SU1613607A1

SU1613607A1 - Способ контрол напр женного состо ни массива горных пород

Info

Publication number: SU1613607A1
Application number: SU884617535A
Authority: SU
Inventors: Владимир Лазаревич Шкуратник
Original assignee: Московский Горный Институт
Priority date: 1988-12-09
Filing date: 1988-12-09
Publication date: 1990-12-15

Abstract

Изобретение относитс к горному делу и предназначено дл оценки пространственного распределени напр жений в окрестност х горных выработок. Цель - повышение точности за счет уменьшени вли ни контактных условий преобразователей с массивом. Массив прозвучивают импульсами низкой частоты с помощью излучающего и приемного преобразователей, дискретно перемещаемых в двух параллельных скважинах. Измер ют амплитуды ультразвуковых импульсов. При каждом фиксированном положении преобразователей по глубине скважин контролируемые участки дополнительно прозвучивают ультразвуковыми импульсами высокой частоты. Затем определ ют отношение амплитуд ультразвуковых импульсов высокой и низкой частоты. По изменению этого отношени с глубиной контролируют распределение напр жений в массиве горных пород. Отношение амплитуд ультразвуковых импульсов существенно в меньшей степени зависит от качества контактных условий, чем традиционные информативные параметры ультразвукового контрол . 2 ил.

Description

Изобретение относитс к горному делу и предназначено дл оценки про- странственного распределени напр жений в окрестност х горных выработок.

Цель изобретени - повышение точности контрол за счет уменьшени вли ни контактных условий преобразователей с массивом.

На фиг. 1 представлена схема реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - нормированный график изменени отно1 1ени амплитуд высокочастотного и низкочастотного ультразвуковых сигналов в зависимости от рассто ни (вдоль ) до контура выработки.

Схема включает две параллельные скважины 1 и 2, в которые помещены излучающий ультразвуковой преобразователь 3 и приемный ультразвуковой преобразователь 4, которые подсоединены к ультразвуковому npn6oiiy 5.

Способ осуществл ют следующим образом .

В кровле, стенке или почве выработки бур т две параллельные скважины 1 и 2 (обычно на рассто нии 0,5-0,8 м одна от другой на глубину до. 3-5 м), по которым параллельно пepe eщaют излучающий ультразвуковой П11ео0разова- (Тель 3 и приемныр ультразвукшзоГг пре05

со

О)

образователь 4 дискретно с шагом 0.1-0,2 м.

Излучающий и приемный преобразовадействи буровзрывных и работ а также вли ни перерасппеделени гор ного давлени . На 3iOM участке затуха

тели 3 и 4 должнЕ, быть двухча тотньми, с. вне ультразвуковых волн максимально,

т.е. иметь как мишдаум две рабочие (резонансные) частоты - нижнюю f,, и

п

, Причем информативность с увеличением оТличи частот

10

верхнюю f контрол

f и и f g, возрастает, поэтому значение частоты €к должно быть возможно более низким,а частоты g, - возможно более высоким. Однако поскольку с уменьшением значени f возрастают резонансные размеры ультразвуковых преобразо- )5 вателей 3 и 4, то реально частота f, выбираетс не ниже 40 - 60 кГц. Поскольку с увеличением частоты f возрастает затухание ультразвуковых ко- лебанш, то ее значение выбираетс 20 максимальным, . при котором зондирующт сигнал уверенно регистрируетс в точках приема. Обычно этому условию удовлетвор ет частота f,, не превышающа 200 кГд,, , 25

При каждом фиксированном положении преобразователей 3 и 4, наход щихс в параллельных скважинах 1 и 2 один против .другого, с помощью ультразвукоа амплитуды Л , (Гц) и A(fg,) принимаемых ультразвуковых сигналов - минимальны . Причем затухание высокочастотных сигналов здесь существенно пре вьпиает затухание низкочастотных сигналов и, следовательно, A.(f) pA,(f5).

На участке массива, соответствующем зоне опорного давлени , затухание УЗ-сигиалов минимально, соответственно амплитуды A2(f н) и ) - максимальны, причем степень отличи А(Гц) и A2(fE,) друг от друга гораздо меньше, чем на участке, примыкающем к контуру выработки.

Далее по глубине скважин 1 и 2 следует участок сохранного массива (область естественных напр жений), на котором не произошло изменений напр жений и структуры горных пород под вли нием выработки. Полученные на этом участке значени амплитуд A;,(f) и AjCfpJ низкочастотного и высокочастотного сигналов соотнос тс между

вого прибора 5 возбуждают сначала ра- зо собой и с амплитудами А,(Гц), A(fg),

диальные низкочастотные колебаний пьезозлемента преобразовател 3 на частоте f. С помощью последнего низкочастотный ультразвуковой сигнал из- .лучают в межскважинное пространство, пройд которое указанный сигндл принимаетс приемным преобразователем 4, с выхода которого злектрический сигнал поступает на вход.ультразвукового прибора 5, который измер ет амплитуду А (ЕН) прин того УЗ-сигнала.

Затем с помощью УЗ-прибора 5 возбуждают продольные высокочастотные колебани пьезозлемента преобразовате

) и A2(i 5)j полученными на первом и втором участках следующим образом:

А,(н) АЗ() А(н); 3 А, (в) AjCffc) А(ГЬ);

A5(fM)A(f6).

Затем дл каждой из фиксированных точек контрол получают отношение A(fg)/A(fy). Совокупность зтих отно- 4Q шений в функции от рассто ни 1 до контура выработки (фиг. 2) отражает характер распределени напр жений в окрестности выработки. Причем рассто ние 1(, на котором отношение

л 3 на частоте f.С помощью преобразова-д5 А()/А(Г„) максиально, соответствутел 3 высокочастотный ультразвуковой сигнал излучают в межскважинное пространство ,пройд которое указанный сигнал принимаетс преобразователем 4.Электрический сигнал с выхода последнего поступает на УЗ-прибор 5, измер ющий амплитуду этого сигнала.

Указанные операции проделывают при каждом 4|иксированком положении преобразователей по глубине скважин

|1 и 2.

I . На участке массива, прилегающем к койтуру выработки, имеютс нарушени естественной,структуры вследствие воз50

55

ет положению максимума зоны опорного давлени .

Поскольку коэффициенты передачи ультразвукового сигнала в системах излучающий преобразователь 3 - массив и массив - приемный преобразователь 4 практически одинаковы дл высокочастотного и низкочастотного сигналов, то отношение A(fg)/A(fjj) практически не зависит от качества контактных ус- ловий преобразователей 3 и 4 с массивом . Необходимо, чтобы акустический контакт оставалс посто нным в ходе всего цикла измерений на каждой фикдействи буровзрывных и работ, а также вли ни перерасппеделени горного давлени . На 3iOM участке затуха вне ультразвуковых волн максимально,

а амплитуды Л , (Гц) и A(fg,) принимаемых ультразвуковых сигналов - минимальны . Причем затухание высокочастотных сигналов здесь существенно пре- вьпиает затухание низкочастотных сигналов и, следовательно, A.(f) pA,(f5).

собой и с амплитудами А,(Гц), A(fg),

А,(н) АЗ() А(н); А, (в) AjCffc) А(ГЬ);

A5(fM)A(f6).

Затем дл каждой из фиксированных точек контрол получают отношение A(fg)/A(fy). Совокупность зтих отно- шений в функции от рассто ни 1 до контура выработки (фиг. 2) отражает характер распределени напр жений в окрестности выработки. Причем рассто ние 1(, на котором отношение

0

5

Поскольку коэффициенты передачи ультразвукового сигнала в системах излучающий преобразователь 3 - массив и массив - приемный преобразователь 4 практически одинаковы дл высокочастотного и низкочастотного сигналов, то отношение A(fg)/A(fjj) практически не зависит от качества контактных ус- ловий преобразователей 3 и 4 с массивом . Необходимо, чтобы акустический контакт оставалс посто нным в ходе всего цикла измерений на каждой фик

5

«Гронаиной глубине (цикл включает имерени на высокой и низкой частота ;а также чтобы потери на контактах преобразователей 3 и 4 с массивом были меньше предельных, при которых еще возможна устойчива регистраци высокочастотного зондирующего сигна

Экспериментальна проверка спосо прогедена на шахте, где добываютс блоки пильных известн ков.

В стенке подготовительной вырабоки на рассто нии 0,5 м одна от друг в вертикальной плоскости пробурены две скважины диаметром 42 мм и глуб ной 3 м. Излучающий и приемный преобразователи 3 и 4 синхронно переме лись по скважинам 1 и 2 с шагом Д1 0,1 м. Резонансные частоты преобрзователей 3 и 4 составл ли кГ и fp 150 кГц.

Возбуждение излучающего преобразовател 3, измерение амплитуд А (Гц и A(fg) прин тых ультразвуковых сигналов низкой и высокой частот осуществл лось ультразвуковым прибором УД2-16 (разработанным ПО Волна, , г. Кишинев).

В результате получена совокупность значений А(Ь н) и А(Е,) дл каждой фиксированной точки контрол по глубине скважин. Затем были рассчитаны отношени A(fg)/A(fj) дл каждой из указанных точек и построен нормированный график зависимости А(р)/А(ц) в функции от рассто ни до контура выработки (фиг. 2), который отражает распределение напр жений вокруг выработки .

0

5

Многократные измерени отношений А(ц)/А(ц), приведенные в одних и тех же точках, показали, что максимальное их отклонение от среднего (по;гученного по результатам двадцати измеренш) не превышает 4-%, в то врем как отклонени A(f g, А(Гц ) достигали 40%. Это подтверждает, что отношение A(fg)/A(fn) существенно в меньшей степени (практически па пор док ) зависит от качества контактных условий, чем традиционные (амплитудные ) информативные параметры ультразвукового контрол .

Claims

Формула изобретени

Способ контрол напр женного состо ни массива горных пород, включающий прозвучивание массива импульсами низкой частоты с помощью излучающего и приемного преобразователей, дискретно перемещаемых в двух параллельных скважинах, и измерение амплитуд ультразвуковых импульсов, отличающий с тем, что, с целью повьшени точности за счет уменьшени ли ни контактных условтЧ преобразователей с массивом, при каждом фиксированном положении преобразователей по глубине скважин контролируемые участки дополнительно прозвучивают ультразвуковыми импульсами высокой частоты, определ ют отношение амплитуд ультразвуковых импульсов высокой и низкой частот и по изменению этого тношени с глубиной контролируют распределение напр женш в массиве горных пород.

Фиг.1

ffe)/M

Щи г. г