Материал: Свойства горных пород при разных видах и режимах нагружения

Запись сигналов производили сейсмоприемником в скважине, расположенной на расстоянии 0,25—0,5 м от места удара.

Анализ сейсмограмм ударных импульсов показал, что наиболее стабильный импульс наблюдается при ударе через промежуточный элемент по наковальне, вбитой в массив. Для получения стабильного сигнала по частоте и амплитуде целесообразно удар производить с постоянной энергией.

Упругий импульс, возбужденный в породе, представляет собой модулированный по частоте сигнал. В процессе распространения его по породе высокие частоты затухают быстрее, чем низкие, в резуль­ тате сигнал меняет свою частоту и амплитуду в сторону снижения. Степень уменьшения частоты и амплитуды зависит от свойств и состо­ яния массива, а также от расстояния, которое прошел импульс (от точки возбуждения, до точки приема).

В процессе распространения импульса в породе формируется до­ минирующая частота, при которой амплитуда сигнала в несколько раз больше, чем при других частотах. Доминирующая (резонансная) частота для некоторых пластов шахт Донбасса составляет 500 — 1000 Гц (32]. По мере удаления от излучателя наблюдается некото­ рое понижение доминирующей частоты. Так, на расстоянии 1,8 м от излучателя максимум амплитуды приходится на область 500 Гц, а в точках базы 7,2-г 15,3 м максимум амплитуды устойчиво сохраняет­ ся в диапазоне 300—400 Гц.

Таким образом, максимум амплитуды с увеличением расстояния сдвигается в сторону более низких частот, а численное значение час­ тоты, соответствующее максимальной амплитуде сигнала, зависит от свойств пород и колеблется в пределах 500 * 1000 Гц. Эту особен­ ность необходимо учитывать при конструировании акустического прибора. В связи с затуханием сигнала как по амплитуде, так и по частоте при использовании цифровых регистрирующих устройств возникает ошибка в измерении времени (рис. 8.1). Представим, что уровень порогового срабатывания счетного устройства прибора

а в точке приема A t2. Поскольку At2 > A tn погрешность в измере­ нии времени прохождения сигнала At = At2 — Д£г На маленьких базах Дt может быть соизмеримой с временем прохождения сигнала по базе в целом, что недопустимо. Для исключения этой погрешности необходимо уравнять углы наклона сигнала, идущих от запускающе­ го и стопорящего сейсмоприемников.

Акустический прибор для определения напряженного состояния горных пород должен быть простым по конструкции, надежным в работе, в производственных условиях быстро регистрировать акусти­ ческие характеристики пород, искробезопасным, способным прозвучивать базы от десятков сантиметров до десятков метров без суще­ ственных погрешностей. Таким прибором могло быть устройство, построенное на принципе счета стандартных импульсов, вырабатывае­ мых генератором. В настоящее время такие устройства серийно не изготовляются*.

Известны конструкции цифровых измерительных устройств, ко­ торые позволяют определять скорость распространения упругих волн посредством измерения отрезка времени с начала возбуждения (или с любой другой точки на профиле прозвучивания) до момента прихо­ да первого вступления волны на датчик остановки счета. Однако они имеют следующие недостатки:

невозможность определить затухания волн; невозможность использования в шахтах, опасных по газу и пыли;

большие погрешности в измерении времени распространения волн. Для устранения этих недостатков ИГД им. А.А. Скочинского в аналогичное устройство были введены канал для замера затухания амплитуды, формирователь и усилитель с неравномерной частотной характеристикой. Устройство выполнено в искробезопасном испол­

нении.

Отличительной особенностью созданного прибора является воз­ можность усиления сигнала меньшей частоты в большее число раз, чем сигнала высокой частоты.

Исключение ошибки измерения достигается тем, что зная ампли­ туды принятых датчиками сигналов определяется затухание сигнала, пропорционально которому устанавливается уровень усиления сигна­ ла от датчика, останавливающего счет, и тем самым выравниваются амплитуды сигналов, поступающих от датчиков.

В последней конструкции прибора ошибка измерений устраняется автоматически с помощью специального блока, который определяет ошибку и автоматически вычитает ее из полученного результата.

Ударное устройство для возбуждения импульса в массиве (рис. 8.2) выполнено в виде ’’ружья” и состоит из ударника 1, про­ межуточного элемента 2, пружины 3, которые размещены в корпу­ се 4. С помощью рукояти 5 производится взвод пружины и при нажатии на спусковой крючок 6 ударник под действием пружины будет перемещаться и ударит по промежуточному элементу, прижа­ тому к массиву. Ударный импульс, сформировавшийся на контакте ударника и промежуточного элемента передается в породу.

точно пробурить взаимопараллельные шпуры невозможно, эту базу приходится определять в каждом конкретном случае. Для этого сконструировано скважинное измерительное устройство (рис. 8.3), позволяющее по измерению одного базисного расстояния и двух углов вычислять базу прозвучивания на любом удалении от контура выработки.

Устройство состоит из двух направляющих 1, Ï , вставляемых в шпуры, двух трубок 2, 2\ поворачивающихся по оси относительно друг друга, и двух лимбов 3, 3' с указателями 4, 4' для отсчета углов. Направляющая составляет с трубкой угол 90°.

Трубка 2 имеет шкалу с делениями для отсчета расстояния и лимб 3 для отсчета угла пЪворота относительно трубки 2. Направля­ ющая неподвижно соединена с трубкой 2 , последняя неподвижно соединена с указателем 4. Лимб 3 неподвижно крепится на трубке 2'.

В процессе измерений направляющие вставляются в. шпуры и по шкале трубки 2 берется отсчет расстояния между устьями шпуров, а по шкалам лимбов 3, 3' отсчет углов расхождения во взаимно­ перпендикулярных плоскостях.

База прозвучивания с помощью измерителя находится по опреде­ ленной схеме (рис. 8.4), где AD = т — выдвижное плечо измерителя, АТ = DE = / — измерительные штанги (принятые равными по длине). Штанга АТ способна поворачиваться вокруг оси, совпадающей с AD, штанга DE вращается вокруг оси, перпендикулярной AD. Углы пово­ рота штанг АТ и DE обозначены соответственно через а и р . Расстоя­ ние между датчиками

ТЕ = у/т2 + 2 l[m sin а + / (1 — cos/3)].

Для оперативного нахождения ТЕ построены номограммы (рис. 8.5, 8.6), по которым определяется не величина ТЕ, а ее проек­ ция, что приводит к погрешности при наибольшей разности абсолют­ ных значений углов а и р, не превращающей 1,5—2,0 % от истинного расстояния между датчиками.

Для построения номограмм сначала были вычислены величины проекций приращения СМ при различных углах а — от 0 до 20°. В слу­ чае положительного угла а приращение, обозначенное через Аха, бе­ рется со знаком ’’плюс” , при отрицательных углах а — со знаком ’’минус” . Значения Аха при различных а и / можно найти по ном о­ грамме на рис. 8.5.

Затем были вычислены значения проекции ТЕ, обозначенной че­ рез X.

По номограмме на рис. 8.5 для заданного угла а по величине / находится Аха, которая берется со знаком, соответствующим знаку угла а. Эта величина суммируется 'с величиной т выдвижной штанги измерителя. Затем по этой же номограмме находится величина Ахр. Зная величины Ахр и т+ Аха, по номограмме на рис. 8.6 находится значение X.

Для надежной регистрации прямой продольной волны определя-

Тх — времени распространения импульса от А до D по пласту; С, — скорости продольной волны в пласте угля;

С2 — скорости продольной волны в кровле или почве (наиболее скоростном слое) ;