Особенности методики акустических зондирований глубинного строения массива горных пород

Розглянуто особливості методики віброакустичного зондування глибинної побудови масиву гірських порід, зокрема контролю заколів, відшарувань, тріщинуватості, плоскопаралельних структур, а також кріплення гірничих виробок, тунельного оздоблення та ін....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2004
Hauptverfasser:	Яланский, А.А., Яланский, Алекс.А., Арестов, В.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2004
Schriftenreihe:	Геотехнічна механіка
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87332
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Особенности методики акустических зондирований глубинного строения массива горных пород / А.А. Яланский, Алекс.А. Яланский, В.В. Арестов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2004. — Вип. 51. — С. 285-296. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-87332
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-873322015-10-18T03:02:16Z Особенности методики акустических зондирований глубинного строения массива горных пород Яланский, А.А. Яланский, Алекс.А. Арестов, В.В. Розглянуто особливості методики віброакустичного зондування глибинної побудови масиву гірських порід, зокрема контролю заколів, відшарувань, тріщинуватості, плоскопаралельних структур, а також кріплення гірничих виробок, тунельного оздоблення та ін. The features of a technique of sounding (vibroacoustic control) of a plutonic constitution of a rock mass are reviewed. The attention is given to the control of block and flat-parallel structures of rock mass, mine working support, tunnels lining, etc. 2004 Article Особенности методики акустических зондирований глубинного строения массива горных пород / А.А. Яланский, Алекс.А. Яланский, В.В. Арестов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2004. — Вип. 51. — С. 285-296. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87332 550.3:622.831:622.3.016 ru Геотехнічна механіка Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Розглянуто особливості методики віброакустичного зондування глибинної побудови масиву гірських порід, зокрема контролю заколів, відшарувань, тріщинуватості, плоскопаралельних структур, а також кріплення гірничих виробок, тунельного оздоблення та ін.
format	Article
author	Яланский, А.А. Яланский, Алекс.А. Арестов, В.В.
spellingShingle	Яланский, А.А. Яланский, Алекс.А. Арестов, В.В. Особенности методики акустических зондирований глубинного строения массива горных пород Геотехнічна механіка
author_facet	Яланский, А.А. Яланский, Алекс.А. Арестов, В.В.
author_sort	Яланский, А.А.
title	Особенности методики акустических зондирований глубинного строения массива горных пород
title_short	Особенности методики акустических зондирований глубинного строения массива горных пород
title_full	Особенности методики акустических зондирований глубинного строения массива горных пород
title_fullStr	Особенности методики акустических зондирований глубинного строения массива горных пород
title_full_unstemmed	Особенности методики акустических зондирований глубинного строения массива горных пород
title_sort	особенности методики акустических зондирований глубинного строения массива горных пород
publisher	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
publishDate	2004
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87332
citation_txt	Особенности методики акустических зондирований глубинного строения массива горных пород / А.А. Яланский, Алекс.А. Яланский, В.В. Арестов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2004. — Вип. 51. — С. 285-296. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Геотехнічна механіка
work_keys_str_mv	AT âlanskijaa osobennostimetodikiakustičeskihzondirovanijglubinnogostroeniâmassivagornyhporod AT âlanskijaleksa osobennostimetodikiakustičeskihzondirovanijglubinnogostroeniâmassivagornyhporod AT arestovvv osobennostimetodikiakustičeskihzondirovanijglubinnogostroeniâmassivagornyhporod
first_indexed	2025-07-06T14:55:20Z
last_indexed	2025-07-06T14:55:20Z
_version_	1836909824709754880
fulltext	285 ∫ ∫ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ −− − + = k n н n r r kk P drdt 2 0 0 12)1(2 αα ρ . (31) Этот интеграл довольно просто можно решить численными методами. Таким образом, полученные соотношения позволяют в первом приближении оценить практически все величины, характеризующие процесс распростране- ния цилиндрической ударной волны в грунте. УДК 550.3:622.831:622.3.016 А.А. Яланский, Алекс.А. Яланский, В.В. Арестов ОСОБЕННОСТИМЕТОДИКИ АКУСТИЧЕСКИХ ЗОНДИРОВАНИЙ ГЛУБИННОГО СТРОЕНИЯМАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД Розглянуто особливості методики віброакустичного зондування глибинної побудови ма- сиву гірських порід, зокрема контролю заколів, відшарувань, тріщинуватості, плоско- паралельних структур, а також кріплення гірничих виробок, тунельного оздоблення та ін. FEATURES OF A TECHNIQUE OF SOUNDING (VIBROACOUSTIC CONTROL) OF A PLUTONIC CONSTITUTION OF A ROCK MASS The features of a technique of sounding (vibroacoustic control) of a plutonic constitution of a rock mass are reviewed. The attention is given to the control of block and flat-parallel structures of rock mass, mine working support, tunnels lining, etc. Горная порода – неоднородная по структуре, текстуре и свойствам среда. Неоднородности изменяются в широких пределах, например, раскрытия тре- щин – от 10-9 до 10-1 м при длине от 10-3м до сотен метров, размеры включений и природных пустот в массиве – от 10-4м до нескольких метров в сечении, зоны концентрации напряжений – от 10-3 м (вокруг скважин) до многих сотен метров (тектонические напряжения). Часто геологические процессы приводят к воз- никновению упорядоченной неоднородности массива: слоистости, блочности и периодичности элементов неоднородности, что обусловливает анизотропию среды. Для измерений неоднородность является относительным понятием. Ко- гда область контроля значительно превышает размеры элементов неоднородно- сти, то среду можно считать квазиоднородной, а неоднородности проявляют свои свойства только интегрально. Наоборот, если естественная неоднород- ность не укладывается в изучаемую область пространства, то она возможно и не будет обнаружена. Следовательно, неоднородности в массиве обладают масштабным эффектом. Степень неоднородности при измерениях условно раз- деляют на четыре группы: 1) неоднородности крупного масштаба, включающие фациальную изменчивость, тектонические разрывы, зоны выветривания и раз- грузки, горно-технологические объекты; 2) неоднородности структуры и соста- 286 ва пород в пределах отдельной пачки, слоя, включая макротрещиноватость, на- личие мелких тектонических дислокаций; 3) неоднородность состава пород в пределах элементарного объема (образец), различие в химическом и минераль- ном составе, форме и размерах зерен, микротрещины; 4) неоднородности ре- альных кристаллов, дефектность кристаллической решетки, дислокации [1]. Основными информативными параметрами при сейсмической, виброаку- стической, сейсмоакустической, пьезоэлектрической или ультразвуковой диаг- ностике являются: скорости упругих волн; амплитуды колебаний без определе- ния частоты (пиковая амплитуда); доминирующая частота; максимальная ам- плитуда колебаний на заданной частоте; длительности колебательного процесса и процесса соударения ударника и среды; спектральный состав колебаний, ре- ально определяемый дискретным набором амплитуд на фиксированных сред- них или заранее выбранных частотах. В случае параллельного измерения силы удара информативными параметрами могут быть различные соотношения ам- плитуд и длительностей колебательных процессов. Волна – это распространение колебаний в пространстве, происходящее с конечной скоростью. Она является наиболее быстрым механизмом переноса энергии без переноса вещества, позволяющим осуществить в системе переход от неравновесного состояния к равновесному. Критерием перехода процесса от колебательного движения к волновому служат условия квазистационарности: vTL < - колебательное движение; vTL > - волновое, (1) где L – характерные линейные размеры системы; v - скорость распростране- ния возмущения; T – время его заметного изменения (время удара). Колеба- тельный процесс происходит в системе с сосредоточенными параметрами ( vTL < ), а волновой – с распределенными [2]. На основе измерений скоростей упругих волн в породных массивах и мате- риалах крепей, времени соударения и реальных размеров деревянных, бетон- ных и металлических конструкций и крепей цельный массив горных пород можно отнести к системе с распределенными параметрами, разрушенный мас- сив и крепи - к системам с сосредоточенными параметрами. В безграничной линейной среде продольные и поперечные волны распро- страняются независимо друг от друга. Если модуль сдвига 0=G , то среда ве- дет себя как жидкость или газ, при этом поперечные волны в ней не распро- страняются. При наличии границы продольные и поперечные волны становятся связанными уже в линейном приближении, так, при падении из твердого тела на его границу волны одного типа происходит трансформация части ее энергии в волну другого типа. Кроме того, возникает комбинация плоских неоднород- ных волн (продольных и сдвиговых), бегущих вдоль границы – волн Релея. По- казатели затухания таких волн частотно-зависимы; толщина приповерхностно- го слоя, в котором сосредоточена энергия, тем меньше, чем короче длина вол- ны. При проведении горных выработок буровзрывным способом приконтурный 287 массив выработок насыщен неглубокими трещинами, поэтому высокочастот- ные составляющие поверхностных волн быстро затухают. Для реальных твер- дых тел величина скорости волн Релея близка к скорости сдвиговых волн ( srs vvv 96,087,0 << ) [2]. Коэффициент отражения V представляет собой отношение амплитуды от- раженной от границы волны к амплитуде падающей волны; коэффициент пре- ломления (прохождения) W – отношение амплитуды преломленной волны к амплитуде падающей. Процесс отражения–преломления на каждой границе слоя может повторяться, поэтому необходимо учитывать большое число пре- ломленных и отраженных волн. Если отношение толщины слоя h к длине волны, распространяющейся внутри его, меньше двух ( 2<λ h ), то слой счита- ется тонким, в другом случае – толстым. Наиболее важной особенностью слои- стых сред является сложность волновой картины, поскольку на каждой границе между соседними слоями образуются четыре новые волны – две отраженные (продольная и поперечная) и две преломленные, каждая из которых, попадая на другую границу, станет причиной аналогичного процесса [3]. Даже в случае образования внутри слоя обменных волн количество отдельных волн в волно- вом пакете будет конечной величиной, так как в последующих отражениях и преломлениях амплитуда их значительно уменьшается даже без учета затуха- ния в слоях. Если скорости волн в слоях различны, то возникает целая система неоднородных волн. Передний фронт акустического сигнала всегда распространяется со скоро- стью продольных волн в массиве, то есть с максимальной скоростью. Диспер- гирующие свойства горных пород в зависимости от длины волны объясняются слоистостью и трещиноватостью среды, кристаллическим строением и темпе- ратурным движением частиц, изменчивостью физических свойств и веществен- ного состава, наличием включений и пустот, структурных блоков и плоскопа- раллельных структур. Это значит, что в спектральном разложении сигнала ко- нечной длительности всегда присутствуют сколь угодно высокие частоты, для которых pфгр vvv ≈≈ , где грv и фv - групповая и фазовая скорости. Однако доля энергии этих частот в спектре квазимонохроматического сигнала относи- тельно мала. Поэтому передняя часть сигнала, так называемый первый пред- вестник, имеет малую амплитуду и высокую частоту. Скорость, с которой при- бывает основная часть установившегося сигнала, всегда меньше pv . Учитывая его энергетическую значимость, в последние годы резко увеличился объем ра- бот на преломленных и отраженных поперечных волнах [4]. Акустическое поле однородной нормальной волны в слое имеет вид ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎪ ⎭ ⎪ ⎬ ⎫ ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛−−= y a n a n v xtiAu nn πλω sin 2 1exp 2 1 2 , (2) 288 где u - смещение, функция координат и времени; A - амплитуда, в общем виде комплексная величина; ω - циклическая частота; t - время; yx, - координаты; v - скорость упругих волн, n - номер моды, λ - длина волны, a - ширина вол- новода [2]. Семейство уравнений, отличающихся номером n , описывает возмущения, не изменяющие своего вида при распространении в слое, что выполняется при условии naкр 2=< λλ , (3) где крλ – критическая длина волны для моды с номером n , ей соответствует критическая частота a vnfкр 2 = . На длинах волн a2<λ или частотах avf 2> в слое можно возбудить любую из мод. Наибольшей длиной волны обладает мода с 1=n . Когда 1sin =θ , а 2πθ = , слой превращается в резонатор, и ме- жду стенками образуется стоячая волна, амплитуда которой постоянная вдоль слоя. Выполнены расчеты графиков зависимости критической частоты первой моды от скорости продольной волны и толщины слоя в диапазонах изменения аргументов, характерных для диагностируемых объектов тоннелей, шахт и под- земных сооружений, которые приведены на рис. 1. Если не выполняется усло- вие (3), то (2) примет вид ( ) ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎪ ⎪ ⎭ ⎪⎪ ⎬ ⎫ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪⎪ ⎨ ⎧ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ −⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛−= y a nti a nx v Au nn πωλω sinexp1 2 exp 2 1 2 , (4) т.е. с увеличением расстояния x вдоль оси слоя волна будет экспоненци- ально затухать [2]. В этой связи можно сделать важное заключение для методики контроля плоскопараллельных структур при одностороннем доступе к массиву, а именно, при увеличении расстояния от источника возбуждения массива, в конечном счете, будут фиксироваться только стоячие волны, резонаторами для которых является обнаженная поверхность выработки и поверхности изменения литоло- гии пород или отслоений. Таким образом, в приповерхностном слое образуются классические акустические волноводы – участки среды, ограниченные в одном или двух направлениях пустотами, трещинами или другими средами, в резуль- тате чего устраняется или уменьшается расхождение волн в стороны, поэтому распространение их вдоль слоев происходит с меньшим ослаблением, чем в не- ограниченной однородной или неоднородной среде. Единственный вид волны, распространяющийся в таких акустических волноводах без изменения своей 289 Р ис . 1 – С хе м ы ви бр оа ку ст ич ес ко го ко нт ро ля ус то йч ив ос ти по дз ем ны х вы ра бо то к и ко нс тр ук ци й (У д – то чк а пр ил ож ен ия уд ар а пр и пр ос ту ки ва ни и, П р – то чк а съ ем а си гн ал а пр ие м ни ко м ): ве кт ор но е (а ), кв ад ру по ль но е (б )и кр уг ов ое (в )п ро ф ил ир ов ан ие ;л ин ей но е (г )и кр уг ов ое (д )з он ди ро ва ни е 290 структуры, - нормальные волны (моды). Гармоническая бегущая волна (2) – од- нородная нормальная волна, экспоненциально затухающая (4) – неоднородная нормальная волна. Закрытие трещин, отслоений в массиве или между крепью и массивом под воздействием нагрузки однозначно переводит однородную нор- мальную волну в неоднородную, экспоненциально затухающую. Длина волны, фазовая и групповая скорости в акустическом волноводе оп- ределяются фазовым членом в решении (2) и соответственно равны [2]: 2 2 1 крλ λ λ − =Λ ; vvv кр ф > − = 2 2 1 λ λ ; vvv кр гр <−= 2 2 1 λ λ . (5) Акустические параметры горных пород зависят от физико-механических свойств, слагающих минералов, пористости, а также структуры, состояния, температуры и других внутренних и внешних факторов. Коэффициент затуха- ния увеличивается с ростом частоты из-за рассеивания на кристаллах, однако четкой функциональной зависимости не установлено. В основном зависимость линейная, для гранитов в интервале частот 10-1000 Кгц - квадратичная. В оса- дочных породах коэффициент затухания равен 1,3-2 1−м для поперечных волн, он в 1,1-2 раза больше коэффициента затухания продольных волн, но у высоко- пластичных влажных глин и водонасыщенных песков это различие может дос- тигать 5 и более раз, поскольку в жидкости сдвиговые волны не распространя- ются. Затухание упругих волн ограничивает базу контроля, однако способству- ет выделению в акустическом сигнале в совокупности различных типов волн только тех из них, которые резонируют с блоковыми и плоскопараллельными структурами массива или крепи. В акустическом волноводе можно возбудить множество резонирующих мод, с длинами волн a vn кр 2 == λλ , отличающихся номером n . С увеличением n амплитуда моды, как правило, уменьшается, по- этому существенное влияние на волновую картину в слое оказывают в основ- ном первая и вторая моды. Это подтверждается и экспериментальными данны- ми. В случае сопоставимости амплитуд первой и второй моды нормальных по- перечных волн возможна ошибочная интерпретация анализа спектрограмм аку- стических импульсов, так как по спектрограмме невозможно определить, каким модам соответствуют пики спектральной плотности. Для исключения неодно- значности следует учитывать, что: а) для того, чтобы плоскопараллельный слой пород выступал как акустический волновод, база прозвучивания должна быть не меньше толщины слоя; б) с увеличением базы прозвучивания отношения 291 амплитуд высших мод к амплитуде первой моды уменьшаются; в) с понижени- ем верхней границы частотного диапазона измерения расширяется диапазон возможных баз прозвучивания, в пределах которого регистрируется только первая мода нормальных резонансных колебаний, а его границы смещаются в сторону увеличения абсолютного значения. Например, при прозвучивании бе- тонных конструкций с применением пропускающего фильтра низких частот с частотой среза 4 кГц первая мода нормальных резонансных колебаний регист- рируется для плит толщиной не менее 0,5 м, вторая мода – для плит толщиной не менее 1 м (рис. 2, а, цифрами обозначены номера мод). Таким образом, пик спектральной плотности нормальных волн на частоте до 4 кГц при базе прозву- чивания до 1 м однозначно соответствует первой моде. В тонкостенных металлических конструкциях, в длинных стержнях или пластинах (арочные крепи, тюбинги, затяжки и т.д.) под воздействием удара возникают деформации изгиба, а, следовательно, изгибные колебания и волны. Длина изгибной волны всегда много больше толщины стержня или пластинки. При распространении изгибных волн каждый элемент стержня или плоскости пластинки смещается перпендикулярно оси стержня или плоскости пластинки. Фазовые скорости изгибных волн много меньше фазовых скоростей продоль- ных волн, фазовая скорость монохроматической изгибной волны пропорцио- нальна квадратному корню ее частоты, а, следовательно, обратно пропорцио- нальна толщине изгибающегося слоя. По частоте изгибные колебания попадают в низкочастотную область. По взаимному расположению излучателя и приемника акустических колеба- ний схемы глубинного контроля аналогично электрометрии [1] подразделяются на: векторные, квадрупольные, кругового профилирования, линейного и кругово- го зондирования, смешанные или их частные случаи и модификации, рис. 1. По аналогии с методами электрометрического контроля предложены и ап- робированы следующие методы виброакустического контроля: продольного и взаимноперпендикулярного профилирования на одной или различных равнове- ликих базах; вертикального акустического зондирования с тремя возможными вариантами (смещение ударника, смещение приемника, смещение ударника и приемника одновременно и симметрично); кругового зондирования. Продоль- ное акустическое профилирование также выполняется в трех вариантах, а именно: направления базы и профилирования совпадают; направления базы и профилирования взаимоперпендикулярны; направления базы и профилирова- ния расположены под произвольным углом, например, профиль направлен вдоль выработки, а прозвучивание производится вдоль или перпендикулярно слоистости пород, не совпадающей с направлением выработки. Продольное акустическое профилирование может выполняться вдоль криволинейного про- филя, например, вдоль арочной крепи, вдоль растрела или армировки в шахт- ном стволе. Детальность контроля (шаг, база) определяются горной задачей и конкретными горно-геологическими условиями, их изменчивостью. Методиче- ские параметры диагностики отрабатываются в ходе экспериментальных иссле- дований и ограничиваются необходимой достаточностью. Устойчивость крепи 292 Р ис . 2 – З он ы ак ус ти че ск ой сл ы ш им ос ти но рм ал ьн ы х ре зо на нс ны х м од с ис по ль зо ва ни ем ок та вн ы х пр оп ус ка ю щ их ф ил ьт ро в ни зк их ча ст от дл я пл ос ко па ра лл ел ьн ы х ст ру кт ур ра зл ич ны х м ат ер иа ло в (ч ас то ты ср ез а ф ил ьт ро в об оз на че ны го ри зо нт ал ьн ы м и сп ло ш ны м и ли ни ям и) :а )б ет он ;б )а рг ил ли т; в) ги пс ;г )ж ел ез о 293 горной выработки можно оценить, простучав каждую десятую (двадцатую) ар- ку один раз в полугодие, оценка же устойчивости отслоений и заколов для обеспечения безопасности горных работ требует ежесменного осмотра, остуки- вания, а в наиболее опасных местах и автоматизированного контроля с автома- тическим оповещением степени опасности [4, 5]. Вертикальное акустическое зондирование по своей задаче совпадает с верти- кальным электрическим зондированием, однако существенно отличается не толь- ко по физической сущности происходящих процессов, но и по методике его про- ведения и интерпретации результатов измерений. Если замена электродов А и В или М и N существенно не влияет на результаты измерений, то замена мест удара и приема акустических колебаний может полностью изменить результаты показа- ния прибора на противоположные по сути, поэтому методика его проведения от- личается от методики вертикального электрического зондирования. Однако, как и при электрометрическом контроле, его глубинность зависит от величины базы, оценка массива также преимущественно осуществляется в зоне приемника (при вертикальном электрическом зондировании в зоне приемных электродов MN), рис. 3. Следуя теоретическим предпосылкам только на достаточном расстоянии от излучателя (1-10 м) устанавливаются (отфильтровываются) нормальные попереч- ные волны достаточной амплитуды, частота которых определяется мощностями плоскопараллельных слоев, одной общей поверхностью которых является обна- жение кровли или почвы пласта. Необходимость последовательного увеличения базы обусловлена более высоким затуханием высокочастотных составляющих спектра для нижних слоев, в особенности для слабопрочных глинистых пород не- посредственной кровли угольных пластов и пород ложной кровли. Их высокое за- тухание может обусловливаться трещиноватостью, вызванной давлением от про- ведения горных работ или буровзрывной проходки выработок. Кроме того, раз- решающая способность приборов оперативного экспресс-контроля позволяет на- дежно зафиксировать только два максимума на спектрограмме, в этой связи мето- дический прием “вертикального акустического зондирования” с увеличением ба- зы контроля на 0,5-1 м повышает разрешающую способность аппаратуры и дос- товерность контроля в целом. Замена точек возбуждения и приема акустических колебаний, в отличие от встречного профилирования, позволяет не только повы- сить достоверность контроля, но и произвести качественную оценку направления трещиноватости в заколе. Это связано с асимметрией процесса относительно из- лучателя и приемника при формировании нормальных волн разных частот в асимметрично зажатых блоках. Глубинность контроля определяется мощностью ударного воздействия, чув- ствительностью и разрешающей способностью аппаратуры и расстоянием меж- ду точками возбуждения и приема колебаний (базой), рис. 3. База контроля должна быть не меньше толщины крепи или глубины приконтурного слоя кон- тролируемого породного массива [5]. Характер отклика на ударное воздействие определяется резонансными явлениями в блоковых или плоскопараллельных структурах контролируемого участка и затуханием упругих колебаний в конст- рукциях или слоях среды. Дефекты конструкции, в частности полости внутри 294 а) б) в) а) база контроля вдоль тоннеля – 5 м, масса ударника – 1 кг; б) база контроля по кольцу обделки – около 5 м, масса ударника – 1 кг; в) база контроля вдоль тоннеля – 10 м, масса ударника – 2 кг Рис. 3 – Изменение глубинности контроля нагруженности тоннельной обделки и заобделочных пустот тоннеля № 2 канала «Днепр – Донбасс» 295 слоя или на границе слоев с различными свойствами, трещины, заколы и т.п. одновременно приводят к увеличению амплитуды и продолжительности сво- бодных колебаний, что соответствует появлению в спектре резко выраженных резонансов и к повышению затухания в среде при распространении вдоль од- нородности слоя. Дефекты материала крепи, снижающие ее прочностные и уп- ругие характеристики, проявляются в снижении амплитуды и длительности ко- лебаний, смещении максимума спектральной плотности в сторону низких час- тот. Уменьшение связи между слоями слоистого материала крепи увеличивает амплитуду свободных колебаний и длительность колебательного процесса, но также смещает максимум спектральной плотности в сторону низких частот. Цельный, прочный материал достаточной жесткости отзывается на ударное воздействие на сравнительно высокой частоте, но переход колебательного про- цесса к волновому служит наиболее быстрым процессом переноса энергии, а, следовательно, приводит к быстрому затуханию колебаний и к значительному снижению амплитуды уже на малых расстояниях от источника колебаний (про- порционально квадрату радиуса за счет расхождения сферических волн и про- порционально радиусу за счет их затухания). Уменьшение механической связи между смежными элементами, например, бетонными кольцевыми заходками, бетонными или железобетонными блоками или тюбингами приводит к значи- тельному уменьшению амплитуды колебаний, регистрируемых по другую сто- рону границы относительно точки возбуждения. Выполнению виброакустических измерений крепи стволов, капитальных и подготовительных выработок предшествует визуальный осмотр. При этом ре- гистрируется наличие трещин на поверхности, заколов, вывалов и участков «выпучивания», разрушение затяжки, замков и участков металлической крепи. На участках со значительной асимметрией нагрузки, в зонах взаимного влияния сопряженных выработок виброакустика применяется для относительной оценки нагруженности крепи по различным направлениям в горизонтальной плоскости или в вертикальном направлении вдоль ствола [5]. На перекрепляемых участках шахтного ствола или горной выработки диагностика вводится в состав техноло- гического комплекса по оценке качества выполнения ремонтно-строительных работ с целью определения неоднородности бетонной оболочки, степени ее связи с окружающим породным массивом, а при применении металлических и деревянных крепей – для контроля качества забутовки. При обследовании уча- стков, где крепь имеет регулярную пространственную структуру (например тюбинговая, рамная, арочная или анкерная крепь), определение информативно- го параметра выполняют для каждого из элементов. Таким образом, выполнена идентификация блоковых плоско-параллельных структур контролируемых объектов (массива, крепи, элементов конструкций поземных сооружений) как объектов автоматизированного контроля. Предло- жено автоматизировать контроль элементов геомеханической системы на осно- ве критерия квазистационарности колебательного процесса. Для структур раз- личных материалов определены значения границ зон акустической слышимо- сти нормальных резонансных мод с использованием пропускающих фильтров 296 низких частот и стадийность развития колебательного процесса. Рассмотрено влияние базы виброакустического контроля на его глубинность и детальность. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Глушко В.Т., Ямщиков В.С., Яланский А.А. Геофизический контроль в шахтах и тоннелях. – М.: Недра, 1987. – 278 с. 2. Виноградова М.Б., Руденко О.В., Сухоруков А.П. Теория волн. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990. – 432 с. 3. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. – М.: Наука, 1973. – 343 с. 4. Шерифф Р., Гелдарт Л. Сейсморазведка. Пер. с англ. В 2-х кн. – М.: Мир, 1987. – Т. 1. – 447 с. – Т. 2. – 400 с. 5. Гликман А.Г. Оценка и диагностирование межслоевых контактов в угленосной толще // Горная геофизи- ка: Материалы Всесоюзного семинара. – Тбилиси, 1989. – Ч. 1. – С. 149-150 6. Руководство по геофизической диагностике состояния системы «крепь - породный массив» вертикаль- ных стволов: Дополнение к «Пособию по восстановлению крепи и армировки вертикальных стволов. РД.12.18.073-88» / А.Ф. Булат, Б.М. Усаченко, А..А. .Яланский и др.: Донецк: ООО «Лебедь», 1999. – 42 с. УДК 622.831 Е.А. Слащева ОСОБЕННОСТИ ВВОДА И ОБРАБОТКИ ИСХОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ ПРИ РЕШЕНИИ ГЕОМЕХАНИЧЧЕСКИХ ЗАДАЧ С ПОМОЩЬЮ ПЕРСОНАЛЬНЫХ ЭВМ Розглянуто особливості прискореного відпрацювання розрахункових схем при вирішенні геомеханічних задач за допомогою персональних ЕОМ. SINGULARITIES OF INPUT AND TREATING OF AN INPUT INFORMATION AT A SOLUTION OF THE GEOMECHANICAL TASKS WITH THE HELP OF PERSONAL COMPUTERS The singularities of accelerated improvement of the design schemas are reviewed at a solution of the geomechanical tasks with the help of personal computers. При проведении исследований с целью управления процессами проявлений горного давления эффективным и необходимым инструментом является персо- нальная ЭВМ, которая необходима для выполнения громоздких вычислений, статистической обработки данных, построения графиков и таблиц, картирова- ния, визуализации и преобразования форм представления, архивирования и хранения исходных геофизических, геомеханических и технологических дан- ных, результатов расчетов, а также реализации регрессионных, структурных, потенциальных и других моделей расчета напряженного состояния породных массивов [1, 2]. Постановка конкретной задачи по оценке устойчивости подземного соору- жения предусматривает соблюдение геометрических и физических критериев подобия по отношению к реальному сооружению. Геометрическое подобие оп- ределяется выбранным масштабом моделирования. Выделенный геометриче- ский объём разбивается сеткой треугольных элементов, при этом производится её сгущение в местах ожидаемых высоких градиентов напряжений. Физическое

Особенности методики акустических зондирований глубинного строения массива горных пород

Institution

Ähnliche Einträge