Материал: Свойства горных пород при разных видах и режимах нагружения

счета импульсов при прохождении сигнала от запускающего сейсмо­ приемника к сейсмоприемнику, останавливающему счет импульсов.

В комплект аппаратуры входит ударное устройство, сейсмопри­ емники, мерительное устройство, электронный счетчик измерения времени прохождения и затухания волн.

Техническая характеристика аппаратуры (электронного счетчика времени АИВ)

При разработке шахтной акустической аппаратуры одним из глав­ ных вопросов является создание скважинных (шпуровых) сейсмо­ приемников, которые должны обеспечивать надежный акустический контакт, иметь хорошую характеристику направленности и достаточ­ ную чувствительность.

Чувствительность пьезоэлемента, на основе которого выполнен сейсмоприемник, зависит от материала, из которого он сделан, кон­ тактных условий с изучаемой средой, условий деформирования и собственной емкости пьезоэлемента.

В качестве пьезоэлемента наиболее широко используется сегнетовая соль и цирконат-титанит свинца, обладающие наиболее высо­ ким пьеэомодулем.

Напряжение, снимаемое с обкладки пьезоэлемента пропорцио­ нально действующей на него силе (перемещению инерционного эле­ мента ударника).

Известно, что чувствительность датчика может быть увеличена за счет снижения собственной емкости путем соединения отдельных элементов в пакеты.

Демпфирование уменьшает чувствительность сейсмоприемника, но оно необходимо, чтобы уменьшить величину собственных колеба­ ний системы и увеличить рабочий диапазон частот. Большое влияние на чувствительность сейсмоприемника оказывают условия контакта датчика с породой. Для улучшения контакта используют различные смазки и прокладки в виде резины, но все это создает неудобства в работе и не всегда обеспечивает надежный контакт.

Лучший контакт получается при использовании специальных гидравлических или пневматических прижимных устройств. Усилие прижатия датчика к стенке скважин оказывает существенное влия­ ние на амплитуду принимаемого сигнала.

1 Z J

Рис. 8.9. Схема сейсмоприемника с пьезоэлементом поршнеш>ги типа:

1 — пьезоэлемент; 2 — резиновый баллон; 3 —штуцер с отверстием для подвода

воздуха от насоса

Рис. 8 .1 0 . Схема сейсмоприемника с биморфным элементом

Собственная частота колебаний влияет на режим работы сейсмо­ приемника и поэтому выбирается так, чтобы ее значение не входило

врабочий диапазон частот.

ВИГД им. А.А. Скочинского разработан сейсмоприемник с пнев­ матическим прижатием к стенке скважины, который действует по принципу акселерометра, собственная частота которого выше часто­ ты принимаемого сигнала (рис. 8.9).

Исключительно важным вопросом является направленность рабо­ ты сейсмоприемника, т.е. способность регистрировать сигналы в выбранном направлении. Это необходимо для того, чтобы можно было лучше выделить из приходящего сигнала тот или иной тип волны.

Существующие типы сейсмоприемников, как правило, обладают слабой чувствительностью, так как в них используются пластины пьезоэлементов прямого среза, работающие в режиме сжатия или рас­ тяжения и позволяющие выделить первую приходящую (продоль­ ную) волну.

Известно несколько типов сейсмоприемников направленного дей­ ствия. В сдвиговых приемниках поперечная волна вызывает поляри­ зацию специальной вырезанной пьезопластины за счет сдвиговых усилий; в биморфных (две склеенные пластины пьезоэлементов), один из концов жестко закреплен, а к другому прикладываются внешние нагрузки от проходящего сигнала. Оба типа сейсмоприем-

ников используются только в лабораторных условиях, так как тре­ буют обеспечения хороших и надежных контактных условий.

Всейсморазведке известны сейсмоприемники направленного дей­ ствия, основанные на индукционно-инерционном эффекте.* Они обла­ дают большой инерцией и применимы в основном тогда, когда произ­ водится запись нескольких сейсмограмм на пленку.

Внастоящее время в технике находят широкое применение инер­ ционные пьезоэлектрические приемники, принцип действия которых основан на инерционном действии массы, изгибающей пластину с наклеенным на нее пьезоэлементом, в котором при этом возбужда­ ется электрический заряд. Такие датчики нашли применение в маши­ ностроении при изучении вибраций.

ВИГД им. А.А. Скочинского изотовлен биморфно инерционный сейсмоприемник (рис. 8.10), имеющий достаточно высокую чувстви­ тельность и обеспечивающий надежный пневматический контакт дат­ чика со стенкой скважины. В его основу положен принцип изгиба мембраны 1 под действием инерционных масс, на которую наклеен биморфный элемент 2.

Действие такого сейсмоприемника (рис. 8.11) состоит в том, что под влиянием приходящих колебаний центральный стержень 1 пере­ мещается, инерционные массы 3 изгибают при этом пластину 2 с пьезоэлементом, на котором возникает электрическое напряжение.

Биморфно инерционный датчик, выполненный в виде консольной балки, оказался недостаточно прочным.

Для прозвучивания массива могут быть использованы три основ­ ные схемы.

Схема № 1 (рис. 8.12). Сейсмоприемник размещается в скважине

на определенном расстоянии от устья скважины, а возбудитель сигна­ ла находится на поверхности забоя. Расстояние сейсмоприемника от устья скважины увеличивается примерно через каждые 0,5 м и корректируется в зависимости от местных условий и состояния мас­ сива. Расстояние между точкой возбуждения сигнала и устьем сква­ жины (вдоль линии забоя) выбирается соответственно мощности пласта М и составляет (0,5 + 1,5) М. Для обеспечения стабильности импульса возбуждения сигнала производится удар через штангу в дно шпура глубиной 0,5 м. Возможен вариант, при котором сейс­ моприемник устанавливается в скважине постоянно на некотором расстоянии от устья шпура, а точка возбуждения меняется. Расстоя­ ние от точки возбуждения до устья шпура изменяется от 0,5 м до максимального, при этом шаг изменения расстояния составляет 0,5 м. Запускающий датчик располагается в штанге, через которую возбуждается импульс.

Схема № 2 (рис. 8.13). Прозвучивание производится через две скважины, пробуренные в пласте угля. В одной из скважин размеща­ ется стопорящий сейсмоприемник, а во второй размещается источник возбуждения сигнала и запускающий датчик. В нашем случае это специальная штанга, в которой встроен пьезокерамический элемент. При прозвучивании массива одна из скважин пробуривается сразу

Рис. 8.11. Схема биморфно-инерцион- ного датчика

Рис. 8.12. Схема (а) и результаты прозвучивания массива (б) через одну скважину :

Спр — скорость продольной волны; / — расстояние между точками воз­ буждения и приема

„Запуск

У/ЖЖ

Измерительная

станция

^777777777777777777777777777,

Рис. 8.13. Схема (а) и результаты прозвучивания через две скважины (б) :

Спр — скорость продольной волны 1 — по вертикали; 2 — по горизонтали (по простиранию); / —расстояние между скважинами; h — глубина шпуров

на всю глубину, а вторая сначала на 0,5 м, а затем углубляется ступе­ нями через каждые 0,5 м по мере перемещения стопорящего сейсмо­ приемника в первой скважине. Прозвучивание массива между сква­ жинами производится ступенями через каждые 0,5 м.

Возможен вариант, в котором источник возбуждения находится не в скважине, а на открытой поверхности, расположенной в приле­ гающей горной выработке (в печи или просеке). При этом варианте прозвучивания запускающий датчик расположен в ближней от точки возбуждения скважине.