Разработка акустического метода и технического средства мониторинга траектории пневмоударной машины в массиве горных пород

• Автор: Конурин, Антон Игоревич
• Шифр специальности: 25.00.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 154 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ МОНИТОРИНГА ДВИЖЕНИЯ ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИХ УСТРОЙСТВ В ГЕОСРЕДЕ
1.1 Средства мониторинга процесса движения породоразрушающих устройств в породном массиве

1.2 Акустические методы диагностики и контроля геомеханического состояния массива

1.3 Характерные закономерности взаимодействия пневмоударной машины с массивом горных пород

1.4 Цель работы. Задачи исследований

2. РАЗРАБОТКА АМПЛИТУДНОГО МЕТОДА МНОГОКАНАЛЬНОГО АКУСТИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ ПНЕВМОУДАРНОЙ МАШИНЫ В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД

2.1 Процессы распространения акустических волн в породном массиве..

2.2 Аналитическая модель акустического излучателя в массиве горных пород

2.3 Метод мониторинга движения пневмоударной машины при сооружении скважин
2.4 Выводы
3. ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОРОДНОГО МАССИВА НА РАЗРЕШАЮЩУЮ СПОСОБНОСТЬ АКУСТИЧЕСКОГО МЕТОДА ПО УГЛУ ОТКЛОНЕНИЯ ПНЕВМОУДАРНОЙ МАШИНЫ
3.1 Численное моделирование процесса взаимодействия пневмоударной машины с породным массивом
3.2 Экспериментальные исследования характеристик акустического сигнала
3.3 Сопоставление результатов численного моделирования и данных натурного эксперимента
3.4 Выводы

4. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОГЕННЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД НА КИНЕМАТИЧЕСКИЕ И АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
4Л Моделирование процесса взаимодействия пневмоударной машины с породным массивом, содержащим техногенные неоднородности.
4.2 Экспериментальные исследования параметров импульсного акустического сигнала, индуцируемого пневмоударной машиной в массиве, содержащем техногенные неоднородности
4.3 Сопоставление результатов численного моделирования и экспериментальных исследований характеристик акустических сигналов в массиве, содержащем техногенные неоднородности... Ш
4.4 Спектральный анализ акустических сигналов, создаваемых движущейся пневмоударной машиной
4.5 Выводы
5. РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ МОНИТОРИНГА ДВИЖЕНИЯ ПНЕВМОУДАРНОЙ МАШИНЫ В ПОРОДНОМ МАССИВЕ
5.1 Принцип работы двухканального акустического обнаружителя местоположения пневмоударной машины в породном массиве..
5.2 Результаты испытаний двухканального акустического обнаружителя
5.3 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
В последние годы сфера практических приложений геофизических методов и круг связанных с ними научных задач существенно расширяется. К их числу относится и актуальная сегодня задача развития научных основ для построения нового вида мониторинговых систем и, соответственно, лежащих в их основе методов оперативного контроля физико-механических свойств и напряженно-деформированного состояния массивов горных пород на принципах обратной связи. Это - связь механических процессов разрушения горных пород с динамико-кинематическими характеристиками индуцируемых при этом деформационных и акустических полей. Так, возникает потребность в разработке новых мониторинговых систем, предоставляющих информацию о физикомеханических свойствах массива и его неоднородностях в процессе механического взаимодействия породоразрушающих устройств с породным массивом: при ведении горных или строительных работ, в том числе в условиях плотной застройки территорий и высокой насыщенности подземного пространства различными коммуникациями, при сооружении бестраншейным методом скважин. Основными задачами для развития этого перспективного направления исследования является поиск и разработка комплексных методов, обеспечивающих одновременно оперативный контроль напряженно-деформированного состояния и физико-механических свойств подсекаемых при бурении породных толщ и координатную привязку бурового инструмента в процессе его работы.
По статистике, на каждые 10 км магистральных трубопроводов приходится в среднем один переход протяженностью до 100 м под дорогами. Средняя стоимость таких переходов, выполненных открытым способом, в 2 — 2,5 раза выше средней стоимости бестраншейных переходов. При этом известно, что уже на расстоянии 10-15 м от места запуска пневмоударной машины отклонения

Кроме того, при распространении акустических волн, наблюдается явление дифракции, в результате чего возникают дифрагированные волны (волны огибания). Источниками дифракции являются изломы и шероховатости акустических границ, включения тел неправильной формы и т.д. При определенных соотношениях скоростей продольных и поперечных волн и углов их падения на границу образуются волны обменные, на границе меняющие свой тип. В реальной слоистой среде, которой является массив горных пород, возникают волны многократно отраженные, пути пробега которых бывают весьма сложными, что может негативно сказываться на методах мониторинга траектории движения ударного инструмента. Однако применение предложенных ниже методических приемов и разработанной в главе 5 акустической аппаратуры позволяет освободиться от большинства волн - помех и выделить полезные волны.
2.2 АНАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АКУСТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД
В плоскости, перпендикулярной оси движения машины источник волн является точечным, а излучаемая волна, соответственно, сферической. На поверхности Земли амплитуда акустического импульса А0 будет максимальной в точке проекции излучателя. При отклонении акустоэлектрического преобразователя от этой точки в плоскости, перпендикулярной оси движения машины амплитуда акустического импульса будет снижаться. Одинаковое снижение амплитуды импульса может быть достигнуто либо отклонением акустоэлектрического преобразователя на определенное расстояние при неподвижном источнике, либо отклонением источника при неподвижном акустоэлектрическом преобразователе. Здесь и далее под отклонением машины от предполагаемой оси движения подразумевается угол (и соответствующее ему расстояние) между направлениями от передней части излучающей акустические