[go: up one dir, main page]

RU2191411C2 - Method controlling stressed state of rock mass - Google Patents

Method controlling stressed state of rock mass Download PDF

Info

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
Application number
RU2000125997A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2000125997A (en
Inventor
И.А. Кривошеев
Г.А. Иванов
Original Assignee
Вычислительный центр Дальневосточного отделения РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Вычислительный центр Дальневосточного отделения РАН filed Critical Вычислительный центр Дальневосточного отделения РАН
Priority to RU2000125997A priority Critical patent/RU2191411C2/en
Publication of RU2000125997A publication Critical patent/RU2000125997A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2191411C2 publication Critical patent/RU2191411C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: given method deals with control over stressed state of rock mass at early stage of formation of discontinuities leading to dynamic manifestations. Train of uniform pulses is used as sounding signal. Dispersion of components of spectrum of pulses passed through controlled section of rock mass is evaluated in addition. Its change in subsequent series is employed to make judgment on changes which occurred in rock mass. EFFECT: enhanced sensitivity of control over stressed-deformed state of rock mass. 2 cl, 2 dwg

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:

Figure 00000002

где k - номер серии;
i - номер гармоники;
j - номер пачки в серии;
n - количество пачек в серии;
Figure 00000003
- оценка дисперсии амплитуды i-й гармоники k-й серии;
Figure 00000004
- среднее значение амплитуды i- гармоники k-й серии;
Aijk - 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:
Figure 00000002

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;
Figure 00000003
- estimation of the variance of the amplitude of the i-th harmonic of the k-th series;
Figure 00000004
- 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)

1. Способ контроля изменения напряженного состояния горного массива, включающий прозвучивание участков массива сигналами, определение дисперсии сигнала, прошедшего участок массива, отличающийся тем, что в качестве зондирующего сигнала используют серию из нескольких пачек равномерных импульсов, дополнительно оценивают дисперсию составляющих спектра сигнала, прошедшего контролируемый участок массива, по формуле
Figure 00000005

где k - номер серии;
i - номер гармоники;
j - номер пачки в серии;
n - количество пачек в серии;
Figure 00000006
- оценка дисперсии амплитуды i-й гармоники k-й серии;
Figure 00000007
- среднее значение амплитуды i-й гармоники k-й серии;
Aijk - 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
Figure 00000005

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;
Figure 00000006
- estimation of the variance of the amplitude of the i-th harmonic of the k-th series;
Figure 00000007
- 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.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что частота повторения серии импульсов определяется скоростью геомеханических процессов в массиве. 2. The method according to claim 1, characterized in that the repetition rate of a series of pulses is determined by the speed of geomechanical processes in the array. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что длительность, амплитуда, скважность импульсов в пачке должны быть одинаковыми и выбираются исходя из детальности контроля. 3. The method according to claim 1, characterized in that the duration, amplitude, duty cycle of the pulses in the packet should be the same and are selected based on the control detail.
RU2000125997A 2000-10-16 2000-10-16 Method controlling stressed state of rock mass RU2191411C2 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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