Методы и средства бесконтактной диагностики напряженно-деформированного состояния массивов горных пород
Определением НДС массивов горных пород много лет занимаются ведущие научные школы в России и за рубежом, такие как Институт физики Земли имени О.Ю. Шмидта РАН, Физико-технический институт имени А.Ф. Иоффе, Институт горного дела СО РАН имени Н.А. Чинакала, Томский политехнический университет, Институт горного дела имени А.А. Скочинского, Санкт-Петербургский горный университет, ВНИМИ, КузНИУИ, Московский государственный горный университет, Горный институт КНЦ РАН, другие.
Месторождения полезных ископаемых обладают уникальными горно-геологическими условиями, поэтому все методы диагностики НДС массива горных пород требуют предварительных исследований в натурных условиях и основываются на обработке статистических данных исследуемого объекта.
Метод прогнозирования динамического проявления горного давления, основанные на мониторинге деформационных характеристик, являются контактными, требуют проведения дополнительных работ, проведения дополнительного локального разрушения, что, в свою очередь, приводит к нарушению прочности выработки, сам момент установки оборудования опасен для жизни и здоровья человека.
Методы прогнозирования динамического проявления горного давления, основанные на мониторинге электромагнитной обстановки на участке являются бесконтактным, простым в обслуживании.
Бесконтактные методы диагностики НДС массива горных пород базирующиеся на определении характеристик ЭМИ по профилированию горной выработки [х], либо на кратковременном измерении характеристик электромагнитного поля в подконтрольной области являются простыми в обслуживании и не требуют проведения подготовительных работ. В этих методах основным критерием выявления опасных зон в шахтном поле является: изменение количества импульсов [ CITATION Яко04 \l 1033 ] в единицу времени, изменения частотного спектра ЭМИ [ CITATION Яко04 \l 1033 ], изменения энергии ЭМИ [х]. Ниже рассмотрена аппаратура регистрации ЭМИ, анализа полученных данных и выдачи информации о характеристиках ЭМИ.
Анализ аппаратных решений для бесконтактного прогнозирования динамических проявлений горного давления
К настоящему времени бесконтактными методами диагностики НДС массива горных пород занимаются ВНИМИ, Институт горного дела СО РАН, Томский политехнический университет, УкрНИМИ. Указанными организациями созданы, испытаны и применяются следующие автоматизированные аппаратные средства: «Ангел», линейка аппаратных средств «РЭМИ», «РВИНДС», «РЭМС-1», «ШАИ-8» (Шахтный анализатор электромагнитных импульсов).
Комплекс шахтной автоматизированной аппаратуры «Ангел»
Шахтный автоматизированный комплекс «Ангел» и его модифицированный вариант «Ангел-М» состоит из блока регистрации с индикатором, датчика электромагнитного излучения, программы приема данных [x]. Внешний вид комплекса представлен на Рис. 1 .6.
Рис. 1.6 - Внешний вид комплекса шахтной автоматизированной аппаратуры «Ангел», «Ангел-М»
Комплекс является переносным и обслуживается одним оператором. Аппаратура «Ангел-М» работает в двух режимах: «Поиск» и «Текущий контроль». В режиме «Поиск» в течение 5 секунд ведется наблюдение за электромагнитным полем в области наблюдения и выдача результата наблюдения в виде коэффициентов на экран дисплея. В режиме «Текущий контроль» происходит автоматическое наблюдение за электромагнитным полем в заданном временном интервале с запоминанием обработанных данных в энергонезависимую память.
Цикл наблюдений в каждом режиме включает: прием и селекцию сигналов от датчика в течение заданного временного интервала, обработку данных с определением количества амплитудных составляющих, превышающих пороговые значения, в единицу времени, сравнение полученного распределения амплитудных составляющих с эталонами (критериями отнесения участка контроля к определенной категории), вывод оценки категории на дисплей и запоминание результатов в энергонезависимую память. Данные копируются из памяти прибора в компьютер и оформляются в виде табличных файлов для текстового или графического документирования [ CITATION Яко14 \l 1049 ].
Также, с помощью шахтного комплекса «Ангел-М» возможно дополнительно с сигналами ЭМИ регистрировать акустические сигналы и измерять скорость прохождения упругих волн в массиве горных пород, что позволяет применять геофизические методы контроля НДС массива горных пород, основанные на регистрации сейсмоакустических полей, как естественных, так и искусственно наведенных.