Електроємнісний інтроскоп для масиву гірських порід еі-3

Корисна модель відноситься до гірничої промисловості і може бути використана для контролю властивостей і стану масиву гірських порід. Відомо пристрій, призначений для визначення границь порушеної зони в масиві порід [Ардашев К.А. и др. Методы и приборы для исследования проявлений горного давления, - М.: Недра, 1981, с.69-70]. Це пристрій, що складається з випромінюючого і приймального ультразвукових перетворювачів, який розміщують за допомогою штанг досилання у вимірювальному шпурі, пробуреному на досліджувану ділянку масиву. Перетворювачі притискують до стінки шпуру пневматичними пристроями. Генератор збуджує випромінюючий перетворювач, який створює в масиві гірських порід пружні коливання. При відсутності в масиві тріщин на шляху ультразвукових коливань їх сприймає прийомний перетворювач, електричний сигнал з якого після посилення поступає на вимірювальний прилад. При наявності тріщини на шляху ультразвукових коливань відбувається зменшення інтенсивності пружних коливань, величини електричного сигналу і відповідно показань приладу, а місцезнаходження тріщини визначають по шкалі, нанесеної на штангу для досилання. Недоліком цього пристрою є неможливість визначення параметрів окремих тріщин (їх розкриття і заповнення), низька вірогідність замірів, тому що показання вимірювального приладу залежать від сили притиску перетворювачів до стінок шпуру, а також значна трудомісткість проведення вимірів, що пов'язано з необхідністю притиску перетворювачів на кожному інтервалі вимірювань. Найбільш близьким по технічній суті і результатам, що досягаються, до запропонованого електроємнісного інтроскопу для масиву гірських порід ЕІ-3 є пристрій для визначення тріщинуватості гірських порід [Авторское свидетельство СССР №1168710, кл. Е21С 39/00, 1985]. Він включає пристрій для виміру, з'єднаний кабелем з генератором, зонд, що має корпус у вигляді труби з заглушками, до якого приєднано штанги для досилання в шпур. Однак діапазон застосування цього пристрою обмежений, оскільки ефективна робота можлива тільки для порід, які мають значну електропровідність, тоді як більшість порід є діелектриками. Крім того, наявність води в шпурі приводить до екранування зонду і робить пристрій непрацездатним. Тому пристрій має низку вірогідність замірів тріщинуватості. В основу корисної моделі покладено завдання розробити такий електроємнісний інтроскоп для масиву гірських порід ЕІ-3, який дозволяє підвищити інформативність, вірогідність і спростити визначення структурних параметрів масиву гірських порід, а саме - тріщини, варіації зон тріщинуватості, розкриття тріщин і матеріал їх заповнення, - повітря, вода, природні або штучні розчини. Ця технічна задача досягається тим, що електроємнісний інтроскоп масиву гірських порід ЕІ-3, що включає пристрій для виміру, з'єднаний кабелем з генератором, який розміщено в зонді з корпусом у вигляді труби з заглушками, який приєднано к штангам досилання в шпур, згідно з корисною моделлю, зонд виконано з трьох металевих електродів, двох крайніх у вигляді передньої і задньої заглушок однакової довжини, які підключено до нульового проводу генератора і активного середнього, який підключено к генератору, розміщеного усередині задньої заглушки, причому електроди находяться у корпусі із діелектрика. Така конструкція електроємнісного інтроскопа для масиву гірських порід ЕІ-3 дозволяє вимірювати діелектричну проникність гірського масиву при переміщенні зонда по шпуру за допомогою штанг. На Фіг.1 зображена структурна схема електроємнісного інтроскопа ЕІ-3; на Фіг.2 - конструкція зонду електроємнісного інтроскопа ЕІ-3 Електроємнісний інтроскоп ЕІ-3 включає зонд 1, який є конденсатором і складається із двох крайніх металевих електродів у вигляді передньої заглушки 2 і задньої заглушки 3 та активного електроду 4, виготовлених з електропровідного матеріалу, розміщених у діелектричному корпусі 5 і приєднаних проводами 6 до генератора 7, вихід якого з'єднано кабелем 8 із пристроєм для виміру 9. Генератор 7 розміщено усередині задньої заглушки 3. Сигнал від генератора 7 по кабелю 8, що проходить по шпуру 10, іде до пристрою для виміру 9, який розташовано в гірничій виробці 11. Працює електроємнісний інтроскоп ЕІ-3 для гірських порід у такий спосіб. Зонд 1 розміщують у шпурі 10, попередньо пробурений у масиві 12. Напругу від генератора 7 по кабелю 8 передають на пристрій для виміру 9. Частота цієї напруги залежить від ємності зонду 1 і пропорційна діелектричній проникності гірських порід 12, які оточують зонд 1. Зонд 1 переміщують уздовж шпура 10 за допомогою штанг 13 і фіксують значення частоти напруги генератора 7 пристроєм для виміру 9. Оскільки електрична ємність зонду залежить від діелектричної проникності навколишнього масиву, а генератор, до якого підключено конденсатор, виробляє напругу з частотою, що залежить від його ємності, в однорідних породах частота генератора постійна, а з появою навколо зонда неоднорідності, - наприклад тріщини 14, - частота автогенератора змінюється, що викликає зміну показань пристрою для виміру 9. Показники електроємнісного інтроскопа ЕІ-3 змінюються по різному в воді або повітрі (збільшуються або зменшуються щодо непорушеного масиву), тому можна визначити, яким середовищем заповнена тріщина повітрям або водою (розчином), а по амплітуді змін показників можна визначити ширину розкриття тріщини, що дозволяє підвищити інформативність і вірогідність вимірів. В результаті того, що зонд виконано з трьох металевих електродів, він є конденсатором, який підключено к генератору. Оскільки активний електрод знаходиться у корпусі із діелектрика, закритому передньою і задньою заглушками, забезпечується герметичність зонду і можлива робота електроємнісного інтроскопа ЕІ-3 в шпурі, заповненому водою. Крім того, те, що корпус зонду виготовлено із діелектрика, електричне поле конденсатора безперешкодно проникає у масив порід. Завдяки тому, що передня і задня заглушки мають однакову довжину та підключені до нульового проводу генератора, електричне поле навколо зонда симетричне, в результати чого підвищується точність і вірогідність розрахунків структурних параметрів масиву гірських порід і спрощуються розрахунки розкриття тріщини. Таким чином, завдання розробити електроємнісний інтроскоп для масиву гірських порід ЕІ-3, який дозволяє підвищити інформативність, вірогідність і спростити визначення структурних параметрів масиву гірських порід, тріщинуватості і її параметрів, слід вважати виконаним.