- •Глава 1. Анализ вопроса диагностики напряженно-деформированного состояния в массивах горных пород 7
- •Глава 2. Алгоритмы обработки сигналов электро-магнитного излучения горных пород 37
- •Глава 3. Экспериментальные исследование сигналов электромагнитного излучения при разрушении образцов горных пород и диагностические критерии их разрушения 59
- •Глава 4. Исследования процесса разрушения горных пород на основе регистрации сигналов электромагнитного излучения в натурных условиях подземных горных выработок 84
- •Введение
- •Анализ вопроса диагностики напряженно-деформированного состояния в массивах горных пород
- •Динамические проявления горного давления в массивах горных пород как одна из опасных форм их разрушения
- •Модели разрушения горных пород и основные гипотезы возникновения электромагнитного излучения при разрушении горных пород
- •Методы и средства бесконтактной диагностики напряженно-деформированного состояния массивов горных пород
- •Анализ аппаратных решений для бесконтактного прогнозирования динамических проявлений горного давления
- •Комплекс шахтной автоматизированной аппаратуры «Ангел»
- •Регистратор электромагнитных и акустических сигналов рэмс-1
- •Линейка приборов рэми
- •Анализ систем синхронных измерений и регистрации геомеханической информации
- •1.5.1. Регистратор электромагнитных и акустических сигналов рэмс-1 в составе измерительного стенда
- •1.5.2. Стенд Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта
- •1.5.3. Система синхронной регистрации сигналов эми и механических параметров образцов игд со ран
- •Методы повышения точности аналого-цифровых преобразований
- •Цель и основные задачи исследований
- •Алгоритмы обработки сигналов электро-магнитного излучения горных пород
- •2.1. Модели сигналов электромагнитного излучения горных пород на разных этапах разрушения. Связь параметров сигналов электромагнитного излучения с параметрами разрушения
- •2.2. Обнаружение смены стадии разрушения горных пород на основе обнаружения изменения интенсивности потока импульсов электромагнитного излучения
- •2.2.1. Формулировка задачи обнаружения изменения свойств нестационарного пуассоновского потока импульсов
- •2.2.2. Синтез алгоритма обнаружения изменения свойств нестационарного пуассоновского потока импульсов
- •2.2.3. Пример реализации алгоритма обнаружения изменения свойств нестационарного пуассоновского потока импульсов
- •2.3. Оценивание энергетических параметров сигнала в системе с двумя и тремя уровнями квантования
- •2.3.1. Оценивание энергетических параметров сигнала в системе с двумя уровнями квантования
- •2.3.2. Оценивание энергетических параметров сигнала в системе с тремя уровнями квантования
- •2.4. Выводы
- •Экспериментальные исследование сигналов электромагнитного излучения при разрушении образцов горных пород и диагностические критерии их разрушения
- •3.1. Задачи проведения лабораторных экспериментов
- •3.2. Автоматизированный стенд для синхронной регистрации нагрузки, деформации и эми
- •3.3. Система измерения деформаций на основе датчика измерения перемещений
- •3.4. Датчики эми
- •3.5. Программное обеспечение «аси-м» автоматизированного лабораторного стенда для синхронной регистрации нагрузки, деформации и эми
- •3.6. Лабораторные эксперименты по синхронной регистрации сигналов электромагнитного излучения, нагрузки и деформации
- •3.7. Разработка диагностических критериев разрушения горных пород
- •3.7.1. Разработка способа диагностики разрушения участка массива горных пород
- •3.7.2. Способ прогноза разрушения массива горных пород
- •3.8. Выводы по главе
- •Исследования процесса разрушения горных пород на основе регистрации сигналов электромагнитного излучения в натурных условиях подземных горных выработок
- •4.1. Основные задачи при проведении экспериментальных исследований в натурных условиях подземных горных выработок
- •4.2. Общая характеристика Таштагольского железорудного месторождения
- •4.3. Экспериментальные исследования эми в условиях рудника «Таштагольский» с помощью аппаратуры рэми-2
- •4.3.1. Регистрация процесса разрушения в Орте № 4 горизонт –210м
- •4.3.2. Регистрация процесса разрушения в Ортах №№ 18, 19, 20 горизонт –350м
- •4.4. Регистрационно-диагностический комплекс рдк рэми-3
- •4.5. Экспериментальные исследования разрушения горных пород в натурных условиях подземных горных выработок Таштагольского месторождения с использованием рдк рэми-3
- •4.5.1. Предварительные испытания прибора рэми-3 в условиях Таштагольского месторождения при различных ориентациях антенн
- •4.6. Экспериментальные исследования по диагностике процесса разрушения участка массивов горных пород с помощью аппаратуры рэми-3 на Таштагольском руднике
- •4.7. Выводы
- •Заключение Список литературы
Цель и основные задачи исследований
Таким образом, задача прогнозирования геодинамических проявлений горного давления является на сегодняшний день актуальной. Одним из перспективных методов диагностики НДС массива горных пород является метод, основанный на исследовании сигналов ЭМИ сопутствующих изменению НДС в горной породе. Для разработки прогностических критериев основанных на бесконтактном методе необходимо оборудование, которое позволило проводить эксперименты по выявлению зависимостей НДС горной породы и сигналами ЭМИ в натурных и лабораторных условиях. Для повторяемости исследований по измерению деформационных характеристик синхронно с сигналами ЭМИ сопутствующих изменению НДС в горной породе необходимо разработать оборудование, способное проводить схожие экспериментальные исследования. Таким образом, необходимо:
Разработать методику, создать стенд, и выполнить лабораторные эксперименты по синхронной регистрации электромагнитных и механических (нагрузки и перемещений) сигналов в образцах;
На основе регистрации и анализа сигналов электромагнитного излучения в лабораторных условиях выявить новые закономерности в структуре и параметрах сигналов ЭМИ и на их основе разработать прогнозные критерии разрушения горных пород;
Разработать программное обеспечение (ПО) для обработки результатов при регистрации сигналов ЭМИ, нагрузки и перемещений в лабораторном эксперименте;
Разработать, аппаратуру для регистрации электромагнитного излучения горных пород в натурных условиях подземных горных выработок в процессе их разрушения и провести ее испытания в натурных условиях.
Алгоритмы обработки сигналов электро-магнитного излучения горных пород
2.1. Модели сигналов электромагнитного излучения горных пород на разных этапах разрушения. Связь параметров сигналов электромагнитного излучения с параметрами разрушения
Процесс разрушения горных пород характеризуется стадийностью: зарождение микротрещин, накопление микротрещин, прорастание трещин, ветвление трещин, формирование и ветвление магистральной трещины, лавинное разрушение [ CITATION Кур00 \l 1049 ], причем появление трещин сопровождается появлением импульсов электромагнитного излучения. Интенсивность потока импульсов резко изменяется при переходе от одной стадии разрушения к другой. В работе [ CITATION Але933 \l 1049 ] для описания потока импульсов в целом (без подразделения на стадии) предложена херстовская статистика. В работе [ CITATION Але933 \l 1049 ] исходя из общих посылок, предложена пуассоновская модель распределения трещин в образце. В работе [ CITATION Под75 \l 1049 ], предложено процесс образования трещин на отдельных стадиях разрушения рассматривать как однородный пуассоновский пространственно-временной процесс, причем регистрируемый электромагнитный сигнал с учетом возможного наложения импульсов представляется как профильтрованный пуассоновский процесс. Использование такой модели при построении алгоритмов обнаружения смены стадий разрушения требует больших вычислительных затрат и сложен в аппаратурной реализации. Кроме того, интенсивность потока импульсов из-за изменения напряженности горных пород может изменяться во времени. Поэтому в настоящей работе предлагается рассматривать поток импульсов электромагнитного излучения как нестационарный пуассоновский поток, а обнаружение смены стадий разрушения производить на основе обнаружения резкого изменения интенсивности потока.