива, причем интервал времени измерения разделяют на две неравные части, производят на каждой из них измерение величин амплитуд сигналов через равные промежутки времени, до нагружения исследуемого участка массива определяют интенсивность излучения сигнала помехи, измеряя амплитуды сигналов на большей части интервала времени измерения, а начало момента разрушения определяют по мере нагружения исследуемого участка массива по выполнению математического соотношения.There is also known a Method for predicting the destruction of rocks according to the patent of the Russian Federation No. 2137920, IPC E21C 39/00, G01N 29/04, publ. 09/20/1999, including registration on a time interval of measurement of electromagnetic radiation signals and measurement of their amplitudes, which determine the beginning of the destruction of the investigated section of the array, and the measurement time interval is divided into two unequal parts, each of them measures the magnitudes of the signal amplitudes through equal the time intervals before loading the investigated section of the array determine the radiation intensity of the interference signal by measuring the amplitudes of the signals over most of the measurement time interval, and the beginning of The destruction moment is determined as the studied section of the array is loaded according to the mathematical relation.

Недостатком указанного способа является то, что в месте исследования участка массива горных пород необходимо производить несколько замеров, что сильно влияет на продолжительность и трудоемкость работ. Кроме того, для обеспечения точности прогноза начала процесса разрушения горных пород необходимо проводить измерения по мере нагружения исследуемого участка массива, но при этом не решен вопрос, каким образом оценивать процесс нагружения.The disadvantage of this method is that in the place of study of the site of the rock mass it is necessary to make several measurements, which greatly affects the duration and complexity of the work. In addition, to ensure the accuracy of prediction of the beginning of the rock destruction process, it is necessary to carry out measurements as the studied section of the mass is loaded, but the question of how to evaluate the loading process has not been resolved.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является Способ оценки ударо- и выбросоопасности краевой части массива и эффективности мер борьбы с ними по патенту СССР №1717846, МПК E21F 5/00, опубл. 07.03.1992 г., включающий измерение у забоя выработки максимальных амплитуды и активности электромагнитного излучения (ЭМИ) на двух порогах регистрации выше уровня фона ЭМИ, определение критической величины активности ЭМИ и оценку удароопасности краевой части пласта. Согласно способу пороги регистрации ЭМИ выбирают в зависимости от максимальной и фоновой амплитуд импульсов (АИ) ЭМИ. На выбранных порогах АИ измеряют устойчивые средние значения импульсов активности ЭМИ и критические значения импульсов активности ЭМИ и при превышении импульсами активности ЭМИ критических значений участок считают удароопасным. Затем проводят мероприятия по устранению удароопасности и производят оценку их эффективности. При импульсах активности ЭМИ, меньших их критических значений, зону считают неудароопасной. При оценке выбросоопасности дополнительно определяют начальную скорость газовыделения и ее критическое значение, и зону считают выбросоопасной, если одновременно импульсы ЭМИ больше критических и начальная скорость газовыделения больше критической.Closest to the proposed method in terms of technical nature and the achieved result is a method for assessing the impact and outburst hazard of the edge of the massif and the effectiveness of measures to combat them according to USSR patent No. 1717846, IPC E21F 5/00, publ. 03/07/1992, including the measurement at the bottom of the output of the maximum amplitude and activity of electromagnetic radiation (EMP) at two detection thresholds above the background level of EMP, the determination of the critical value of the activity of EMP and the assessment of the impact hazard of the edge of the formation. According to the method, the EMR detection thresholds are selected depending on the maximum and background amplitude of the pulses (AI) of the EMR. At the selected AI thresholds, stable average values of the pulses of EMR activity and critical values of the pulses of EMR activity are measured, and if the pulse exceeds the critical values of the EMR activity, the section is considered shock hazardous. Then they take measures to eliminate the shock hazard and evaluate their effectiveness. With pulses of activity of electromagnetic radiation, less than their critical values, the zone is considered non-shocking. When assessing the outburst hazard, the initial gas release rate and its critical value are additionally determined, and the zone is considered to be outburst hazardous if at the same time the EMR pulses are more critical and the initial gas evolution velocity is more than critical.

Данный способ оценки удароопасности позволяет повысить безопасность ведения работ путем дифференциации напряженного состояния краевых зон пласта и, тем самым, целенаправленного ведения борьбы с динамическими и газодинамическими его проявлениями. Однако при этом оценивают только параметры максимальных амплитуд ЭМИ в зависимости от фонового значения амплитуды активности ЭМИ, но не принимают во внимание скорость нарастания пиковых амплитуд импульсов выше порогового уровня, что приводит к снижению точности прогноза разрушения горных пород и возможной выбросоопаспости, а также к повышению трудоемкости работ по проведению противоудароопасных мероприятий.This method of assessing the impact hazard improves the safety of work by differentiating the stress state of the boundary zones of the formation and, thereby, deliberate control of its dynamic and gas-dynamic manifestations. However, in this case, only the parameters of the maximum EMP amplitudes are estimated depending on the background value of the amplitude of the EMP activity, but they do not take into account the rate of increase of peak pulse amplitudes above the threshold level, which leads to a decrease in the accuracy of prediction of rock destruction and possible outburst potential, as well as to increased labor intensity work on the implementation of shockproof measures.

Кроме того, реализующее известный способ устройство не предназначено для использования в выработках, опасных по газу и пыли, т.к. не обладает необходимой искро- и взывозащищенностью.In addition, the device implementing the known method is not intended for use in workings hazardous in gas and dust, because does not have the necessary spark and explosion protection.

Известно Устройство для регистрации электромагнитного излучения, возникающего при трещинообразовании горных пород, по патенту РФ №1774303, МПК G01V 3/00, опубл. 07.11.1992 г., содержащее ферритовый тороидальный сердечник с равномерно размещенной на нем обмоткой и металлический экран, окружающий ее. Ферритовый сердечник выполнен в виде тора, полностью заполненного обмоткой, а экран расположен таким образом, что закрывает ее частично, на угол 285-295°. При этом на оставшейся открытой части обмотки дополнительно установлен козырек в виде рупора раструбом наружу, а боковые стенки рупора образуют угол не более 65-75°.A device for registering electromagnetic radiation arising from crack formation of rocks, according to the patent of the Russian Federation No. 1774303, IPC G01V 3/00, publ. 11/07/1992, containing a ferrite toroidal core with a winding evenly placed on it and a metal screen surrounding it. The ferrite core is made in the form of a torus, completely filled with a winding, and the screen is located in such a way that partially covers it, at an angle of 285-295 °. At the same time, on the remaining open part of the winding, a visor is additionally installed in the form of a horn with a bell outward, and the side walls of the horn form an angle of no more than 65-75 °.

Недостатком данного устройства является невысокая чувствительность вследствие неэффективного использования магнитного потока ферритового сердечника, что не позволяет принимать сигналы малых амплитуд из-за слабой концентрации поля в пространстве измерений и высокой его концентрации в ферритовом тороидальном сердечнике.The disadvantage of this device is its low sensitivity due to the inefficient use of the magnetic flux of the ferrite core, which does not allow the reception of small amplitude signals due to the weak concentration of the field in the measurement space and its high concentration in the ferrite toroidal core.

Известно также Устройство для регистрации электромагнитного излучения, возникающего при трещинообразовании горных пород, по патенту РФ №2155973, МПК G01M 7/02, опубл. 10.09.2000 г., содержащее ферритовый тороидальный сердечник с обмоткой и металлический экран, окружающий ее. Ферритовый тороидальный сердечник выполнен незамкнутым с помещенным в пространстве его выреза твердым диэлектриком с размещенной на нем и намотанной встречно обмотке ферритового тороидального сердечника дополнительной обмоткой, включенной последовательно с обмоткой ферритового тороидального сердечника. Шаг дополнительной обмотки переменный, меньший к краям, а соотношение части дополнительной обмотки с большим шагом к ее частям с меньшим шагом находится в определенных пределах, зависящих от отношения угла, отсчитываемого от горизонтальной оси выреза до начала дополнительной обмотки с меньшим шагом, и угла, отсчитываемого от начала дополнительной обмотки с меньшим шагом до торцов сердечника.It is also known a device for recording electromagnetic radiation arising from crack formation of rocks, according to the patent of the Russian Federation No. 2155973, IPC G01M 7/02, publ. September 10, 2000, containing a ferrite toroidal core with a winding and a metal shield surrounding it. The ferrite toroidal core is made open with a solid dielectric placed in the space of its cutout with an additional winding placed on it and wound counter-winding of the ferrite toroidal core, connected in series with the winding of the ferrite toroidal core. The step of the additional winding is variable, smaller to the edges, and the ratio of the part of the additional winding with a large step to its parts with a smaller step is within certain limits, depending on the ratio of the angle counted from the horizontal axis of the cut to the start of the additional winding with a smaller step and the angle counted from the beginning of the additional winding with a smaller pitch to the ends of the core.

Это устройство позволяет увеличить чувствительность прибора за счет концентрации поля в пространстве измерений и может быть использовано как для контроля разрушения участков массива горных пород при изменении их напряженно-деформированного состояния, так и в лабораторных условиях для регистрации электромагнитного излучения (ЭМИ), возникающего при разрушении образцов горных пород. Однако получаемые результаты в большой степени зависят от уровня электромагнитных помех, так как в данном устройстве отсутствует система их селекции. Алгоритм выбраковки ложных регистраций также отсутствует. Это приводит к выдаче ложных сигналов тревоги или к пропуску опасной ситуации, что снижает достоверность и точность прогноза удароопасности горных пород.This device allows you to increase the sensitivity of the device due to the concentration of the field in the measurement space and can be used both to control the destruction of sections of the rock mass when changing their stress-strain state, and in laboratory conditions for recording electromagnetic radiation (EMP) arising from the destruction of samples rocks. However, the results obtained to a large extent depend on the level of electromagnetic interference, since in this device there is no system for their selection. The algorithm for rejecting false registrations is also absent. This leads to the issuance of false alarms or to the omission of a dangerous situation, which reduces the reliability and accuracy of the forecast of shock hazard of rocks.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному является Устройство для определения степени ударо- и выбросоопасности горных пород по патенту РФ №2071563, МПК E21C 39/00, опубл. 10.01.1997 г., содержащее последовательно соединенные датчик акустической или электромагнитной эмиссии, предусилитель, аттенюатор, усилитель и измеритель пиковой амплитуды, а также формирователь импульсов и блок индикации. Кроме того, устройство снабжено измерителем энергии, коммутатором, аналого-цифровым преобразователем и микропроцессорным блоком, соответствующим образом подключенными.The closest in technical essence and the achieved result to the declared one is a device for determining the degree of shock and outburst hazard of rocks according to the patent of the Russian Federation No. 2071563, IPC E21C 39/00, publ. 01/10/1997, containing a series-connected acoustic or electromagnetic emission sensor, a preamplifier, attenuator, amplifier and peak amplitude meter, as well as a pulse shaper and an indication unit. In addition, the device is equipped with an energy meter, a switch, an analog-to-digital converter and a microprocessor unit, respectively connected.

Использование этого устройства позволяет повысить оперативность прогноза и разделения участков на опасные, неопасные и особоопасные за счет введения двойной градации критерия предельной активности электромагнитной эмиссии, что позволяет сократить объем и стоимость затрат на меры по приведению участка в неопасное состояние.The use of this device allows to increase the efficiency of forecasting and dividing sites into hazardous, non-hazardous and especially dangerous by introducing a double gradation of the criterion of the limiting activity of electromagnetic emission, which reduces the amount and cost of measures to bring the site into a non-hazardous state.

В то же время недостатками данного устройства являются невысокая точность и достоверность результатов измерений из-за наличия погрешности оценок опасности ввиду отсутствия отстройки от фонового уровня излучения и отбраковки стационарных сигналов, регистрируемых от работающих механизмов.At the same time, the disadvantages of this device are the low accuracy and reliability of the measurement results due to the presence of an error in hazard assessments due to the absence of detuning from the background radiation level and rejection of stationary signals recorded from operating mechanisms.

Кроме того, недостатком данного устройства является низкая степень защищенности корпуса от пыли, влаги и газа, характерных для использования в шахтных условиях.In addition, the disadvantage of this device is the low degree of protection of the housing from dust, moisture and gas, typical for use in mine conditions.

Изобретение решает задачу повысить надежность определения напряженно-деформированного состояния массива горных пород в шахтных условиях посредством приема устройством и последующего анализа сигналов от источников электромагнитных колебаний, вызванных разрушением пород в массиве.The invention solves the problem of increasing the reliability of determining the stress-strain state of a rock mass in a mine environment by receiving the device and subsequent analysis of signals from sources of electromagnetic waves caused by the destruction of rocks in the mass.

Технический результат заключается в повышении точности и достоверности прогноза динамического разрушения горных пород, а также снижении трудоемкости и повышении технологичности измерений, обусловленных, в частности, возможностью приема сигналов электромагнитной эмиссии только с помощью антенны, без контакта с массивом.The technical result consists in increasing the accuracy and reliability of the forecast of dynamic destruction of rocks, as well as reducing the complexity and technological effectiveness of measurements, due, in particular, to the possibility of receiving electromagnetic emission signals only using an antenna, without contact with the array.

Для достижения технического результата с помощью способа определения удароопасности массива горных пород, основанного на подсчете активности сигналов электромагнитного излучения и измерении пиковых значений этих сигналов за фиксированный интервал времени по нескольким амплитудным уровням, согласно изобретению пулевой отсчет амплитуды принимают с учетом фонового излучения, далее от нулевого отсчета до максимального все значения амплитуд разбивают на 10 неравных порогов в логарифмической прогрессии с шагом, кратным log2, и по выборке пиковых амплитуд импульсов оценивают параметры «A» и «B», при этом за параметр «A» принимают логарифмическое среднее распределения пиковых амплитуд импульсов, а за параметр «B» - оценку скорости нарастания пиковых амплитуд импульсов выше порогового уровня по 10-ти порогам. Затем строят графики зависимостей значений параметров A(xi) и B(xi) от положения точки наблюдения xi на профиле выработки, а также графики градиентов функций этих параметров, устанавливают критические величины параметров Aкр и Bкр и их суммарную критическую скорость изменения, а удароопасными считают те участки, в которых одновременно выполняются хотя бы три из четырех математических соотношений, полученных эмпирическим путем.To achieve a technical result using the method of determining the shock hazard of a rock mass, based on the calculation of the activity of electromagnetic radiation signals and measuring the peak values of these signals for a fixed time interval at several amplitude levels, according to the invention, the bullet reference amplitude is taken into account background radiation, then from zero to the maximum, all values of the amplitudes are divided into 10 unequal thresholds in a logarithmic progression with a step that is a multiple of log 2 , and according to the sample the peak amplitudes of the pulses are estimated by the parameters “A” and “B”, while the parameter “A” is taken as the logarithmic average of the distribution of the peak amplitudes of the pulses, and the parameter “B” is the estimated rate of rise of the peak amplitudes of the pulses above the threshold level by 10 thresholds. Then, we plot the dependences of the values of the parameters A (x i ) and B (x i ) on the position of the observation point x i on the production profile, as well as the graphs of the gradients of the functions of these parameters, establish the critical values of the parameters Ac and Bcr and their total critical rate of change, and shock areas are those sections in which at least three of the four mathematical relationships obtained empirically are simultaneously satisfied.

Кроме того, условно-удароопасными, требующими дополнительных исследований, считают участки, на которых одновременно выполняются четыре неравенства, также полученных эмпирическим путем.In addition, conditionally shock hazardous, requiring additional research, are considered areas where four inequalities are simultaneously satisfied, also obtained empirically.

При этом измерения производят на множестве точек наблюдения вдоль профиля контролируемой выработки, а параметр B рассчитывают с помощью линейной регрессии значений гистограммы в точках наблюдения вдоль профиля контролируемой выработки.In this case, measurements are made on a plurality of observation points along the profile of the controlled mine, and parameter B is calculated using linear regression of the histogram values at the observation points along the profile of the controlled mine.

Для осуществления способа устройство, содержащее последовательно соединенные датчик электромагнитного излучения (ЭМИ), предусилитель и усилитель, а также аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и блок цифровой обработки с подключенным к нему блоком индикации, согласно изобретению дополнительно снабжено фильтром низких частот, включенным в последовательную цепь между предусилителем и усилителем, последовательно включенными между усилителем и АЦП вторым фильтром низких частот и фильтром высоких частот, а также источником опорного напряжения, в блок цифровой обработки включен быстродействующий цифровой сигнальный процессор, подключенный двусторонней связью к АЦП, соединенный также двусторонними связями с энергонезависимой памятью программ, флэш-памятью данных и USB-портом.To implement the method, a device containing a serially connected electromagnetic radiation sensor (EMP), a preamplifier and an amplifier, as well as an analog-to-digital converter (ADC) and a digital processing unit with an indication unit connected to it, according to the invention is additionally equipped with a low-pass filter included in series the circuit between the preamplifier and the amplifier, connected in series between the amplifier and the ADC, a second low-pass filter and a high-pass filter, as well as a reference voltage source In the digital processing unit, a high-speed digital signal processor is included, connected by two-way communication to the ADC, also connected by two-way communication with non-volatile program memory, data flash memory and USB port.

Кроме того, в устройстве датчик электромагнитного излучения (ЭМИ) выполнен в виде LC-контура, АЦП выполнен многоразрядным и высокоскоростным, а последовательно включенные LC-контур, предусилитель и фильтр низких частот образуют приемную электромагнитную антенну, конструктивно выполненную в виде цилиндра из радиопрозрачного материала, один торец которого залит компаундом, а в другом гермовводом закреплен антенный кабель, и размещенную в щелевом экране.In addition, in the device, the electromagnetic radiation sensor (EMP) is made in the form of an LC circuit, the ADC is multi-bit and high speed, and the series-connected LC circuit, preamplifier and low-pass filter form a receiving electromagnetic antenna, which is structurally made in the form of a cylinder made of radio-transparent material, one end of which is flooded with a compound, and the antenna cable is fixed in the other with a hermetic lead, and it is located in the slit screen.

Изобретение поясняется чертежами, где на Фиг.1 представлена гистограмма распределения сигналов с амплитудой, превышающей порог A0 фонового излучения; на Фиг.2 - схема расположения точек наблюдения вдоль профиля контролируемой выработки; на Фиг.3 - графики изменения параметра A (пиковых амплитуд импульсов ЭМИ) и его градиента вдоль расположения точек наблюдения; на Фиг.4 - графики изменения параметра B (скорости нарастания пиковых амплитуд импульсов выше порогового уровня) и его градиента вдоль профиля контролируемой выработки; на Фиг.5 показана структурная схема устройства, реализующего способ.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 presents a histogram of the distribution of signals with an amplitude exceeding the threshold A 0 background radiation; figure 2 - arrangement of observation points along the profile of the controlled output; figure 3 - graphs of the change of parameter A (peak amplitudes of the pulses of the EMP) and its gradient along the location of the observation points; figure 4 - graphs of the variation of parameter B (slew rate of peak amplitudes of pulses above the threshold level) and its gradient along the profile of the controlled output; figure 5 shows a structural diagram of a device that implements the method.

Заявленный способ осуществляют следующим образом.The claimed method is as follows.

В массиве горных пород на исследуемом участке массива на интервале времени измерения (например, в течение 10-ти секунд), на множестве точек наблюдения вдоль профиля контролируемой выработки осуществляют регистрацию сигналов электромагнитного излучения и измерение их амплитуд, после чего производят подсчет количества амплитуд, превышающих нулевой порог, причем нулевой отсчет амплитуды A0 принимают с учетом фонового излучения, тем самым исключая из расчета составляющую «мелких» сигналов. Экспериментально установлено, что диапазон амплитуд, которые подвергают дальнейшей обработке, необходимо начинать с нулевого порога с амплитудой A0, в котором количество импульсов превышает примерно 65000, и заканчивать максимальной амплитудой Aмах, зарегистрированной в 10-ти секундной выборке.In the rock mass in the studied area of the massif at the measurement time interval (for example, for 10 seconds), at a number of observation points along the profile of the controlled generation, electromagnetic signals are recorded and their amplitudes are measured, after which the number of amplitudes exceeding zero is calculated a threshold, and a zero reading of the amplitude A 0 is taken taking into account the background radiation, thereby excluding the component of “small” signals from the calculation. It was experimentally established that the range of amplitudes that are subjected to further processing should be started from a zero threshold with amplitude A 0 , in which the number of pulses exceeds approximately 65,000, and ends with a maximum amplitude A max recorded in a 10-second sample.

Все сигналы с амплитудой A0 и ниже отбрасывают, как не информативные.All signals with an amplitude of A 0 and below are discarded, as they are not informative.

Среди оставшихся сигналов вычисляют параметр A - логарифмическое среднее распределения пиковых амплитуд импульсов по формуле:Among the remaining signals, the parameter A is calculated - the logarithmic average of the distribution of peak pulse amplitudes according to the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Ai - амплитуды отдельных сигналов. Ai>A0.where A i are the amplitudes of individual signals. A i > A 0 .

Далее весь массив сигналов с амплитудой более A0 разбивают на 10 неравных порогов в логарифмической прогрессии с шагом, кратным log2, в диапазоне от A0 до Aмах, где Aмах - амплитуда максимального сигнала. Таким образом, пороги получаются «плавающими». Это позволяет даже при высоком уровне стационарной помехи выделять импульсные сигналы, идущие из массива горных пород.Further, the entire array of signals with an amplitude of more than A 0 is divided into 10 unequal thresholds in a logarithmic progression in increments of a multiple of log 2 in the range from A 0 to A max , where A max is the amplitude of the maximum signal. Thus, the thresholds are "floating." This allows even with a high level of stationary interference to emit pulsed signals coming from a rock mass.

По результатам этого деления строят гистограмму распределения сигналов в двойных логарифмических координатах, где по оси абсцисс отложены логарифмы амплитуд, а по оси ординат - логарифмы количеств сигналов, представленную на фиг.1. На основе этой гистограммы с помощью линейной регрессии рассчитывают параметр B - угол наклона гистограммы, который, по существу, характеризует оценку скорости нарастания пиковых амплитуд импульсов выше порогового уровня.Based on the results of this division, a histogram of the distribution of signals in double logarithmic coordinates is constructed, where the logarithms of the amplitudes are plotted along the abscissa axis, and the logarithms of the quantities of signals shown in figure 1 along the ordinate axis. Based on this histogram, the parameter B is calculated using linear regression — the angle of the histogram, which essentially characterizes the estimate of the rate of rise of the peak pulse amplitudes above the threshold level.

После снятия измерений во всех точках наблюдения вдоль профиля контролируемой выработки строят графики зависимостей значений A(xi) и B(xi) от положения точки xi на профиле выработки, а также графики градиентов функций (A(xi)-A(xi-1))/(xi-xi-1) и (B(xi)-B(xi-1))/(xi-xi-1) от xi соответственно. Примеры построения графиков изменения параметра A и его градиента показаны на фиг.2. При этом, как видно на графике, градиент показывает нарастание скорости изменения амплитуды сигналов около изучаемого места контролируемой выработки.After taking measurements at all observation points along the profile of the controlled mine, graphs of the dependences of the values of A (x i ) and B (x i ) on the position of the point x i on the mine profile, as well as graphs of the gradients of the functions (A (x i ) -A (x i-1 )) / (x i -x i-1 ) and (B (x i ) -B (x i-1 )) / (x i -x i-1 ) from x i, respectively. Examples of graphing the variation of parameter A and its gradient are shown in FIG. 2. Moreover, as can be seen in the graph, the gradient shows an increase in the rate of change in the amplitude of the signals near the studied place of the controlled output.

Аналогично строятся графики для параметра B и его градиента (фиг 3), причем в данном случае градиент также показывает скорость изменения распределения амплитуд сигналов около изучаемого места контролируемой выработки.Similarly, graphs are constructed for parameter B and its gradient (Fig. 3), and in this case, the gradient also shows the rate of change of the distribution of signal amplitudes near the studied location of the controlled output.

Выбор и расчет не только самих величин параметров A и B, но и их градиентов обусловлен необходимостью отслеживать не только зоны активной электромагнитной эмиссии, но и зоны резкого увеличения эмиссии даже в относительно спокойных по динамическим явлениям местах. Резкое нарастание амплитуды эмиссии (увеличение параметра A) или изменение распределения амплитуд сигналов может свидетельствовать о росте трещины. Изменение распределения (уменьшение параметра B) может показывать развивающийся переход к следующей стадии разрушения - массовому появлению микротрещин следующего иерархического уровня.The choice and calculation of not only the values of the parameters A and B themselves, but also their gradients is due to the need to monitor not only the areas of active electromagnetic emission, but also the areas of sharp increase in emission even in relatively quiet places according to dynamic phenomena. A sharp increase in the emission amplitude (increase in parameter A) or a change in the distribution of signal amplitudes can indicate a crack growth. A change in the distribution (a decrease in parameter B) may indicate a developing transition to the next stage of fracture — the massive emergence of microcracks of the next hierarchical level.

При наличии критических величин Aкр и Bкр (известных из предыдущих исследований в данной выработке или шахте) и суммарной критической скорости изменения параметров, определяемой как {[dA/dx]*[dB/dx]}кр, полученных сопоставлением измерений с одним из базовых методов (например, по выходу штыба, дискованию кернов), удароопасными считают те участки (xi-1, xi+1), в которых одновременно выполняется хотя бы три из четырех неравенств:In the presence of critical values of Acr and Bcr (known from previous studies in this mine or mine) and the total critical rate of change of parameters, defined as {[dA / dx] * [dB / dx]} cr obtained by comparing measurements with one of the basic methods (for example, according to the output of a bayonet, disking of cores), those sections (x i-1 , x i + 1 ), in which at least three of the four inequalities are simultaneously fulfilled, are considered to be shock hazardous:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

где A(xi) и B(xi) - значения параметров A и B в точке наблюдения xi;where A (x i ) and B (x i ) are the values of the parameters A and B at the observation point x i ;

Aкр и Bкр - критические величины параметров A и B;Acr and Bcr are critical values of parameters A and B;

A(xi-1) и B(xi-1) - значения параметров A и B в предыдущей точке наблюдения по отношению к точке xi;A (x i-1 ) and B (x i-1 ) are the values of the parameters A and B at the previous observation point with respect to the point x i ;

A(xi+1) и B(xi+1) - значения параметров A и B в последующей точке наблюдения по отношению к точке xi;A (x i + 1 ) and B (x i + 1 ) are the values of the parameters A and B at the subsequent observation point with respect to the point x i ;

{[dA/dx]*[dB/dx]}кр - значения суммарной критической скорости изменения параметров A и B в соседних точках наблюдения.{[dA / dx] * [dB / dx]} cr - values of the total critical rate of change of parameters A and B at neighboring observation points.

При этом принимают во внимание, что критическое значение скорости изменения параметров {[dA/dx]*[dB/dx]}кр - величина отрицательная.At the same time, it is taken into account that the critical value of the rate of change of the parameters {[dA / dx] * [dB / dx]} cr is a negative value.

Выбор трех неравенств из четырех основан на опыте измерений и означает, что в число удароопасных включены следующие ситуации:The choice of three inequalities out of four is based on the experience of measurements and means that the following situations are included in the number of shock hazardous ones:

- превышены критические значения Aкр и Bкр, и при этом данная точка на профиле выработки опаснее, чем хотя бы одна из двух соседних с ней (тем самым исключаются самые «спокойные» точки в удароопасной зоне, которые не являются центрами процессов интенсивного деформирования или разрушения);- the critical values of Acre and Bcr are exceeded, and at the same time, this point on the mine profile is more dangerous than at least one of the two neighboring ones (thereby eliminating the “quietest” points in the shock-hazardous zone, which are not centers of intense deformation or fracture processes) ;

- превышено хотя бы одно из критических значений (Aкр или Bкр), но при этом данная точка на профиле опаснее двух соседних и может стать источником процессов интенсивного необратимого деформирования или разрушения.- at least one of the critical values (Acr or Bcr) is exceeded, but at the same time, this point on the profile is more dangerous than two neighboring ones and can become a source of intense irreversible deformation or fracture.

При отсутствии наработанных критических величин (например, при первом исследовании данной выработки) условно-удароопасными, в которых необходима проверка удароопасности повторными измерениями или измерениями другими методами, считают участки ((xi-1, xi+1), на которых одновременно выполняются неравенства:In the absence of accumulated critical values (for example, during the first study of a given development), conditionally shock hazardous, in which shock hazard testing by repeated measurements or measurements by other methods is necessary, are considered areas ((x i-1 , x i + 1 ), on which the inequalities are simultaneously satisfied :

Figure 00000004
Figure 00000004

где A(xi) и B(xi) - значения параметров A и B в точке наблюдения xi;where A (x i ) and B (x i ) are the values of the parameters A and B at the observation point x i ;

A(xi-1) и B(xi-1) - значения параметров A и B в предыдущей точке наблюдения по отношению к точке xi;A (x i-1 ) and B (x i-1 ) are the values of the parameters A and B at the previous observation point with respect to the point x i ;

A(xi+1) и B(xi+1) - значения параметров A и B в последующей точке наблюдения по отношению к точке xi.A (x i + 1 ) and B (x i + 1 ) are the values of the parameters A and B at the subsequent observation point with respect to the point x i .

Выбор всех четырех неравенств в данном случае обусловлен тем, что сравнение производится не с критическими величинами, а со значениями параметров в соседних точках, и условно-удароопасными считаются те участки, которые как по абсолютным величинам параметров A и B, так и по градиентам A и B показывают большую эмиссионную активность, чем соседние. Даже если абсолютные уровни параметров A и B и их градиентов относительно невелики, такое сочетание указывает на высокую вероятность развития необратимых процессов деформирования и разрушения в массиве.The choice of all four inequalities in this case is due to the fact that the comparison is made not with critical values, but with the values of the parameters at neighboring points, and those parts that are both in absolute values of parameters A and B, and in gradients A and B show greater emission activity than neighboring ones. Even if the absolute levels of parameters A and B and their gradients are relatively small, this combination indicates a high probability of the development of irreversible processes of deformation and fracture in the array.

Таким образом, разработанный способ, в отличие от существующих, позволяет выделять опасные участки как по абсолютной величине амплитуд импульсов или наклону графика повторяемости, так и по характеру изменений самих амплитуд и их распределения. Этот способ применим и в случае, когда известны критические значения параметров A и B для данного массива горных пород, и при измерениях в новых условиях.Thus, the developed method, unlike the existing ones, makes it possible to identify hazardous areas both by the absolute value of the amplitudes of the pulses or by the slope of the repeatability graph, and by the nature of the changes in the amplitudes themselves and their distribution. This method is applicable both in the case when the critical values of parameters A and B are known for a given rock mass, and when measuring under new conditions.

Устройство для регистрации электромагнитного излучения (фиг.5) состоит из блока регистрации 1, приемной электромагнитной антенны 2, зарядного устройства 3 и комплекта кабелей (кабель антенный 4, кабель интерфейсный 5).A device for recording electromagnetic radiation (Fig. 5) consists of a registration unit 1, a receiving electromagnetic antenna 2, a charger 3 and a set of cables (antenna cable 4, interface cable 5).

Блок регистрации 1 размещен в стандартном прямоугольном металлическом корпусе, выполненном в особо взрывобезопасном исполнении с видом взрывозащиты, включающим искробезопасные электрические цепи, например, по ГОСТ Р 51330-10. Такой вид взрывозащиты достигается за счет ограничения параметров электрических цепей до искробезопасных значений, например, в конструкции блока питания, имеющегося в блоке регистрации 1, применена аккумуляторная батарея с параметрами U0=9В, I0=1,3A, Rогр=66 Ом (залито компаундом), SQR=10 Вт, 2×3,3 Ом.The registration unit 1 is placed in a standard rectangular metal case, made in a particularly explosion-proof design with a type of explosion protection, including intrinsically safe electrical circuits, for example, according to GOST R 51330-10. This type of explosion protection is achieved by limiting the parameters of electrical circuits to intrinsically safe values, for example, in the design of the power supply available in the registration unit 1, a rechargeable battery with parameters U 0 = 9 V, I 0 = 1.3 A, R ogr = 66 Ohms ( flooded with compound), SQR = 10 W, 2 × 3.3 Ohms.

Блок регистрации 1 содержит блок питания 6, блок 7 аналоговой и блок 8 цифровой обработки. Блок 7 аналоговой обработки включает в себя последовательно включенные усилитель 9, фильтр низких частот 10, фильтр высоких частот 11, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12 и источник опорного напряжения 13, который формирует температурно-стабильное, с малым уровнем шумов напряжение смещения для работы аналоговых блоков прибора в системе с однополярным питанием, выходы которого подключены ко входам приемной электромагнитной антенны 2, фильтра низких частот 10, фильтра высоких частот 11 и АЦП 12. При этом АЦП 12 должен быть выполнен многоразрядным и высокоскоростным, что позволит делать непрерывную запись сигнала в широком динамическом диапазоне и широком частотном спектре.The registration unit 1 contains a power supply 6, an analog unit 7 and a digital processing unit 8. The analog processing unit 7 includes a series-connected amplifier 9, a low-pass filter 10, a high-pass filter 11, an analog-to-digital converter (ADC) 12 and a reference voltage source 13, which generates a temperature-stable, low noise bias voltage for operation analog units of the device in a system with unipolar power supply, the outputs of which are connected to the inputs of the receiving electromagnetic antenna 2, low-pass filter 10, high-pass filter 11 and ADC 12. In this case, ADC 12 must be multi-discharge and high speed, which will allow continuous recording of the signal in a wide dynamic range and a wide frequency spectrum.

Блок 9 цифровой обработки представляет собой микропроцессорный блок, построенный на базе стандартного набора функциональных узлов, и включает быстродействующий цифровой сигнальный процессор 14, подключенный двусторонней связью к АЦП 12, соединенный также двусторонними связями с энергонезависимой памятью программ 15, флэш-памятью данных 16 и USB-портом 17. Процессор 14 также соединен с индикатором 18, имеющим, например, жидкокристаллический дисплей, обеспечивающий вывод информации в две строки по 16 символов и расположенный на передней панели устройства. Управление режимами работы прибора осуществляется с помощью функциональной клавиатуры 19.Block 9 digital processing is a microprocessor block, built on the basis of a standard set of functional units, and includes a high-speed digital signal processor 14 connected by two-way communication to the ADC 12, also connected by two-way communication with non-volatile program memory 15, data flash memory 16 and USB port 17. The processor 14 is also connected to an indicator 18 having, for example, a liquid crystal display that provides information output in two lines of 16 characters and is located on the front panel triplets. Management of the operating modes of the device is carried out using the functional keyboard 19.

Функционально блок 9 цифровой обработки предназначен для приема и передачи информации на блоки устройства через стандартные порты сигнального процессора 14, управления работой индикатора 18, клавиатуры 19 и других узлов устройства, обеспечения интерактивного диалога с оператором на этапе ввода исходных параметров и выдачи результатов на ПК и т.д.Functionally, the digital processing unit 9 is intended for receiving and transmitting information to the device blocks via standard ports of the signal processor 14, controlling the operation of the indicator 18, the keyboard 19 and other device nodes, providing an interactive dialogue with the operator at the stage of entering the initial parameters and outputting the results to a PC and t .d.

Приемная электромагнитная антенна 2 содержит последовательно включенные LC-контур 20, предусилитель 21 и фильтр низких частот 22. Конструктивно приемная штыревая электромагнитная антенна 2 выполнена в виде цилиндра из радиопрозрачного материала, один торец которого залит компаундом, а в другом гермовводом закреплен антенный кабель 4, и размещена в щелевом экране 23, предназначенном для создания направленного приема электромагнитного излучения.The receiving electromagnetic antenna 2 contains a series-connected LC circuit 20, a preamplifier 21 and a low-pass filter 22. Structurally, the receiving pin electromagnetic antenna 2 is made in the form of a cylinder made of radio-transparent material, one end of which is filled with a compound, and the antenna cable 4 is fixed in the other with a hermetic lead, and placed in the slotted screen 23, designed to create a directed reception of electromagnetic radiation.

Устройство работает следующим образом. Магнитная составляющая ЭМИ индуцирует ЭДС в контуре антенны 2, а электрическая составляющая отсекается щелевым экраном 23. Индуктивность контура, входная емкость и сопротивление предусилителя 21 задают характер амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) антенны. Сигнал с контура 20 усиливается предусилителем 21 по напряжению и току, и через фильтр низких частот 22 подается в блок 7 аналоговой обработки. При этом выделяется импульсная составляющая нестационарных сигналов, обусловленная естественным излучением горных пород.The device operates as follows. The magnetic component of the EMR induces EMF in the circuit of the antenna 2, and the electrical component is cut off by the slit screen 23. The inductance of the circuit, the input capacitance, and the resistance of the preamplifier 21 determine the nature of the amplitude-frequency characteristics (AFC) of the antenna. The signal from the circuit 20 is amplified by the preamplifier 21 in terms of voltage and current, and through the low-pass filter 22 is supplied to the analog processing unit 7. In this case, the pulsed component of unsteady signals due to the natural radiation of rocks is released.

Усиленный и отфильтрованный сигнал по экранированному антенному кабелю 4 поступает в блок регистрации 1. Там он дополнительно усиливается по напряжению с помощью усилителя 9 и фильтруется по низкой и высокой частоте с помощью фильтра низких частот 10 и фильтра высоких частот 11 соответственно. Подготовленный таким образом сигнал поступает на 16-ти разрядный АЦП 12 и оцифровывается с частотой 500 кГц. Цифровые отсчеты сигнала по последовательному интерфейсу (по интерфейсному кабелю 5) поступают в сигнальный процессор 14, где в зависимости от выбранного режима работы с помощью специального программного обеспечения обрабатываются в режиме реального времени для определения параметров «A» и «B» или записываются во флэш-память 16 данных прибора для последующей камеральной обработки. Информация об индексе (пикете) и результате измерения выводится на дисплей индикатора 18. Перенос результатов измерений на персональный компьютер (ПК) из блока регистрации 1 происходит при помощи файлового менеджера ОС ПК, при этом прибор должен быть включен и соединен через USB-порт 17 с помощью интерфейсного кабеля 5 с USB-портом ПК (этот выход на чертеже не показан).The amplified and filtered signal through a shielded antenna cable 4 enters the registration unit 1. There it is further amplified by voltage using an amplifier 9 and filtered at low and high frequencies using a low-pass filter 10 and a high-pass filter 11, respectively. The signal thus prepared is fed to a 16-bit ADC 12 and digitized at a frequency of 500 kHz. Digital samples of the signal via the serial interface (via the interface cable 5) are sent to the signal processor 14, where, depending on the selected operating mode, they are processed using special software in real time to determine the parameters “A” and “B” or written to flash memory 16 device data for subsequent cameral processing. Information about the index (picket) and the measurement result is displayed on the indicator 18. The measurement results are transferred to the personal computer (PC) from the registration unit 1 using the PC OS file manager, while the device must be turned on and connected via the USB port 17 s using interface cable 5 with a USB port on a PC (this output is not shown in the drawing).

Данные копируются из памяти прибора в компьютер и оформляются в виде табличных файлов для последующего текстового или графического документирования.Data is copied from the device’s memory to a computer and formatted as tabular files for subsequent textual or graphical documentation.

Результаты измерений выводятся также на табло индикатора 18 прибора, где указывается номер замера и показатели структуры излучения «A» и «B», где «A» - логарифмическое среднее распределения пиковых амплитуд импульсов, зарегистрированных в заданный промежуток времени (в частности, за 10; 20; 40; 80 сек); «B» - показатель распределения амплитуд импульсов по 10-ти уровням (tg угла наклона прямой распределения). Параметр «A» рассчитывают в выбранном интервале записи как среднее арифметическое по абсолютным (выпрямленным) значениям отсчетов или их квадратов, а затем с учетом усиления пересчитывают в микровольты.The measurement results are also displayed on the indicator indicator 18 of the device, where the measurement number and indicators of the radiation structure “A” and “B” are indicated, where “A” is the logarithmic average of the distribution of peak amplitudes of the pulses recorded in a given period of time (in particular, for 10; 20; 40; 80 sec); “B” is the indicator of the distribution of the amplitudes of pulses at 10 levels (tg of the slope of the direct distribution). The parameter "A" is calculated in the selected recording interval as the arithmetic average of the absolute (rectified) values of the samples or their squares, and then, taking into account the gain, are converted to microvolts.

Устройство в целом может работать при температуре окружающего воздуха от - 40°C до +50°C и относительной влажности окружающей среды 98±2% при температуре 35±2°C.The device as a whole can operate at an ambient temperature of -40 ° C to + 50 ° C and a relative humidity of 98 ± 2% at a temperature of 35 ± 2 ° C.

Таким образом, конструкция устройства позволяет выполнить его малогабаритным и потребляющим небольшое количество электроэнергии, обеспечивает его максимальной степенью искрозащиты и дает возможность работать в условиях сильных промышленных помех. Переноска и обслуживание устройства обеспечивается одним оператором. Кроме того, в устройстве предусмотрена полная запись электромагнитного сигнала, что позволяет получить дополнительную возможность выделять стационарную помеху.Thus, the design of the device allows it to be small-sized and consuming a small amount of electricity, provides it with a maximum degree of spark protection and makes it possible to work in conditions of strong industrial interference. Carrying and servicing the device is provided by one operator. In addition, the device provides a complete recording of the electromagnetic signal, which allows you to get the additional opportunity to allocate stationary interference.

При этом применение разработанной методики обработки принятых сигналов ЭМИ позволяет повысить качество прогноза в условиях горных выработок, отличающихся повышенным уровнем промышленных помех, за счет повышения точности и достоверности получаемых данных, а также снизить трудоемкость и повысить технологичность проведения мониторинга состояния горных пород, что обусловлено возможностью приема сигналов с помощью антенны без контакта с массивом в отличие от других известных методов.At the same time, the application of the developed methodology for processing the received EMR signals allows to improve the quality of the forecast in the mine workings, which are characterized by an increased level of industrial interference, by increasing the accuracy and reliability of the data obtained, as well as reduce the complexity and technological effectiveness of monitoring the condition of rocks, due to the possibility of receiving signals using an antenna without contact with the array, unlike other known methods.

Claims (8)

1. Способ определения удароопасности массива горных пород по электромагнитной эмиссии, включающий измерение в выработке максимальных амплитуды и активности электромагнитного излучения (ЭМИ) на порогах регистрации выше уровня фона ЭМИ, определение критической величины активности ЭМИ и оценку удароопасности контролируемой выработки, причем пороги регистрации ЭМИ выбирают в зависимости от максимальной и фоновой амплитуд импульсов ЭМИ, отличающийся тем, что за нулевой отсчет амплитуд ЭМИ принимают пороговый уровень фонового излучения, в диапазоне амплитуд от нулевого отсчета до максимального вычисляют параметр A как логарифмическое среднее распределения пиковых амплитуд импульсов, затем все значения амплитуд указанного диапазона разбивают на 10 неравных порогов в логарифмической прогрессии с шагом, кратным log2, строят гистограмму распределения сигналов в двойных логарифмических координатах, на основе этой гистограммы рассчитывают параметр В как оценку скорости нарастания пиковых амплитуд импульсов выше порогового уровня, строят графики зависимостей значений параметров A(xi) и B(xi) от положения точки наблюдения xi на профиле выработки, а также графики градиентов функций этих параметров, устанавливают критические величины параметров Aкр и Bкр и их суммарную критическую скорость изменения, а удароопасными считают те участки, в которых одновременно выполняются хотя бы три из четырех неравенств:
A(xi)>Aкр,
B(xi)<Bкр,
[(A(xi)-A(xi-1))/(xi-xi-1)]*[(B(xi)-B(xi-1))/(xi-xi-1)]<{[dA/dx]*[dB/dx]}кр,
[(A(xi+1)-A(xi))/(xi+1-xi)]*[(B(xi+1)-B(xi))/(xi+1-xi)]<{[dA/dx]*[dB/dx]}кр,
где A(xi) и B(xi) - значения параметров A и B в точке наблюдения xi;
Aкр и Bкр - критические величины параметров A и B;
A(xi-1) и B(xi-1) - значения параметров A и B в предыдущей точке наблюдения по отношению к точке xi;
A(xi+1) и B(xi+1) - значения параметров A и B в последующей точке наблюдения по отношению к точке xi;
{[dA/dx]*[dB/dx]}кр - значения суммарной критической скорости изменения параметров A и B в соседних точках наблюдения.
1. A method for determining the shock hazard of a rock mass by electromagnetic emission, including measuring the maximum amplitude and activity of electromagnetic radiation (EMP) at the detection thresholds above the background level of EMP, determining the critical magnitude of the activity of EMP and assessing the impact hazard of the controlled generation, the EMR detection thresholds being selected in depending on the maximum and background amplitudes of the EMP pulses, characterized in that the threshold level of background radiation is taken as a zero reading of the EMP amplitudes, amplitude range from zero reading to the maximum calculated parameter A as the logarithmic average of the distribution of peak amplitudes of the pulses, then all the values of the amplitudes of said range divided into 10 unequal thresholds in logarithmic progression with a pitch multiple of log 2, a histogram distribution of the signals in double logarithmic scale, based on of this histogram, parameter B is calculated as an estimate of the rate of rise of the peak amplitudes of the pulses above the threshold level, graphs of the dependences of the vapor values are constructed meters A (x i ) and B (x i ) from the position of the observation point x i on the production profile, as well as graphs of the gradients of the functions of these parameters, establish the critical values of the parameters Acr and Bcr and their total critical rate of change, and consider those areas that are shock hazardous, in which at least three of the four inequalities are simultaneously satisfied:
A (x i )> Acr,
B (x i ) <Bcr,
[(A (x i ) -A (x i-1 )) / (x i -x i-1 )] * [(B (x i ) -B (x i-1 )) / (x i -x i-1 )] <{[dA / dx] * [dB / dx]} cr,
[(A (x i + 1 ) -A (x i )) / (x i + 1 -x i )] * [(B (x i + 1 ) -B (x i )) / (x i + 1 -x i )] <{[dA / dx] * [dB / dx]} cr,
where A (x i ) and B (x i ) are the values of the parameters A and B at the observation point x i ;
Acr and Bcr are critical values of parameters A and B;
A (x i-1 ) and B (x i-1 ) are the values of the parameters A and B at the previous observation point with respect to the point x i ;
A (x i + 1 ) and B (x i + 1 ) are the values of the parameters A and B at the subsequent observation point with respect to the point x i ;
{[dA / dx] * [dB / dx]} cr - values of the total critical rate of change of parameters A and B at neighboring observation points.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что условно-удароопасными, требующими дополнительных исследований, считают участки, на которых одновременно выполняются неравенства:
(A(xi)-A(xi-1)*(B(xi)-B(xi-1))/(xi-xi-1)<0
(A(xi+1)-A(xi))*(B(xi+1)-B(xi))<0
A(xi)>min(A(xi-1), A(xi+1))
B(xi)<max(B(xi-1), B(xi+1))
где A(xi) и B(xi) - значения параметров A и B в точке наблюдения xi;
A(xi-1) и B(xi-1) - значения параметров A и B в предыдущей точке наблюдения по отношению к точке xi;
A(xi+1) и B(xi+1) - значения параметров A и B в последующей точке наблюдения по отношению к точке xi.
2. The method according to claim 1, characterized in that conditionally shock hazardous, requiring additional research, are considered areas where inequalities are simultaneously satisfied:
(A (x i ) -A (x i-1 ) * (B (x i ) -B (x i-1 )) / (x i -x i-1 ) <0
(A (x i + 1 ) -A (x i )) * (B (x i + 1 ) -B (x i )) <0
A (x i )> min (A (x i-1 ), A (x i + 1 ))
B (x i ) <max (B (x i-1 ), B (x i + 1 ))
where A (x i ) and B (x i ) are the values of the parameters A and B at the observation point x i ;
A (x i-1 ) and B (x i-1 ) are the values of the parameters A and B at the previous observation point with respect to the point x i ;
A (x i + 1 ) and B (x i + 1 ) are the values of the parameters A and B at the subsequent observation point with respect to the point x i .
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерения производят на множестве точек наблюдения вдоль профиля контролируемой выработки.3. The method according to claim 1, characterized in that the measurements are made at the set of observation points along the profile of the controlled output. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что параметр В рассчитывают с помощью линейной регрессии значений гистограммы в точках наблюдения вдоль профиля контролируемой выработки.4. The method according to claim 1, characterized in that the parameter B is calculated using linear regression of the histogram values at the observation points along the profile of the controlled output. 5. Устройство для определения удароопасности массива горных пород по электромагнитной эмиссии, содержащее последовательно соединенные датчик электромагнитного излучения (ЭМИ), предусилитель и усилитель, а также аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и блок цифровой обработки с подключенным к нему блоком индикации, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено фильтром низких частот, включенным в последовательную цепь между предусилителем и усилителем, последовательно включенными между усилителем и АЦП вторым фильтром низких частот и фильтром высоких частот, а также источником опорного напряжения, выходы которого подключены ко входам датчика ЭМИ, второго фильтра низких частот, фильтра высоких частот и АЦП, а блок цифровой обработки выполнен в виде микропроцессорного блока, включающего быстродействующий цифровой сигнальный процессор, подключенный двусторонней связью к АЦП, соединенный также двусторонними связями с энергонезависимой памятью программ, флэш-памятью данных и USB-портом.5. A device for determining the shock hazard of a rock mass by electromagnetic emission, comprising a series-connected electromagnetic radiation sensor (EMP), a preamplifier and an amplifier, as well as an analog-to-digital converter (ADC) and a digital processing unit with an indication unit connected to it, characterized in that it is additionally equipped with a low-pass filter included in the serial circuit between the preamplifier and amplifier, connected in series between the amplifier and the ADC with a second low-pass filter t and a high-pass filter, as well as a reference voltage source, the outputs of which are connected to the inputs of an EMR sensor, a second low-pass filter, a high-pass filter and an ADC, and the digital processing unit is made in the form of a microprocessor unit including a high-speed digital signal processor connected by two-way communication to the ADC, also connected by two-way communication with non-volatile program memory, data flash memory and USB port. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что датчик электромагнитного излучения (ЭМИ) выполнен в виде LC-контура.6. The device according to claim 5, characterized in that the electromagnetic radiation sensor (EMP) is made in the form of an LC circuit. 7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что АЦП выполнен многоразрядным и высокоскоростным.7. The device according to claim 5, characterized in that the ADC is multi-bit and high speed. 8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что последовательно включенные LC-контур, предусилитель и фильтр низких частот образуют приемную электромагнитную антенну, конструктивно выполненную в виде цилиндра из радиопрозрачного материала, один торец которого залит компаундом, а в другом гермовводом закреплен антенный кабель, и размещенную в щелевом экране. 8. The device according to claim 5, characterized in that the LC-circuit, preamplifier and low-pass filter connected in series form a receiving electromagnetic antenna, which is structurally made in the form of a cylinder of radiolucent material, one end of which is filled with a compound, and an antenna cable is fixed in the other with a pressure seal , and placed in the slotted screen.
RU2013146191/03A 2013-10-16 2013-10-16 Method for determining rock mass bump hazard by electromagnetic emission, and device for its implementation RU2535329C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013146191/03A RU2535329C1 (en) 2013-10-16 2013-10-16 Method for determining rock mass bump hazard by electromagnetic emission, and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013146191/03A RU2535329C1 (en) 2013-10-16 2013-10-16 Method for determining rock mass bump hazard by electromagnetic emission, and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2535329C1 true RU2535329C1 (en) 2014-12-10

Family

ID=53285902

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013146191/03A RU2535329C1 (en) 2013-10-16 2013-10-16 Method for determining rock mass bump hazard by electromagnetic emission, and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2535329C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2655512C1 (en) * 2017-07-18 2018-05-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук Borehole multi-channel strainmeter and data registration and processing automated system for the mountain rocks massif stress-deformed state determination with its use
RU2780444C1 (en) * 2021-12-29 2022-09-23 Акционерное общество "СУЭК-Кузбасс" Method for predicting the destruction of a rock mass by electromagnetic emission

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1553717A1 (en) * 1987-07-16 1990-03-30 Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела Method and apparatus for locating shock-prone portions of rock mass
SU1629533A1 (en) * 1988-09-19 1991-02-23 Научно-производственное объединение "Сибцветметавтоматика" Device for assessing strained state of rock mass
SU1717846A1 (en) * 1989-01-26 1992-03-07 Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела Method for evaluation of pressure bump hazard of rock mass peripheral part and efficiency of measures for its control
SU1740665A1 (en) * 1990-03-05 1992-06-15 Институт Горного Дела Со Ан Ссср Method of forecasting rock disintegration
RU2071563C1 (en) * 1994-09-27 1997-01-10 Проскуряков Владимир Максимович Device for determining degree of rock mass impact- or outburst-hazard
CN101165315A (en) * 2006-10-20 2008-04-23 中国矿业大学(北京) Method for monitoring mine rock stress state by electromagnetic radiation method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1553717A1 (en) * 1987-07-16 1990-03-30 Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела Method and apparatus for locating shock-prone portions of rock mass
SU1629533A1 (en) * 1988-09-19 1991-02-23 Научно-производственное объединение "Сибцветметавтоматика" Device for assessing strained state of rock mass
SU1717846A1 (en) * 1989-01-26 1992-03-07 Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела Method for evaluation of pressure bump hazard of rock mass peripheral part and efficiency of measures for its control
SU1740665A1 (en) * 1990-03-05 1992-06-15 Институт Горного Дела Со Ан Ссср Method of forecasting rock disintegration
RU2071563C1 (en) * 1994-09-27 1997-01-10 Проскуряков Владимир Максимович Device for determining degree of rock mass impact- or outburst-hazard
CN101165315A (en) * 2006-10-20 2008-04-23 中国矿业大学(北京) Method for monitoring mine rock stress state by electromagnetic radiation method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2655512C1 (en) * 2017-07-18 2018-05-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук Borehole multi-channel strainmeter and data registration and processing automated system for the mountain rocks massif stress-deformed state determination with its use
RU2780444C1 (en) * 2021-12-29 2022-09-23 Акционерное общество "СУЭК-Кузбасс" Method for predicting the destruction of a rock mass by electromagnetic emission

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Feng et al. ISRM suggested method for in situ acoustic emission monitoring of the fracturing process in rock masses
US8019558B2 (en) Method for predicting failure of geotechnical structures
CA2617779C (en) Pipeline condition detecting method and apparatus
CN102680575B (en) A kind of impact mapping method of Complicate soil medium and system
Miao et al. Rock damage and fracturing induced by high static stress and slightly dynamic disturbance with acoustic emission and digital image correlation techniques
Zhang Investigation of relation between fracture scale and acoustic emission time-frequency parameters in rocks
Cheng et al. Simulation of a novel capacitive sensor for rebar corrosion detection
Rasskazov et al. New-generation portable geoacoustic instrument for rockburst hazard assessment
JP2018009906A (en) Hammering sound diagnosis device and diagnosis method
Tan et al. Multi-index monitoring and evaluation on rock burst in Yangcheng Mine
CN104374828A (en) Ultrasonic tomography imaging method of detection on hidden defect
Wang et al. Guided wave mode dispersion of transient acoustic emission on copper pipes—Its visualisation and application to source location
Concu et al. Prediction of building limestone physical and mechanical properties by means of ultrasonic P-wave velocity
RU2535329C1 (en) Method for determining rock mass bump hazard by electromagnetic emission, and device for its implementation
KR100921382B1 (en) Method for predicting failure of geotechnical structure
JP2899699B1 (en) Diagnosis method for rock damage
CN112611805B (en) Method for evaluating surrounding rock loose coil range based on attenuation coefficient
Shen et al. Research on spatial–temporal response law of seismic wave generated by rock mass fracture under load
RU2316025C2 (en) Method of measurement of detonation degree by using seismic energy
RU2780444C1 (en) Method for predicting the destruction of a rock mass by electromagnetic emission
CN202718148U (en) Nondestructive effect testing device for grouting foundation of immersed tube tunnel
Rasskazov et al. Improvement of Local Rockburst Control Equipment in Mineral Mining
Tereshkin et al. Express assessment of rockburst hazard in “nikolaevsk” and “international” mines by geoacoustic method
Jonsson et al. Evaluating the effect on seismicity of a hydraulic fracturing trial using Bayesian data analysis
Wang et al. Evaluation of EDZ characterization technology for URL based on field investigation at BET

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20160212

PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20160413

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161017