Спосіб діагностики неоднорідностей в масиві гірських порід

Передбачувана корисна модель відноситься до гірничої справи, а саме до способів діагностики неоднорідностей в масиві гірських порід, наприклад, тектонічних порушень або літологічних заміщень, зон підвищеної тріщинуватості, їх меж з гірськими породами, що вміщують. Відомий метод опорів, при якому за допомогою електродів, поміщених в паралельно пробурені шпури або свердловини, через досліджувану товщу порід періодично пропускають електричний струм. По змінах заміряного уявного опору оцінюють зміни напруженого стану порід і судять про наявність неоднорідностей в масиві [1]. Недоліком даного способу є залежність уявного опору від багатьох фізико-технічних чинників і конкретних гірничотехнічних умов, що знижує надійність методу при виявленні неоднорідностей та їх діагностики. Відомий метод свердловинного прозвучування, при якому оцінюють стан гірських порід у міжсвердловинному просторі шляхом збудження пружних коливань і реєстрації їх швидкості за першовступленнями ультразвукових сигналів, що проходять через масив [2]. Недоліками відомого способу є труднощі виділення корисного сигналу на фоні перешкод і мала база (1-2м) прозвучування, що приводить до невиправданого збільшення обсягів буріння при виявленні неоднорідностей. Найбільш близьким до передбачуваної моделі по технічній суті і результату, що досягається, є спосіб виявлення неоднорідностей в масиві, що полягає у випромінюванні у масив ультразвукових імпульсів, прийомі їх після проходження контрольованої ділянки за допомогою переміщуваних приймачів, вимірюванні амплітуд прийнятих інформаційних сигналів, визначенні місця розташування неоднорідності по зміні амплітуд інформаційних сигналів, при цьому, випромінювання ультразвукових імпульсів виконують на двох різних частотах [3]. Випромінювач акустичних коливань є стрижньовим п'єзоелектричним випромінювачем. Шляхом повороту на 90° по відношенню до його подовжньої осі змінюють частоту випромінювання. Вимірювання амплітуди інформаційного сигналу на цих двох частотах проводять у ряді точок за профілем досліджуваного масиву D Ai2 f2 D Ai1f1 направленим приймачем, а про наявність неоднорідності в масиві судять по зміні величини для кожної A i1 f1 A точки вимірювання, де - амплітуда інформаційного сигналу на частоті в кожній точці контролю; i 2 f f áf амплітуда інформаційного сигналу на частоті 2 в кожній точці контролю; 1 2 - частоти, випромінювані при зміні DA i1 = A 11 - A 21 f положення випромінювача; - різниця амплітуд в сусідніх точках вимірювання на частоті 1 ; DA i 2 = A 12 - A 22 f - різниця амплітуд в сусідніх точках вимірювання на частоті 2 . Недоліками даного способу є: використання зміни амплітуд прийнятих інформаційних сигналів на двох фіксованих частотах як єдиний критерій наявності неоднорідності в масиві гірських порід і мала база прозвучування (до 5м), обумовлена високою частотою випромінювання коливань (5,6кГц). В основу передбачуваної корисної моделі поставлене завдання створення способу діагностики неоднорідностей в масиві гірських порід, при якому, за рахунок зменшення частот збуджуваних коливань до 1кГц і комплексного використання кінематичних і динамічних параметрів пружних коливань, об'єднаний в n- мірний вектор, інваріантний щодо зміни властивостей середовища, що вміщує або будови вугільного пласту, де n - число одиночних параметрів пружних хвиль, використовуваних при діагностиці неоднорідностей, досягається технічний результат підвищення надійності і достовірності вимірювань із збільшенням бази прозвучування. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі діагностики неоднорідностей в масиві гірських порід, що включає випромінювання в масив ультразвукових імпульсів, прийом їх після проходження контрольованої ділянки за допомогою переміщуваних приймачів, вимірювання амплітуд прийнятих інформаційних сигналів, визначення місця розташування неоднорідності по зміні амплітуд інформаційних сигналів, згідно корисної моделі, зменшують частоти збуджуваних коливань до 1кГц і комплексно використовують кінематичні і динамічні параметри пружних коливань, об'єднувані в n-мірний вектор, інваріантний щодо зміни властивостей середовища, що вміщує або будови вугільного пласта, де n число одиночних параметрів пружних хвиль, використовуваних для діагностики неоднорідностей. У прототипі проводиться випромінювання ультразвукових імпульсів на двох різних частотах. Вимірювання амплітуди інформаційного сигналу на цих частотах проводять у ряді точок за профілем досліджуваного масиву D Ai2 f2 D Ai1f1 для кожної направленим приймачем, а про наявність неоднорідності в масиві судять по зміні величини A i1 f1 A точки вимірювання, де - амплітуда інформаційного сигналу на частоті в кожній точці контролю; i 2 f f áf амплітуда інформаційного сигналу на частоті 2 в кожній точці контролю; 1 2 - частоти, випромінювані при зміні DA i1 = A 11 - A 21 f положення випромінювача; - різниця амплітуд в сусідніх точках вимірювання на частоті 1 ; DA i 2 = A 12 - A 22 f - різниця амплітуд в сусідніх точках вимірювання на частоті 2 . По способу, що заявляється, проводиться зменшення частот збуджуваних коливань до 1кГц і комплексно використовуються кінематичні і динамічні параметри пружних коливань, об'єднані в n- мірний вектор, інваріантний щодо зміни властивостей середовища, що вміщує або будови вугільного пласта, де n - число одиночних параметрів пружних хвиль, використовуваних для діагностики неоднорідностей. Порівняльний аналіз рішення, що заявляється, з прототипом дозволяє зробити висновок, що пропонований спосіб відрізняється від відомого наступними операціями: збудженням пружних коливань на частотах до 1кГц, комплексним використанням кінематичних і динамічних параметрів пружних коливань, об'єднаних в n-мірний вектор, інваріантний щодо зміни властивостей середовища, що вміщує або будови вугільного пласта, де n - число одиночних параметрів пружних хвиль, використовуваних для діагностики неоднорідностей. Таким чином, спосіб, що заявляється, відповідає критерію "новизна". Спосіб діагностики неоднорідностей в масиві гірських порід здійснюється таким чином. У вугільних ціликах або в підготовчих виробках встановлюють на деякій відстані один від одного сейсмоприймачі на оголення вугільного пласта і закріплюють їх за допомогою розчину алебастру, що швидко схоплюється. Збудження пружних коливань виконують з кроком 5-10м в суміжних виробленнях ударом тамперу по металевому стрижню, що забивається у вугільний пласт. Сила удару контролюється датчиком місткості і підтримується постійною під час робіт, що забезпечує однакові умови збудження пружних коливань. Сейсмоакустичні сигнали від різних пунктів збудження пружних коливань проходять через масив гірських порід і реєструються встановленими сейсмоприймачами, виконують камеральну обробку одержаних сейсмотрас і визначають n-мірний вектор по кінематичних і динамічних параметрах пружних коливань. По змінах координат цього вектора діагностують наявність неоднорідностей в масиві гірських порід і їх планові розміри. Використання пропонованого способу діагностики неоднорідностей в масиві гірських порід дозволяє підвищити рівень корисних сигналів, надійність і достовірність вимірювань, збільшити базу прозвучування до 200м, одержати інформацію з великого обсягу гірських порід при мінімальних матеріальних і трудових витратах, забезпечити простоту і безпеку робіт. Досвідна перевірка способу проведена на шахті "Бельковська" виробничого об'єднання "Новомоскoвськвугілля". Джерела інформації: 1. Байконуров О.А., Мельников В.А. Основы горной геофизики. - Алма-Ата: Наука, 1970. - С.211-212. 2. Ржевский В.В., Ямщиков B.C. Акустические методы исследования и контроля горных пород в массиве. - М.: Недра, 1973. - С.110-111. 3. А.с. СССР №1714126, МПК Е21С39/00. Способ обнаружения неоднородностей в массиве / Я.А. Сериков, Л.Н. Шутенко, М.С. Золотов, М.Е. Богуславский, В.П. Гизай, И.П. Серикова (СССР). - №4741123/03; Заявл. 31.07.1989; Опубл. 23.02.1992, Бюл. №7, 1992.