RU2191411C2 - Method controlling stressed state of rock mass - Google Patents
Method controlling stressed state of rock mass Download PDFInfo
- Publication number
- RU2191411C2 RU2191411C2 RU2000125997A RU2000125997A RU2191411C2 RU 2191411 C2 RU2191411 C2 RU 2191411C2 RU 2000125997 A RU2000125997 A RU 2000125997A RU 2000125997 A RU2000125997 A RU 2000125997A RU 2191411 C2 RU2191411 C2 RU 2191411C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- series
- rock mass
- pulses
- massif
- amplitude
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000011435 rock Substances 0.000 title abstract description 12
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 6
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract description 5
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005311 autocorrelation function Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к геофизике и может быть использовано в горнодобывающей промышленности для исследования и обеспечения контроля зарождающихся процессов, ведущих к разупрочнению массива. The invention relates to geophysics and can be used in the mining industry to study and ensure control of nascent processes leading to softening of the massif.
Известен пассивный способ геофизического контроля горного массива, в котором оценку среднего значения и дисперсию принятых сигналов акустической эмиссии проводят в разные по времени и одинаковые по объему интервалы на различных уровнях в каждой микрозоне, а о прошедших физических изменениях в массиве судят по выполнению неравенства [1]. There is a passive method of geophysical monitoring of a mountain massif, in which the average value and variance of the received acoustic emission signals are estimated at different time and equal volume intervals at different levels in each microzone, and past physical changes in the mass are judged by the inequality [1] .
Недостатком такого способа является то, что поток сигналов акустической эмиссии от естественных источников имеет пропуски по вине технических средств, которые не могут находиться в постоянной работе, что невозможно устранить в шахтных условиях. А любой пропуск вызовет искажения данных, которые уже невозможно использовать в способе для получения достоверных результатов. The disadvantage of this method is that the flow of acoustic emission signals from natural sources has gaps due to the fault of technical means, which cannot be in constant operation, which cannot be eliminated in mine conditions. And any omission will cause data distortion, which can no longer be used in the method to obtain reliable results.
Известно устройство, реализующее способ, в котором ведется прозвучивание массива сейсмоакустическими импульсами и определение спектра импульсов, а о геомеханических изменениях в массиве судят по сравнению спектров [2]. A device is known that implements a method in which the array is sounded by seismic-acoustic pulses and the spectrum of pulses is determined, and geomechanical changes in the array are judged by comparing the spectra [2].
К недостаткам следует отнести низкую чувствительность и неспособность отслеживать слабые изменения напряженно-деформированного состояния горного массива, что весьма необходимо для ведения прогноза разрушения иерархически более крупных изменений в нем. The disadvantages include low sensitivity and inability to track weak changes in the stress-strain state of the rock mass, which is very necessary for predicting the destruction of hierarchically larger changes in it.
Более близким является способ, в котором излучают в массив УЗ шумовой стационарный сигнал, имеющий нормальное распределение со средним значением, равным нулю. Принимают прошедший шумовой сигнал и измеряют его дисперсию и период автокорреляционной функции. Считают, что положение максимума зоны опорного давления соответствует точке массива с максимальной дисперсией и минимальным периодом автокорреляционной функции принятого сигнала [3]. Closer is the method in which a stationary noise signal having a normal distribution with an average value of zero is emitted into the ultrasound array. The transmitted noise signal is received and its dispersion and the period of the autocorrelation function are measured. It is believed that the position of the maximum of the reference pressure zone corresponds to an array point with maximum dispersion and a minimum period of the autocorrelation function of the received signal [3].
К недостаткам следует отнести низкую чувствительность, т.к. этот способ интегральный и в нем оценивается дисперсия всего сигнала в целом. The disadvantages include low sensitivity, because this method is integral and it estimates the variance of the entire signal as a whole.
Заявленное решение направлено на повышение чувствительности контроля изменения напряженного состояния горного массива. The claimed solution is aimed at increasing the sensitivity of monitoring changes in the stress state of the rock mass.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, заключающемся в прозвучивании участков массива сигналами, определении дисперсии сигнала, прошедшего контролируемый участок горного массива, в качестве зондирующего сигнала используют серию, состоящую из нескольких пачек равномерных импульсов, дополнительно оценивают дисперсию составляющих спектра сигнала, прошедшего контролируемый участок горного массива, причем частота повторения серии импульсов определяется скоростью геомеханических процессов в массиве, а длительность импульсов в пачке и скважность назначают одинаковой и выбирают исходя из детальности контроля. This goal is achieved by the fact that in the known method consisting in sounding sections of the array with signals, determining the variance of the signal that has passed the controlled section of the rock mass, a series of several bursts of uniform pulses is used as the probing signal, and the variance of the components of the spectrum of the signal that passed the controlled section of the mountain massif, and the repetition rate of a series of pulses is determined by the speed of geomechanical processes in the massif, and the duration pulses per burst and porosity designate the same and are selected based on the detail of control.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. The essence of the proposed method is as follows.
При прозвучивании массива в качестве излучающего сигнала используют серию, состоящую из нескольких пачек равномерных импульсов (фиг.1). Такой сигнал, пройдя контролируемый участок горного массива, будет иметь в своем спектре особенности, т.е. характерные изменения амплитуд отдельных гармоник. Спектр одной пачки импульсов, прошедшей контролируемый участок горного массива, показан на фиг.2. Здесь Aω1...Aωn - амплитуда на соответствующих частотах ω1...ωn;ω01...ω0k - частоты, при которых функция спектральной плотности равна нулю. При прохождении всей серии через контролируемый участок получим столько спектров, сколько пачек в серии. Каждый раз сигнал, прошедший контролируемый участок, фиксирует в своем спектре различные изменения спектральных составляющих, что соответствует физическим изменениям состояния горного массива. Причем более высокие гармоники отвечают за более мелкие изменения структуры горного массива, и наоборот.When sounding the array as a radiating signal, use a series consisting of several packs of uniform pulses (figure 1). Such a signal, having passed the controlled section of the massif, will have features in its spectrum, i.e. characteristic changes in the amplitudes of individual harmonics. The spectrum of one burst of pulses that passed the controlled area of the rock mass is shown in Fig.2. Here, Aω 1 ... Aωn is the amplitude at the corresponding frequencies ω 1 ... ωn; ω 01 ... ω 0k are the frequencies at which the spectral density function is zero. When passing the entire series through the controlled area, we get as many spectra as there are packs in the series. Each time, a signal that has passed the controlled section captures various changes in the spectral components in its spectrum, which corresponds to physical changes in the state of the rock mass. Moreover, higher harmonics are responsible for smaller changes in the structure of the massif, and vice versa.
Для достижения высокой чувствительности контроля необходимо оценивать дисперсию амплитуд в спектре сигнала, прошедшего контролируемый участок горного массива, т.к. она оказывается более чувствительной к изменениям. Оценка дисперсии определяется с помощью следующего выражения:
где k - номер серии;
i - номер гармоники;
j - номер пачки в серии;
n - количество пачек в серии;
- оценка дисперсии амплитуды i-й гармоники k-й серии;
- среднее значение амплитуды i- гармоники k-й серии;
Aij k - значение амплитуды i-й гармоники j-й пачки k-й серии.To achieve high control sensitivity, it is necessary to evaluate the variance of the amplitudes in the spectrum of the signal that has passed the controlled section of the rock mass, because she is more sensitive to change. The variance estimate is determined using the following expression:
where k is the series number;
i is the harmonic number;
j is the number of packs in the series;
n is the number of packs in the series;
- estimation of the variance of the amplitude of the i-th harmonic of the k-th series;
- the average value of the amplitude of the i-harmonic of the k-th series;
A ij k is the amplitude value of the i-th harmonic of the j-th packet of the k-th series.
Так, при прохождении одной серии через контролируемый участок горного массива получим столько оценок дисперсии амплитуд, сколько гармоник было выбрано для контроля. При повторении серии, частота которой зависит от скорости геомеханических процессов, получим новые значения оценок дисперсий выбранных амплитуд, которые подлежат сравнению. So, when passing one series through a controlled section of a mountain massif, we obtain as many estimates of the variance of the amplitudes as many harmonics were chosen for control. When repeating a series, the frequency of which depends on the speed of geomechanical processes, we obtain new values of the variance estimates of the selected amplitudes, which are subject to comparison.
Длительность импульсов и скважность в пачке должны быть одинаковы. При достаточно детальном ведении контроля обращает на себя внимание тот факт, что при больших значениях скважности спектр сигнала содержит очень большое число медленно убывающих по амплитуде гармоник, что позволяет весьма тщательно исследовать тот или иной участок массива либо сооружения. The pulse duration and duty cycle in the pack should be the same. With a sufficiently detailed control, it is noteworthy that, at high duty cycle values, the signal spectrum contains a very large number of harmonics slowly decreasing in amplitude, which allows you to very carefully examine a particular section of the array or structure.
От длительности импульса τ зависит нуль функции огибающей спектра ω0i (фиг. 2). Так, при исследовании более высокочастотной части спектра, отвечающей за очень мелкие физические изменения структуры массива, ω0 следует сместить вправо по оси ω, для чего уменьшают длительность τ.
Сравнивая, таким образом, полученные оценки дисперсии сигналов предшествующих с последующими, можно по их изменению с большей чувствительностью оценить изменение физического состояния контролируемого участка горного массива.The zero of the spectrum envelope function ω 0i depends on the pulse duration τ (Fig. 2). So, when studying the higher-frequency part of the spectrum, which is responsible for very small physical changes in the structure of the array, ω 0 should be shifted to the right along the axis ω, for which the duration τ is reduced.
Comparing, thus, the obtained estimates of the dispersion of the signals of the preceding with the subsequent ones, it is possible to estimate the change in the physical state of the monitored section of the massif with greater sensitivity by changing them.
Эксперименты проводились на образцах горных пород со стороной куба 30, 50, 70 мм. На выбранных образцах фиксировались возбуждающий и приемный датчики. Излучение велось сериями, состоящими из пачек прямоугольных импульсов амплитудой около 10 В. К выходу приемного датчика был подключен анализатор спектра с памятью SWRl0ls фирмы SIEMENS. Оценки дисперсии определялись в диапазоне частот 0,2-2,0 МГц. При незначительном изменении нагрузки на образцах изменялась (увеличивалась) оценка дисперсии, причем в высокочастотной области более значимо, в то время как усредненный спектр сигнала оставался без изменения. The experiments were carried out on rock samples with a cube side of 30, 50, 70 mm. Excitation and receiving sensors were recorded on the selected samples. The radiation was carried out in series consisting of packs of rectangular pulses with an amplitude of about 10 V. A spectrum analyzer with memory SWRl0ls from SIEMENS was connected to the output of the receiving sensor. Estimates of the variance were determined in the frequency range 0.2-2.0 MHz. With a slight change in the load on the samples, the dispersion estimate changed (increased), moreover, in the high-frequency region, more significantly, while the averaged signal spectrum remained unchanged.
Литература
1. Патент РФ 2090905 от 20.09.97г., G 01 V 1/00 БИ 26.Literature
1. RF patent 2090905 from 09/20/97, G 01 V 1/00 BI 26.
2. Авт. св-во СССР 1645511, 1991г., E 21 C 39/00, БИ 16. 2. Auth. St. Petersburg 1645511, 1991, E 21 C 39/00, BI 16.
3. Авт. св-во СССР 1452984, 1989г., E 21 C 39/00, БИ 3. 3. Auth. USSR Academy of Sciences 1452984, 1989, E 21 C 39/00, BI 3.
Claims (3)
где k - номер серии;
i - номер гармоники;
j - номер пачки в серии;
n - количество пачек в серии;
- оценка дисперсии амплитуды i-й гармоники k-й серии;
- среднее значение амплитуды i-й гармоники k-й серии;
Aij k - значение амплитуды i-й гармоники j-й пачки k-й серии;
и по их изменению в последующих сериях судят об изменении напряженного состояния горного массива в целом.1. A method of controlling changes in the stress state of a mountain massif, including sounding of sections of the massif with signals, determining the variance of the signal that has passed through a portion of the massif, characterized in that a series of several bursts of uniform pulses is used as the probing signal, and the variance of the components of the spectrum of the signal that passed the controlled portion is additionally array according to the formula
where k is the series number;
i is the harmonic number;
j is the number of packs in the series;
n is the number of packs in the series;
- estimation of the variance of the amplitude of the i-th harmonic of the k-th series;
- the average value of the amplitude of the i-th harmonic of the k-th series;
A ij k is the value of the amplitude of the i-th harmonic of the j-th packet of the k-th series;
and by their change in subsequent series they judge the change in the stress state of the massif as a whole.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000125997A RU2191411C2 (en) | 2000-10-16 | 2000-10-16 | Method controlling stressed state of rock mass |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000125997A RU2191411C2 (en) | 2000-10-16 | 2000-10-16 | Method controlling stressed state of rock mass |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000125997A RU2000125997A (en) | 2002-10-10 |
| RU2191411C2 true RU2191411C2 (en) | 2002-10-20 |
Family
ID=20241049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000125997A RU2191411C2 (en) | 2000-10-16 | 2000-10-16 | Method controlling stressed state of rock mass |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2191411C2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2261327C1 (en) * | 2004-07-22 | 2005-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (технический университет) | Method for loaded rock weakening determination |
| RU2480792C2 (en) * | 2010-07-08 | 2013-04-27 | Вычислительный центр Дальневосточного отделения Российской академии наук | Method of monitoring change in fracturing in rock mass |
| RU2498353C1 (en) * | 2012-06-07 | 2013-11-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки вычислительный центр Дальневосточного отделения Российской академии наук | Method of monitoring change in discontinuity in rock mass |
| RU2520959C1 (en) * | 2013-02-12 | 2014-06-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки вычислительный центр Дальневосточного отделения Российской академии наук | Control over rock massif strain-stress behaviour variation |
| RU2570824C1 (en) * | 2014-07-22 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки вычислительный центр Дальневосточного отделения Российской академии наук | Method of monitoring of change of physical-mechanical state of rock mass |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1589231A1 (en) * | 1988-04-29 | 1990-08-30 | Нижне-Волжский научно-исследовательский институт геологии и геофизики | Method of vibroseismic prospecting |
| SU1645511A1 (en) * | 1988-05-24 | 1991-04-30 | Предприятие П/Я Р-6542 | Device for monitoring variations of stressed state of rock mass |
| RU2042813C1 (en) * | 1992-06-26 | 1995-08-27 | Норильский индустриальный институт | Method for determination of stressed state of rock mass district |
| RU2090905C1 (en) * | 1995-07-11 | 1997-09-20 | Вычислительный центр Дальневосточного отделения РАН | Method of geophysical control of rock mass |
| US6098021A (en) * | 1999-01-15 | 2000-08-01 | Baker Hughes Incorporated | Estimating formation stress using borehole monopole and cross-dipole acoustic measurements: theory and method |
-
2000
- 2000-10-16 RU RU2000125997A patent/RU2191411C2/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1589231A1 (en) * | 1988-04-29 | 1990-08-30 | Нижне-Волжский научно-исследовательский институт геологии и геофизики | Method of vibroseismic prospecting |
| SU1645511A1 (en) * | 1988-05-24 | 1991-04-30 | Предприятие П/Я Р-6542 | Device for monitoring variations of stressed state of rock mass |
| RU2042813C1 (en) * | 1992-06-26 | 1995-08-27 | Норильский индустриальный институт | Method for determination of stressed state of rock mass district |
| RU2090905C1 (en) * | 1995-07-11 | 1997-09-20 | Вычислительный центр Дальневосточного отделения РАН | Method of geophysical control of rock mass |
| US6098021A (en) * | 1999-01-15 | 2000-08-01 | Baker Hughes Incorporated | Estimating formation stress using borehole monopole and cross-dipole acoustic measurements: theory and method |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2261327C1 (en) * | 2004-07-22 | 2005-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (технический университет) | Method for loaded rock weakening determination |
| RU2480792C2 (en) * | 2010-07-08 | 2013-04-27 | Вычислительный центр Дальневосточного отделения Российской академии наук | Method of monitoring change in fracturing in rock mass |
| RU2498353C1 (en) * | 2012-06-07 | 2013-11-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки вычислительный центр Дальневосточного отделения Российской академии наук | Method of monitoring change in discontinuity in rock mass |
| RU2520959C1 (en) * | 2013-02-12 | 2014-06-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки вычислительный центр Дальневосточного отделения Российской академии наук | Control over rock massif strain-stress behaviour variation |
| RU2570824C1 (en) * | 2014-07-22 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки вычислительный центр Дальневосточного отделения Российской академии наук | Method of monitoring of change of physical-mechanical state of rock mass |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4283953A (en) | Method and apparatus for determining a granularity property of a subsurface formation around a borehole | |
| US8270248B2 (en) | Method for initializing receiver channels in a cement bond logging tool | |
| WO2010144857A3 (en) | Method of detecting system function by measuring frequency response | |
| RU2191411C2 (en) | Method controlling stressed state of rock mass | |
| WO2006016520A1 (en) | Nondestructive method and system of inspecting inside of tree by employing acoustic tomography | |
| RU2192657C1 (en) | Procedure testing change of stressed-deformed state of rock mass | |
| RU2631906C1 (en) | Device for determining location of signal source | |
| WO1986004154A1 (en) | Method of geophysical surveying polymictic ore bodies | |
| SU1606910A1 (en) | Method of determining condition of machine units | |
| SU1146448A1 (en) | Method of assessing the strained state of rock body | |
| RU2004109408A (en) | METHOD FOR VIBROMETRIC DETECTION OF THE BREAKER AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
| NL7907836A (en) | METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING A GRANULARITY PROPERTY OF AN UNDERGROUND FORMATION AROUND A DRILL HOLE. | |
| RU2308053C1 (en) | Method for calibration of hydro-acoustic devices with parametric receiving antennas | |
| RU2520959C1 (en) | Control over rock massif strain-stress behaviour variation | |
| RU2024853C1 (en) | Method of detection of explosives | |
| RU2480792C2 (en) | Method of monitoring change in fracturing in rock mass | |
| RU2117271C1 (en) | Device for leakage detection | |
| SU1742475A1 (en) | Device for rock mass shock hazard control using acoustic signals | |
| RU2498353C1 (en) | Method of monitoring change in discontinuity in rock mass | |
| RU2472145C1 (en) | Device for acoustic-emission control over composite materials | |
| JP2818025B2 (en) | Ultrasonic ranging device | |
| SU1146449A1 (en) | Method of monitoring the strained state of rock body | |
| RU2000125997A (en) | METHOD FOR MONITORING CHANGE OF STRESS STATE OF MOUNTAIN ARRAY | |
| SU1086162A1 (en) | Method of determining irregularity zones in rock bodies | |
| SU1377389A1 (en) | Method of evaluating strained state of rock body |