PL91699B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób badania przedpola w trakcie eksploatacji pokladów wegla w kopalni podziemnej.Wytworzone impulsy dzwiekowe wprowadza sie do badanego przedpola za pomoca nadajnika dzwieku. Nastepnie rejestruje sie fale dzwiekowe odbite od plaszczyzn granicznych z jednoczesnym pomiarem czasu przelotu fali od momentu jej wy¬ slania do momentu zarejestrowania fali odbitej.Wynalazek dotyczy równiez urzadzenia do reali¬ zacji tego sposobu. Czas przelotu jest przy tym oczywista miara odleglosci plaszczyzny granicznej od nadajników dzwieku.W dotychczas znanych sposobach badania struk¬ tury geologicznej warstw ziemi pracuje sie z bia¬ lymi impulsami dzwiekowymi, które sa wytwarza¬ ne przez eksplozje, uderzenia lub wstrzasy. Im¬ pulsy te nazywa sie bialymi impulsami, poniewaz ich fale dzwiekowe przedstawiaja ciagle widmo czestotliwosci i skladaja sie z niekoherentnych cia¬ gów fal róznych czestotliwosci, w których nie jest oznaczona ani czestotliwosc, ani faza i polo¬ zenie fazowe. Takie biale impulsy dzwiekowe roz¬ przestrzeniaja sie w jednorodnym materiale izo¬ topowym, podobnie jak fala sprezona i fala scien¬ na, we wszystkich kierunkach z jednakowa pred¬ koscia i doznaja na plaszczyznie granicznej mniej¬ szego lub wiekszego rozproszonego odbicia.Plaszczyzna graniczna charakteryzuje obszar w materiale, w którym mniej lub wiecej zmieniaja 2 sie parametry materialu, w szczególnosci modul sprezystosci i modul scinania. Dotychczas znane sposoby prowadza do uzytecznych wyników przy pionowych i poziomych poszukiwaniach geologicz¬ nych na ziemi lub na morzu. Jednak przy bada¬ niu przedpola w trakcie eksploatacji pokladów we¬ gla w kopalni podziemnej dostarczaja nieuzytecz¬ nych wyników, poniewaz w obszarze pokladów weglowych, z powodu skal rozdzielajacych plasz¬ czyzne weglowa, wystepujaca w róznych odleglo¬ sciach i kierunkach nie zidentyfikowane odbicia.W innych dziedzinach techniki, jak w radiolo¬ kacji wykorzystujacej fale elektromagnetyczne, czy przy ultradzwiekowym badaniu dowolnie zniszczo¬ nych materialów metalowych, pracuje sie z tak zwanymi impulsami monochromatycznymi. Impul¬ sami monochromatycznymi nazywane sa impulsy, których rozklad Rozriera zawiera czestotliwosc do¬ minujaca, tak zwana czestotliwosc nosna, której fi¬ zyczne zachowanie szczególowo okreslono. W radio¬ lokacji i przy ultradzwiekowym badaniu materia¬ lów nie mierzy sie czasu przelotu impulsów mie¬ dzy wyslaniem a powrotem po odbiciu w celu wyznaczenia odleglosci od odbitej plaszczyzny gra¬ nicznej. W znanych sposobach ultradzwiekowego badania materialów stosuje sie glowice ultradzwie¬ kowe i nadajniki dzwiekowe, wysylajace impulsy ultradzwiekowe w postaci wiazki, poniewaz pra¬ cuja one z oscylatorem piezoelektrycznym lub ma- 91 6993 gnetostrykcyjnym, posiadajacym diopolowa charak¬ terystyke promieniowania wyzszego rzedu.Wykorzystanie doswiadczen radiolokacji oraz ultradzwiekowych badan materialów przy bada¬ niach* przedpola w trakcie eksploatacji pokladów wegla w kopalniach podziemnych jest niemozli¬ we ze wzgledu na nieregularne rozprzestrzenianie sie impulsów wzglednie fal elektromagnetycznych i fal dzwiekowych w zakresie czestotliwosci ultra¬ dzwiekowych w kopalniach przy wystepowaniu po¬ faldowan warstw ziemi na terenach górskich.Z drugiej strony ciagle bardzo duze jest zna¬ czenie górniczych badan przedpola w trakcie eks¬ ploatacji pokladów wegla. Przygotowanie urzadzen do eksploatacji pokladów, zapewniajacych pelna mechanizacje wydobycia zwiazane jest z bardzo znacznymi kosztami. Nie mozna wobec tego do¬ puscic budowania stanowisk eksploatacji w po¬ kladach wegla, które moga okazac sie poprzery¬ wane, co uniemozliwia wydobycie i prowadzi do straty duzego nakladu prac.Dotychczas znane sposoby badania przedpola w trakcie eksploatacji pokladów wegla, wykorzys¬ tujace zwykle srodki pomocnicze, jak na przyklad sejsmologia zlóz falowanych, nie prowadza do otrzymania jednoznacznych wyników. Zastosowa¬ ne w kopali podziemnej do badania przedpola, nie zdaja egzaminu juz od glebokosci badania wiekszej od 100 m w kierunku eksploatacji.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu umozliwiajacego przeprowadzanie skutecznego i je¬ dnoznacznego badania przedpola w "trakcie eksplo¬ atacji pokladów wegla w kopalni podziemnej.Cel ten zostal osiagniety przez wprowadzanie do badanego przedpola za pomoca nadajników dzwie¬ ku wytworzonych impulsów dzwiekowych, a po ich odbiciu od plaszczyzny granicznej rejestrowa¬ nie fali odbitej i mierzenie czasu przelotu miedzy wyslaniem impulsów dzwiekowych a przyjeciem ich odbitych fal.Istota wynalazku jest jednoczesne wytwarzanie sie kilku podstawowych, monochromatycznych, jed¬ nakowych koherentnych impulsów dzwiekowych o czestotliwosciach polozonych w zakresie pasma akustycznego, które zródlo dzwieku uklada w wiaz¬ ke -o maczugowatej charakterystyce promieniowa¬ nia oraz wprowadza do przedpola i kieruje sto¬ sownie do charakterystyki promieniowania. Po¬ jecie „ukladania w wiazke" oznacza, ze wytwarza¬ na monochromatyczna fala dzwiekowa wykazuje zaleznosc fazowa, która jest potrzebna dla skupie¬ nia i ze nadajniki dzwieku sa tak ustawione i przy¬ porzadkowane geometrycznie do siebie, jak wy¬ maga tego skupienie. Zjawisko skupienia inaczej ogniskowania fali dzwiekowej opiera sie na podob¬ nych zasadach jak zjawisko interferencji. Charak¬ terystyke promieniowania okresla krzywa, z na¬ niesiona we wspólrzednych biegunowych energia, przy czym punkt srodkowy wspólrzednych lezy w centrum promieniowania. Przy opracowaniu sposobu wedlug wynalazku wykorzystano w pierw¬ szym rzedzie fakt, ze fale dzwiekowe w zakresie czestotliwosci akustycznych, a w szczególnosci w zakresie czestotliwosci niskich, rozprzestrzeniaja sie bez zbytniego pochlaniania przy badaniu pokla* 899 4 dów wegla'nawet w terenie górskim, z zapewnie¬ niem mozliwosci ogniskowania fal.Przy zastosowaniu impulsów wzglednie fal dzwie¬ kowych o rozkladzie monochromatycznym poprzez s odpowiedni wzajemnie przyporzadkowany uklad nadajników dzwiekowych otrzymuje sie opisana charakterystyke rozkladu fal, o ksztalcie maczu¬ gi. Te wiazke sonduj aco mozna prowadzic w po¬ kladzie wegla wzglednie powyzej lub ponizej po- kladów wegla, a odbicie zalezy wylacznie od plasz¬ czyzny rozdzielajacej, która ma wzgledem kierun¬ ku propagacji fal ortogonalne skladowe powierz¬ chnie. Podczas badania zmienia sie zaleznosc fa¬ zowa miedzy monochromatycznymi falami dzwie- kowymi impulsów, a dzieki temu zmienia sie kie¬ runek zródla dzwieku oraz penetruje sie badane przedpole. Odbite kierunkowe fale dzwiekowe od¬ biera sie, a tym samym analizuje sie badane przed¬ pole. Czas przelotu miedzy wyslaniem impulsów dzwiekowych a powrotem odbitych fal mozna mie¬ rzyc metodami konwencjonalnymi. ( Przedmiotem wynalazku jest takze urzadzenie do stosowania opisanego sposobu. Urzadzenie to zawiera zespól wytwarzania impulsów wytwarza- 29 jacy monochromatyczne impulsy fali elektromag¬ netycznej w zakresie czestotliwosci akustycznych.Z kilkoma ukladami wytwarzania impulsów, na¬ dajnik dzwieku zasilany jednakowymi impulsa¬ mi, który przetwarza impulsy elektromagnetyczne w impulsy dzwiekowe i nastepnie je emituje, je¬ den z jednakowych nadajników dzwieku lub do¬ datkowy czujnik dzwiekowy pracujacy z zespo¬ lem rejestrowania odbitych fal i jeden zespól wy¬ twarzania impulsów oraz zespól rejestrujacy odbi- ^ te fale sprzezone z miernikiem ozasu przelotu.Miedzy zespolem wytwarzania impulsów a na¬ dajnikami impulsów wstawione sa przesuwniki fazowe, sluzace do zmiany charakterystyki pro¬ mieniowania. Miernik czasu przelotu pracuje na przyklad z oscylografem katodowym. Bez wiekszych trudnosci mozna wlaczyc takze zespól, który gro¬ madzi informacje pomiarowe a opisany jest w irl- ny sposób wedlug znanych metod. Urzadzenie we¬ dlug wynalazku mozna wykonac z elementów kon¬ strukcyjnych, uzywanych w radiolokacji i w tech¬ nice ultradzwieków.Przyklad urzadzenia wedlug wynalazku uwidocz¬ niony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedsta¬ wia fragment kopalni podziemnej w przekroju pio¬ nowym, w której w trakcie eksploatacji pokladów 50 wegla jest realizowane zgodnie z wynalazkiem ba¬ danie przedpola, fig. 2 — obiekt wedlug fig. 1 w przekroju w kierunku A-A, fig. 3 — obiekt we¬ dlug fig. 1 w przekroju w kierunku B-B i fig. 4 — schemat blokowy urzadzenia do stosowania spo- sobu wedlug wynalazku.Na fig. 1 do fig. 3 przedstawiono przede wszyst¬ kim fragment kopalni podziemnej z chodnikiem 1 i eksploatowana sciana weglowa 2. Chodnik 1 jest prowadzony w kierunku podpór 3 a tym samym 80 zgodnie z ukladem pokladów wegla 4. Zgodnie ze sposobem wedlug wynalazku mozna przeprowadzac na przyklad na czolowym miejscu 5 chodnika 1 badanie przedpola, przy czym przyrzad 6 zazna¬ czony na fig. od 1 do 3 jest wykonany zgodnie ze 85 schematem blokowym z fig. 4. Przyrzad 6 posiada91699 urzadzenie do wytwarzania monochromagnetycz- nych impulsów 8 w zakresie czestotliwosci aku¬ stycznych. Do zespolu 7 wytwarzania impulsów dolaczone sa trzy nadajniki dzwiekowe 9 zasilane jednakowymi impulsami. Wynika stad, ze nadaj- s niki dzwieku 9 wysylaja konkretne przesuniete w fazie fale dzwiekowe. Nadajniki dzwieku sa przewaznie punktowymi zródlami dzwieku. Do przyrzadu nalezy jeden z jednakowych na¬ dajników dzwieku 9, lub dodatkowa aparatura 10 nagrywajaca dzwiek pracujaca z zespolem 10 re¬ jestrowania odbitek fal. Z zespolem wytwarzania impulsów 7 jak równiez z zespolem 10 rejestrowa¬ nia fal odbitych jest sprzezony miernik czasu prze¬ lotu 11. Sposób wedlug wynalazku jest zatem tak is zrealizowany, ze równoczesnie jest wytwarzanych kilka jednakowych zasadniczych monochromatycz¬ nych, koherentnych impulsów dzwiekowych o cze¬ stotliwosciach polozonych w zakresie pasma aku¬ stycznego. Te czestotliwosci zostana ulozone przez 20 zródlo dzwieku o maczugowatej charakterystyce promieniowania 12.Ta charakterystyka promieniowania 12 jest uwi¬ doczniona na fig. 1 i 3. Dochodzi sie do takiej charakterystyki promieniowania, kiedy naklada sie ^ odbita energie dla koordynacji polaryzacji nadajni¬ ków dzwieku 9. Punkt srodkowy tego systemu ko¬ ordynacji lezy w centrum promieniowania. Moga przy tym powstac male listki boczne 13, które na fig. 1 zaznaczono, jednak w sposobie wedlug wy- 30 nalazku nie odgrywaja one zadnej roli. Wytworzo¬ na wiazka jest kierowana stosownie do charakte¬ rystyki promieniowania 12 na przedpole 14. Moze si^ przy tym zmienic, jak zaznaczono na fig. 3, zaleznosc fazowa miedzy monochromatycznymi fa¬ lami akustycznych impulsów dzwiekowych w po¬ szczególnych nadajnikach dzwieku 9, a przez to zmieni kierunek zródlo dzwieku lub „maczuga", co oznacza analizowanie badanego przedpola 14.Nie zostala tu przedstawiona mozliwosc odbioru ^ fali odbitej kierunkowej a dzieki temu przeprowa¬ dzenia analizy badanego przedpola.- Na fig. 2 pokazano jak zostaly ustawione trzy nadajniki dzwiekowe 9. Obowiazuje zasadnicza re¬ gula, ze dwa lub wiecej nadajników dzwieku 9 45 ustawia sie w jednej plaszczyznie w odleglosci (2n+l)— , przy czym X jest dlugoscia fali mono¬ chromatycznej nadajacej sie do badania struktury terenów górskich. Nadajniki dzwieku 9 pobudzo¬ ne zostaja impulsami 8 poprzez elektryczne prze- 50 suwniki fazowe 15 (porównaj fig. 4), ze poprzez nakladanie sie fal z poszczególnych nadajników ksztaltuje sie wyjsciowa fale akustyczna o cha¬ rakterystyce promieniowania 12. Odbieranie fal od¬ bitych realizuje sie przez zespól rejestrowania M dzwieku umieszczony w tej samej plaszczyznie co nadajniki 9, przy czym najkorzystniejsze jest ta¬ kie ustawienie aparatury rejestrujacej dzwiek, ze od wszystkich nadajników 9 dzwieku utrzymuje sie odleglosc 2n /4, gdzie Xjest dlugoscia fali mo¬ nochromatycznej, której czestotliwosc lezy w pas¬ mie akustycznym, nadajacej sie do badania struk¬ tury geologicznej w terenach górskich.W urzadzeniu wedlug wynalazku mozna rejestro¬ wac odbite fale dzwiekowe w postaci obrazu na ekranie w tak zwamym rastrze intensywnosci, przy czym mozna realizowac pamdec robocza informacji pomiaru do synchronizacji róznych szybkosci ana¬ lizy. Sposób badania przedpola wedlug wynalaz¬ ku umozliwia równiez zastosowanie odczytu pano¬ ramicznego. PL

Claims (6)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób badania przedpola w trakcie eksplo¬ atacji pokladów wegla w kopalni podziemnej, w którym wytworzone impulsy dzwiekowe wprowa¬ dza sie do badanego przedpola za pomoca nadajni¬ ków dzwieku, a gdy zostana odbite przez plaszczyz¬ ne graniczna to odbita fala dzwiekowa zostaje ode¬ brana i mierzy sie czas przelotu miedzy wyslaniem impulsów dzwiekowych a przyjeciem ich odbitych fal, znamienny tym, ze jednoczesnie wytwarza sie kilka podstawowych monochromatycznych koheren¬ tnych jednakowych impulsów dzwiekowych o cze¬ stotliwosciach polozonych w zakresie pasma aku¬ stycznego, które zródlo dzwieku uklada w wiazke o maczugowatej charakterystyce promieniowania oraz wprowadza do przedpola i kieruje stosow¬ nie do charakterystyki promieniowania.
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze podczas badania zmienia sie zaleznosc fazowa mie¬ dzy monochromatycznymi falami dzwiekowymi impulsów i dzieki temu zmienia sie kierunek zró¬ dla dzwieku oraz analizuje sie badane przedpole.
3. 3. Sposób wedlug zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, ze podczas badania, odbiera sie odbite kierunkowe fale a tym samym bada sie analizowanie przedpo¬ la.
4. 4. Urzadzenie do badania przedpola w trakcie eksploatacji pokladów wegla, znamienne tym, ze zawiera zespól wytwarzania impulsów (7), wytwa¬ rzajacy monochromatyczne impulsy (8) fali elektro¬ magnetycznej w zakresie czestotliwosci akustycz¬ nych z kilkoma ukladami wytwarzania impulsów, nadajniki dzwieku (9) zasilane jednakowymi impul¬ sami, jeden z jednakowych nadajników dzwieku (9) lub dodatkowy czujnik dzwiekowy pracujacy z zespolem (10) rejestrowania odbitych fal i jeden z ukladów wytwarzania impulsów (7) oraz zespól rejestrowania odbitek fal sprzezone miernikiem (11) czasu przelotu.
5. 5. Urzadzenie wedlug zastrz. 4, znamienne tym, ze pomiedzy zespolem wytwarzania impulsów (7) a nadajnikami dzwieku (9) umieszczone sa prze-, suwniki fazowe (15).
6. 6. Urzadzenie wedlug zastrz. 4 lub 5, znamienne tyih, ze miernik (11) czasu v przelotu jest, wyposazo¬ ny w oscylograf katodowy.91 699 Fig.1 A | 1 -L-, I _ IV/X'I//A-//\V/ a U-vnrrj //\\y/A\y^< FigA 15-F A A^S, 15, x £ A A •15 3» 10 Fi g 3 Cc Cc 12 LZG Z-d Nr 2 — 561/77 105 szt. A4 Cena 10 zl PL