Патент на изобретение №2319010

(54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ЗОНЫ ПОВЫШЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ В СКВАЖИНАХ СИГНАЛОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

(57) Реферат:

Изобретение относится к горной геофизике. Техническим результатом изобретения является повышение достоверности способа и снижение его трудоемкости за счет регистрации импульсов электромагнитного излучения(ЭМИ) непосредственно в измерительной скважине, пробуренной в массиве горных пород (ГП) из подземной горной выработки. Для этого бурят измерительную скважину, размещают перед ее устьем регистратор, входящий с преобразователем в устройство для измерения в скважинах сигналов ЭМИ. Формируют цифровой сигнал с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и жидкокристаллического индикатора (ЖКИ) регистратора. Затем поинтервально производят измерение величины N_i интенсивности ЭМИ на i-м интервале с помощью упомянутого устройства, сравнивают величину N_l на первом интервале с критической величиной N_k, характерной для данных горно-геологических условий, и определяют наибольшую из них. Выполненный в виде отдельного блока преобразователь размещают в скважине с помощью диэлектрической штанги (ДШ), установив его на одном ее конце, а соединенный с ним экранированным кабелем регистратор – на противоположном ее конце. Поинтервальное измерение N_i производят путем поинтервального перемещения преобразователя в скважине с помощью ДШ, а сравнение величин N_2…n, начиная со второго интервала до n-го, производят с наибольшей из предыдущих, определяя N_max, которую принимают за критическую величину N_k для данного массива. Границы зоны определяют по величине N_min=0,8N_k. Устройство содержит гальванически соединенные преобразователь и регистратор сигналов ЭМИ, содержащий источник питания, средняя точка которого заземлена, операционный усилитель и последовательно соединенные детектор, АЦП и ЖКИ. Преобразователь содержит приемную магнитную дифференциальную антенну в виде двух согласно намотанных на ферритовом стержне приемных катушек, выводы которых подключены к информационным входам измерительного усилителя, и источник питания, нулевая шина которого заземлена и подключена к общей точке соединения катушек и средней точке усилителя. Элементы преобразователя находятся в диэлектрическом корпусе и размещены на одном конце ДШ, а на противоположном ее конце размещен регистратор. Преобразователь и регистратор связаны экранированным кабелем. Между операционным усилителем и детектором регистратора подключен расширитель полосы пропускания частот сигналов ЭМИ. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Техническое решение относится к горному делу, а именно к горной геофизике и может использоваться для выделения зон повышенных напряжений в массиве горных пород на основе измерений фонового электромагнитного излучения (ЭМИ), генерируемого горными породами в скважинах, предварительно пробуренных в подземных горных выработках. Может использоваться для исследования фонового ЭМИ, генерируемого массивом горных пород, в малодоступных участках контура подземных горных выработок, а также при исследовании волновых процессов в массивах горных пород скважинными методами на основе регистрации ЭМИ.

Известен способ контроля состояния массива горных пород по авт.св. СССР №1800026, Е21С 39/00, опубл. в БИ №39, 1993 г. Он включает регистрацию импульсов ЭМИ, периодическое измерение амплитуды максимальной спектральной составляющей импульсов и ее частоты, определение изменений амплитуды и частоты во времени, по которым судят о состоянии массива. При этом регистрируют момент одновременного увеличения амплитуды максимальной спектральной составляющей и ее частоты, а затем момент их одновременного уменьшения, по первому моменту определяют начало разрушения массива, а по второму определяют начало разделения сплошности.

Недостатком этого способа является необходимость регистрации момента одновременного увеличения амплитуды максимальной спектральной составляющей и ее частоты, а затем момент их одновременного уменьшения, что требует использования сложной дорогостоящей аппаратуры. Этот способ может использоваться в подземных горных выработках, но непригоден при измерениях в скважинах.

Известен способ определения неоднородностей массива горных пород по патенту СССР №1794253, G01V 3/18, опубл. в БИ №5, 1993 г.

По этому способу осуществляют бурение шпура на контролируемом участке массива, производят досылку датчика с заданной начальной измерительной базой в шпур, перемещают датчик в шпуре и одновременно осуществляют измерение физического параметра на заданных интервалах, после чего судят по результатам измерений о неоднородности массива горных пород. При этом осуществляют повторные измерения физического параметра в шпуре датчиком с измерительной базой, величину которой принимают не меньшей величины среднего расстояния между неоднородностями, найденного по результатам измерений с начальной измерительной базой, а величину начальной измерительной базы принимают равной размеру квазиоднородного участка массива, о неоднородности массива горных пород судят по величине коэффициента неоднородности К_н, который определяют по формуле

К_н=А₁/А₂,

где A₁, А₂ – значения физического параметра на заданном участке и в заданном интервале при соответственно начальных и повторных измерениях.

Недостатком этого способа является необходимость использования двух приборов, поочередно размещаемых в скважине, и соответственно двух измерений, что существенно удорожает проведение измерений и увеличивает их трудоемкость. Кроме того, этот способ ориентирован на исследование неоднородностей типа трещин, что исключает возможность использования его при оценке напряжений в массиве горных пород.

Известен способ прогноза разрушения горных пород по патенту РФ №2137920, Е21С 39/00, G01N 29/04, опубл. в БИ №26, 1999 г.

Способ включает регистрацию на интервале времени измерения сигналов ЭМИ и измерение их амплитуд, по которым определяют начало разрушения исследуемого участка массива. При этом интервал времени измерения разделяют на две неравные части, производя на каждой из них измерение величин амплитуд сигналов через равные промежутки времени. До нагружения исследуемого участка массива определяют интенсивность излучения сигнала помехи, измеряя амплитуды сигналов на большей части интервала времени измерения, а начало момента разрушения определяют по мере нагружения исследуемого участка массива по установленной зависимости.

Недостатком этого способа является необходимость в процессе измерения догружать исследуемый участок массива, например, проведением встречной выработки. Однако это сложная технологическая операция, затраты времени и труда на выполнение которой могут составлять до нескольких суток.

Вследствие этого использование способа не находит применения в практике горного дела. Другим недостатком этого способа является его ориентация на использование сигналов ЭМИ, формируемых искусственно и, следовательно, не отражающих действительное состояние массива горных пород. Еще одним недостатком этого способа является невозможность измерений в скважинах и шпурах из-за значительных габаритов реализующей способ аппаратуры.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ выделения границ опасной зоны в массиве горных пород по авт.св. СССР №1740664, Е21С 39/00, опубл. в БИ №22, 1992 г.

Этот способ включает поинтервальное измерение в процессе бурения прогнозных скважин активности N ЭМИ горных пород и сравнение значений N с критическим N_кp, характерным для данных горно-геологических условий. При этом прерывают процесс бурения в конце каждого интервала и дополнительно измеряют время Т затухания активности ЭМИ, определяют значение времени Т на интервале, непосредственно предшествующем интервалу с NN_кр, и принимают его за критическое T_кp, а начало и окончание опасной зоны устанавливают по интервалам бурения, на которых одновременно выполняют условия соответственно

NN_кр, TT_кр и Nкр, Tкр.

Недостатком этого способа является необходимость поинтервально бурить измерительную скважину в процессе контроля, что обуславливает значительную трудоемкость способа. Кроме того, этот способ не позволяет использовать ранее пробуренные скважины, которые всегда имеются на горных предприятиях. Еще одним недостатком этого способа является внесение в массив контролируемых горных пород локальных возмущений при бурении скважины. Наконец, еще одним недостатком этого способа является то, что регистрацию ЭМИ выполняют не в измерительной скважине, а перед ее устьем в горной выработке, где в процессе измерения располагают измерительный прибор. Измеряют смесь сигнала фонового ЭМИ в самой выработке, где пробурена измерительная скважина, с сигналами ЭМИ из забоя измерительной скважины, формирующимися после бурения скважины, что существенно снижает точность и адекватность результатов измерений. К тому же, интервалы измерений в этом способе приняты равными 1 м, что значительно снижает достоверность нахождения интервала с величиной N_max интенсивности ЭМИ. Уменьшение же размера интервалов ведет к резкому повышению трудоемкости известного способа.

Известно устройство для электромагнитного каротажа скважин по авт.св. СССР №427302, G01v 3/18, опубл. в БИ №17, 1974 г.

Оно включает генераторную часть, зонд с генераторной и приемной катушками и приемную часть, при этом генераторная и приемная части охвачены общей отрицательной обратной связью, в цепи которой включен амплитудный детектор.

Недостатком этого устройства является наличие генераторной катушки, что усложняет конструкцию прибора при измерении фонового ЭМИ. Другим недостатком является отсутствие расширителя полосы принимаемых частот сигналов ЭМИ, что приводит к невозможности измерения всего спектра фоновых излучений ЭМИ в скважине. При этом возникает потеря части информации о напряженно-деформированном состоянии массива. И, наконец, существенным недостатком этого устройства является отсутствие средств контроля за внезапным повышением уровня принимаемого сигнала ЭМИ, сигнализирующего о надвигающейся аварийной ситуации в подземной горной выработке.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является устройство для прогноза разрушения горных пород по патенту РФ №2137920, Е21C 39/00, G01N 29/04, опубл. в БИ №26, 1996 г., включающее канал приема и регистрации эмиссионных сигналов с последовательно включенными усилителем и регистратором, при этом в него введены электромагнитный преобразователь-антенна, формирователь порогового напряжения, детектор, компаратор, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и индикатор, входом подключенный к выходу АЦП, вход которого подсоединен к выходу детектора с подключенными к нему входами компаратора и формирователя порогового напряжения, выход которого подключен ко второму входу компаратора, при этом выход компаратора подсоединен к выполненному в виде свето- и звукового сигнализатора регистратору сигналов электромагнитной эмиссии, а вход детектора подключен к выходу усилителя, ко входу которого подсоединен электромагнитный преобразователь-антенна.

Недостатком этого устройства является невозможность проводить измерения сигналов ЭМИ в скважинах из-за относительно малых размеров скважин и шпуров по сравнению с размерами устройства. Еще одним недостатком этого устройства является отсутствие генераторов в каналах световой и звуковой сигнализации, что снижает надежность контроля аварийных ситуаций, связанных с внезапным разрушением горных пород. Устройство не позволяет качественно контролировать изменение уровня электромагнитной эмиссии при внезапных разрушениях.

Техническая задача – повышение достоверности способа выделения зоны повышенных напряжений в массиве горных пород и снижение его трудоемкости за счет регистрации импульсов ЭМИ непосредственно в измерительной скважине, пробуренной в массиве горных пород из подземной горной выработки.

Поставленная техническая задача решается путем регистрации ЭМИ в измерительной скважине с помощью устройства для измерения в скважине сигналов ЭМИ горных пород, включающего преобразователь сигналов ЭМИ, поинтервально перемещаемый в скважине, и регистратор сигналов ЭМИ, размещаемый перед устьем скважины и связанный гальванической связью с преобразователем сигналов ЭМИ.

Решение поставленной технической задачи осуществляется тем, что в способе выделения зоны повышенных напряжений в массиве горных пород, включающем бурение измерительной скважины, размещение перед ее устьем регистратора сигналов ЭМИ, входящего с преобразователем сигналов ЭМИ в устройство для измерения в скважинах сигналов ЭМИ горных пород и имеющего с указанным преобразователем гальваническую связь, формирование цифрового сигнала с помощью АЦП и жидко-кристаллического индикатора (ЖКИ) регистратора сигналов ЭМИ, поинтервальное измерение величины N_i интенсивности ЭМИ горных пород на i-м интервале с помощью упомянутого устройства для измерения сигналов ЭМИ, сравнение величины N_l интенсивности ЭМИ на первом интервале с критической величиной N_k (интенсивности ЭМИ, характерной для данных горно-геологических условий и определение наибольшей из них, согласно техническому решению выполненный в виде отдельного блока преобразователь сигналов ЭМИ размещают в измерительной скважине с помощью диэлектрической штанги, установив его на одном ее конце, а соединенный с ним экранированным кабелем регистратор сигналов ЭМИ размещают на противоположном ее конце. Поинтервальное измерение величины интенсивности N_i производят путем поинтервального перемещения упомянутого преобразователя в измерительной скважине с помощью указанной диэлектрической штанги, а сравнение величин N_2…n интенсивности ЭМИ, начиная со второго интервала до n-го, производят с наибольшей из предыдущих, определяя максимальную величину N_max, которую принимают за критическую величину N^‘ _k для данного массива горных пород. Границы зоны повышенных напряжений определяют по минимальной величине N_min интенсивности ЭМИ из соотношения N_min=0,8N^‘ _k.

Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для измерения в скважинах сигналов ЭМИ горных пород, включающем соединенные гальванической связью преобразователь сигналов ЭМИ и регистратор сигналов ЭМИ, содержащий источник питания, средняя точка которого заземлена, операционный усилитель и последовательно соединенные детектор, АЦП и ЖКИ, согласно техническому решению преобразователь сигналов ЭМИ содержит приемную магнитную дифференциальную антенну в виде двух согласно намотанных на ферритовом стержне приемных катушек, выводы которых подключены к информационным входам измерительного усилителя, и источник питания, нулевая шина которого заземлена и подключена к общей точке соединения упомянутых приемных катушек и средней точке измерительного усилителя. Элементы преобразователя сигналов ЭМИ заключены в диэлектрический корпус и размещены на одном конце диэлектрической штанги, на противоположном конце которой размещен регистратор сигналов ЭМИ, а гальваническая связь между упомянутыми преобразователем и регистратором выполнена экранированным кабелем. Между операционным усилителем и детектором регистратора сигналов ЭМИ подключен расширитель полосы пропускания частот сигналов ЭМИ.

Указанная совокупность признаков позволяет производить регистрацию импульсов ЭМИ непосредственно в измерительной скважине, что повышает достоверность способа выделения зоны повышенных напряжений в массиве горных пород и снижает его трудоемкость.

В предложенном техническом решении интервалы измерения принимают, исходя из необходимой точности, – от нескольких сантиметров до десятков сантиметров. Последнее достигается за счет операции установки преобразователя на диэлектрической штанге, которую в процессе измерения перемещают вдоль измерительной скважины на выбранные интервалы.

Таким образом, предложенный способ с помощью предложенного устройства обеспечивают выделение зоны повышенных напряжений в массиве горных пород и решают поставленную техническую задачу – повышение достоверности способа выделения зоны повышенных напряжений и снижение его трудоемкости за счет регистрации импульсов ЭМИ непосредственно в измерительной скважине.

Целесообразно одновременно с формированием цифрового сигнала формировать световой и звуковой сигналы о возрастании величины N_i с течением времени с помощью канала сигнализации упомянутого регистратора сигналов ЭМИ. Для этого целесообразно регистратор сигналов ЭМИ в устройстве снабдить каналом сигнализации, включающим формирователь порогового напряжения, подключенный входом к выходу указанного детектора, а выходом – к первому входу компаратора, второй вход которого подключен к выходу указанного детектора. Выход компаратора соединен со входами первого и второго генераторов прямоугольных импульсов, выходы которых соединены соответственно со световым и звуковым сигнализаторами.

Световая и звуковая сигнализации повышают достоверность выделения зоны повышенных напряжений в массиве горных пород.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется примером конкретного выполнения и чертежами фиг.1, 2, где на фиг.1 приведен продольный разрез измерительной скважины с размещенным в ней преобразователем сигналов ЭМИ, а перед ее устьем – регистратором сигналов ЭМИ упомянутого устройства для измерения в скважинах сигналов ЭМИ горных пород, а на фиг.2 – блок-схема рассматриваемого устройства.

Заявленный способ выделения зоны повышенных напряжений в массиве горных пород на основе регистрации ЭМИ в скважинах реализуют с помощью заявляемого устройства 1 для измерения в скважинах сигналов ЭМИ горных пород (фиг.1 и фиг.2).

Устройство 1 состоит из преобразователя 2 сигналов ЭМИ (далее – преобразователь 2), выполненного в виде отдельного блока, который размещают в измерительной скважине 3, пробуренной в массиве горных пород 4 в стенке горной выработки, и регистратора 5 сигналов ЭМИ (далее – регистратор 5), который размещают перед устьем измерительной скважины 3. При этом преобразователь 2 и регистратор 5 устанавливают на диэлектрической штанге 6 и соединяют между собой гальванической связью с помощью экранированного кабеля 7. При этом преобразователь 2 устанавливают на одном конце диэлектрической штанги 6, размещенном в измерительной скважине 3 на участке массива горных пород 4 с повышенным трещинообразованием, причем трещины 8 в массиве горных пород вокруг скважины 3 являются генераторами ЭМИ, а регистратор 5 установлен на противоположном конце диэлектрической штанги 6.

Преобразователь 2 содержит приемную магнитную дифференциальную антенну (далее – антенна) в виде двух согласно намотанных на общем ферритовом стержне 9 приемных катушек 10 и 11, выводы которых подключены к двум информационным входам измерительного усилителя 12, и источник питания 13, нулевая шина 14 которого заземлена и подключена к общей точке соединения приемных катушек 10 и 11 и к средней точке измерительного усилителя 12.

Регистратор 5 содержит последовательно соединенные операционный усилитель 15, расширитель 16 полосы пропускания частот, детектор 17, АЦП 18 и ЖКИ 19. При этом вход операционного усилителя 15 соединен экранированным кабелем 7 с выходом измерительного усилителя 12 преобразователя 2.

Канал сигнализации регистратора 5 включает формирователь 20 порогового напряжения, подключенный к выходу детектора 17, выход формирователя 20 порогового напряжения подключен к первому входу компаратора 21, ко второму входу которого подключен выход детектора 17, а выход компаратора 21 соединен со входами генераторов 22 и 23 прямоугольных импульсов. Выход генератора 23 подсоединен ко входу светового сигнализатора 24, а выход генератора 22 – ко входу звукового сигнализатора 25.

Блок регистрации 5 имеет источник 26 питания.

Работа устройства для измерения в скважинах сигналов ЭМИ горных пород для выделения зоны повышенных напряжений в массиве горных пород 4 основана на регистрации сигналов ЭМИ горных пород в измерительных скважинах 3, пробуренных в стенках подземных горных выработок, и состоит в следующем.

В массиве 4 горных пород вокруг измерительной скважины 3, являющейся концентратором механических напряжений, образуются трещины 8, на свежеобразованных поверхностях которых за счет вылета тепловых электронов формируются электрические заряды, при движении и колебании которых возникает ЭМИ, которое, распространяясь в пространстве измерительной скважины 3, воздействует на приемные катушки 10 и 11 преобразователя 2. Сигналы ЭМИ с последних в противофазе подают на входы измерительного усилителя 12.

Антенна выполнена активной за счет введения измерительного усилителя 12 и источника 13 питания. Измерительный усилитель 12 служит для подавления синфазных помех, наведенных в приемных катушках 10 и 11 от внешних источников сторонних ЭДС, а также для усиления сигнала ЭМИ. При этом сигналы ЭМИ, снимаемые с выходов приемных катушек 10 и 11, поступают соответственно на прямой и инверсный входы измерительного усилителя 12.

Сигналы ЭМИ с выхода измерительного усилителя 12 поступают на вход операционного усилителя 15 регистратора 5 по коаксиальному кабелю 7, чем обеспечивают гальваническую связь между преобразователем 2 и регистратором 5. Усиленные сигналы с выхода операционного усилителя 15 через последовательно соединенные расширитель 16 полосы пропускания частот сигналов ЭМИ, детектор 17, АЦП 18 поступают на вход ЖКИ 19, где в цифровом коде высвечиваются амплитудные значения интенсивности сигналов ЭМИ, интегрально усредненные на фиксированном промежутке времени Т=1 с.

Операционный усилитель 15 обеспечивает согласование входной цепи преобразователя 2 сигналов ЭМИ и цепей регистратора 5 и необходимое усиление сигналов. Расширитель 16 полосы пропускания частот сигналов ЭМИ обеспечивает восстановление полосы пропускания принимаемых частот в регистрируемом сигнале ЭМИ. Детектор 17 (амплитудный детектор) обеспечивает выпрямление сигнала ЭМИ с тем, чтобы зафиксировать его в фиксирующей (интегрирующей) цепи в виде некоторой площади, пропорциональной интенсивности измеряемого сигнала ЭМИ. Сигнал с выхода детектора 17 поступает на вход АЦП 18, с выхода которого в цифровой форме в В/м в виде суммы интегрально усредненных амплитуд сигнала за фиксированный промежуток времени (1 с) высвечивается на табло ЖКИ 19.

Дискрету младшего двоичного разряда АЦП 18 или цену деления шкалы устройства 1 для измерения в скважинах сигналов ЭМИ горных пород при выделении зоны повышенных механических напряжений в массиве 4 горных пород на основе регистрации ЭМИ горных пород в измерительной скважине 3 выбирают из условия двукратного превышения частоты опроса (дискретизации) АЦП над максимальной частотой принимаемого сигнала ЭМИ. Так, при приеме сигнала ЭМИ с максимальной частотой, например 70 кГц, частота сигнала дискретизации АЦП должна быть не менее 140 кГц.

В исходном состоянии с выхода генераторов 22 и 23 прямоугольных импульсов подают запрещающий сигнал, в результате чего на выходах генераторов 22, 23 прямоугольных импульсов будет нулевой потенциал. При этом звуковой 24 и световой 25 сигнализаторы не включаются. При резком повышении сигнала ЭМИ, вызванном, например, повышенным образованием трещин 8, напряжение на выходе детектора 17 повышается, и при повышении выходного напряжения формирователя 20 порогового напряжения срабатывает компаратор 21, снимающий запрет со входа управления генераторами 22, 23 прямоугольных импульсов.

С выхода генератора 22 импульсы напряжений прямоугольной формы частотой 10 кГц поступают на вход звукового сигнализатора 25, а с выхода генератора 23 импульсы напряжения прямоугольной формы частотой 4 кГц поступают на вход светового сигнализатора 24. Включаются указанные сигнализаторы 24 и 25, работа которых будет продолжаться до тех пор, пока не исчезнет аварийный сигнал ЭМИ.

Назначение канала сигнализации состоит в своевременном, в том числе аварийном, режиме выдавать информацию о внезапном или постоянном возрастании интенсивности сигналов ЭМИ. Это может происходить при постоянном росте напряжений в контролируемом участке массива 4, например, на стадии подготовки динамического проявления, например, горного удара, а также при быстром разрушении горных пород в результате отслаивания или готовящегося локального обрушения породы.

Реализация расширителя 16 полосы пропускания частот сигналов ЭМИ может осуществляться известными методами: использованием фильтров сосредоточенной селекции в области высоких частот, набором дифференцирующих и интегрирующих RC-цепей с применением разделительных операционных усилителей в области низких частот, применением гираторов и т.д.

В рассматриваемом случае расширитель 16 полосы пропускания частот сигналов ЭМИ выполнен в виде интегрирующей RC-цепи с большой постоянной времени, установленной в цепи обратной связи операционного усилителя 15. Тем самым осуществлен подъем характеристики коэффициента усиления в сторону высоких частот и увеличение полосы пропускания частот сигналов ЭМИ до принятых границ 70 Гц ÷ 70 кГц диапазона.

Выделение зоны повышенных напряжений в массиве горных пород осуществляют путем бурения измерительной скважины, размещения перед ее устьем регистратора сигналов ЭМИ, входящего с преобразователем сигналов ЭМИ в устройство для измерения в скважинах сигналов ЭМИ горных пород и имеющего с указанным преобразователем гальваническую связь, формирование цифрового сигнала с помощью АЦП и ЖКИ регистратора сигналов ЭМИ, поинтервальное измерение величины N_i интенсивности ЭМИ на i-м интервале с помощью упомянутого устройства для измерения сигналов ЭМИ, сравнение величины N_l интенсивности ЭМИ на первом интервале с критической величиной N_k интенсивности ЭМИ, характерной для данных горно-геологических условий, и определение наибольшей из них. При этом выполненный в виде отдельного блока преобразователь сигналов ЭМИ размещают в измерительной скважине с помощью диэлектрической штанги, установив его на одном ее конце, а соединенный с ним экранированным кабелем регистратор сигналов ЭМИ размещают на противоположном ее конце, при этом поинтервальное измерение величины интенсивности N_i производят путем поинтервального перемещения упомянутого преобразователя в измерительной скважине с помощью упомянутой диэлектрической штанги. Для упрощения этой операции на диэлектрической штанге наносят метки через промежутки, равные длине выбранных интервалов измерения величин интенсивности ЭМИ. Сравнение величин N_2…n интенсивности ЭМИ, начиная со второго интервала до n-го, производят с наибольшей из предыдущих, определяя максимальную величину N_max, которую принимают за критическую величину N^‘ _k для данного массива горных пород. Границы зоны повышенных напряжений определяют по минимальной величине N_min интенсивности ЭМИ из соотношения N_min=0,8N^‘ _k.

Протяженность зоны повышенных напряжений принимают равной расстоянию между интервалами с величинами N_min интенсивности ЭМИ, расположенными с противоположных сторон относительно интервала с величиной N_max. Из анализа экспериментальных данных N_min определяют по соотношению N_min=0,8N^‘ _k. Коэффициент 0,8 принят из условия исключения заведомо малых величин интенсивности ЭМИ, не влияющих на решение поставленной технической задачи.

Одновременно с формированием цифрового сигнала формируют световой и звуковой сигналы о возрастании величины N_i с течением времени с помощью канала сигнализации упомянутого регистратора ЭМИ.

Выделение зоны повышенных напряжений в массиве 4 горных пород в рассматриваемом способе основано на формировании деформируемой породой ЭМИ, связанного с процессом трещинообразования в напряженном материале. Экспериментально на образцах и в массиве горных пород установлено: чем выше напряжения в локальном участке породного массива 4, тем выше интенсивность процесса трещинообразования и, соответственно, тем выше интенсивность регистрируемого ЭМИ. И наоборот, чем выше регистрируемая интенсивность ЭМИ, тем выше механические напряжения в данном локальном участке массива 4.

Формула изобретения

1. Способ выделения зоны повышенных напряжений в массиве горных пород, включающий бурение измерительной скважины, размещение перед ее устьем регистратора сигналов электромагнитного излучения (ЭМИ), входящего с преобразователем сигналов ЭМИ в устройство для измерения в скважинах сигналов ЭМИ горных пород и имеющего с указанным преобразователем гальваническую связь, формирование цифрового сигнала с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и жидкокристаллического индикатора (ЖКИ) регистратора сигналов ЭМИ, поинтервальное измерение величины N_i интенсивности ЭМИ горных пород на i-м интервале с помощью упомянутого устройства для измерения сигналов ЭМИ, сравнение величины N₁ интенсивности ЭМИ на первом интервале с критической величиной N_k (интенсивности ЭМИ, характерной для данных горно-геологических условий, и определение наибольшей из них, отличающийся тем, что выполненный в виде отдельного блока преобразователь сигналов ЭМИ размещают в измерительной скважине с помощью диэлектрической штанги, установив его на одном ее конце, а соединенный с ним экранированным кабелем регистратор сигналов ЭМИ размещают на противоположном ее конце, при этом поинтервальное измерение величины интенсивности N_i производят путем поинтервального перемещения упомянутого преобразователя в измерительной скважине с помощью указанной диэлектрической штанги, а сравнение величин N₂…_n интенсивности ЭМИ, начиная со второго интервала до n-го, производят с наибольшей из предыдущих, определяя максимальную величину N_max, которую принимают за критическую величину N_k для данного массива горных пород, причем границы зоны повышенных напряжений определяют по минимальной величине N_min интенсивности ЭМИ из соотношения N_min=0,8N_k.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что одновременно с формированием цифрового сигнала формируют световой и звуковой сигналы о возрастании величины N_i с течением времени с помощью канала сигнализации упомянутого регистратора сигналов ЭМИ.

3. Устройство для измерения в скважинах сигналов ЭМИ горных пород, включающее соединенные гальванической связью преобразователь сигналов ЭМИ и регистратор сигналов ЭМИ, содержащий источник питания, средняя точка которого заземлена, операционный усилитель и последовательно соединенные детектор, АЦП и ЖКИ, отличающееся тем, что преобразователь сигналов ЭМИ содержит приемную магнитную дифференциальную антенну в виде двух согласно намотанных на ферритовом стержне приемных катушек, выводы которых подключены к информационным входам измерительного усилителя, и источник питания, нулевая шина которого заземлена и подключена к общей точке соединения упомянутых приемных катушек и средней точке измерительного усилителя, при этом элементы преобразователя сигналов ЭМИ заключены в диэлектрический корпус и размещены на одном конце диэлектрической штанги, на противоположном конце которой размещен регистратор сигналов ЭМИ, а гальваническая связь между упомянутыми преобразователем и регистратором выполнена экранированным кабелем, причем между операционным усилителем и детектором регистратора сигналов ЭМИ подключен расширитель полосы пропускания частот сигналов ЭМИ.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что регистратор сигналов ЭМИ в нем снабжен каналом сигнализации, включающим формирователь порогового напряжения, подключенный входом к выходу указанного детектора, а выходом – к первому входу компаратора, второй вход которого подключен к выходу указанного детектора, при этом выход компаратора соединен со входами первого и второго генераторов прямоугольных импульсов, выходы которых соединены соответственно со световым и звуковым сигнализаторами.

РИСУНКИ