О применении метода акустической эмиссии для исследования устойчивости сопряжений выработок
Повідомляється про методичне та апаратне забезпечення досліджень акустичної емісії навколо сполучень з метою розробки засобів моніторингу стану виробок, що будуть повторно використані. Застосування сейсмоакустичного моніторингу допоможе обрати належні параметри способу укріплення довкілля виробки. E...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Геотехническая механика |
|---|---|
| Datum: | 2007 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України
2007
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31432 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | О применении метода акустической эмиссии для исследования устойчивости сопряжений выработок / О.Д. Кожушок, Б.М. Деглин // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2007. — Вип. 73. — С. 70-76. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859994839415783424 |
|---|---|
| author | Кожушок, О.Д. Деглин, Б.М. |
| author_facet | Кожушок, О.Д. Деглин, Б.М. |
| citation_txt | О применении метода акустической эмиссии для исследования устойчивости сопряжений выработок / О.Д. Кожушок, Б.М. Деглин // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2007. — Вип. 73. — С. 70-76. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | Повідомляється про методичне та апаратне забезпечення досліджень акустичної емісії навколо сполучень з метою розробки засобів моніторингу стану виробок, що будуть повторно використані. Застосування сейсмоакустичного моніторингу допоможе обрати належні параметри способу укріплення довкілля виробки.
Equipment and methodology for conducting acoustic emission research around conjugations is described. The goal is to develop means of monitoring the state of the courses being re-used. Conducting seismoacoustic monitoring would allow to choose a proper rock reinforcement method.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:32:58Z |
| format | Article |
| fulltext |
70 Выпуск № 73
УДК 622.273
О.Д. Кожушок, Б.М. Деглин
О ПРИМЕНЕНИИ МЕТОДА АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ
ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ СОПРЯЖЕНИЙ
ВЫРАБОТОК
Повідомляється про методичне та апаратне забезпечення досліджень акустичної емісії
навколо сполучень з метою розробки засобів моніторингу стану виробок, що будуть повтор-
но використані. Застосування сейсмоакустичного моніторингу допоможе обрати належні
параметри способу укріплення довкілля виробки.
USING ACOUSTIC EMISSION METHOD IN CONJUGATION
STABILITY RESEARCH OF DRIFTS
Equipment and methodology for conducting acoustic emission research around conjugations is
described. The goal is to develop means of monitoring the state of the courses being re-used. Con-
ducting seismoacoustic monitoring would allow to choose a proper rock reinforcement method.
Повторное использование подготовительных выработок – один из факторов,
определяющих эффективность всего комплекса горных работ. Деформации
контура выработки особенно интенсивны в створе движущихся лав. Оптими-
зация технологических операций, направленных на охрану выемочных штре-
ков на сопряжениях с лавами остается актуальной научной и практической
проблемой, поскольку приемлемы только экономически оправданные способы
охраны выработок.
Нарушение баланса природных сил при вторжении горной выработки в но-
вую область массива немедленно вызывает группу процессов, направленных на
установление нового равновесия в массиве. Напряжения, действующие в окре-
стности горной выработки на глубине около километра и более, превосходят
пределы краткосрочной и долговременной прочности горных пород угленосной
толщи. Поэтому разрушение (неустойчивость) горных выработок можно счи-
тать закономерным следствием ведения горных работ. Процессы разрушения
имеют различную скорость и направление и, теоретически, могут закончиться
только с полным разрушением выработки. Таким образом, инженерная и науч-
ная задачи заключаются в обеспечении устойчивости выработок на все время
их эксплуатации.
Решение этой проблемы зависит, в частности, от реализации схемы измере-
ний параметров, описывающих деформационные процессы, сопровождающие
перераспределение напряжений в окрестности горных выработок. Среди разно-
образного арсенала технических средств, позволяющих описать поведение мас-
сива горных пород, методика и аппаратура, предназначенные для регистрации
акустической эмиссии (АЭ) из угленосной толщи [1], имеют ряд принципиаль-
ных преимуществ:
- датчики такой аппаратуры устанавливают в окрестности того объекта, по-
ведение которого представляет наибольший интерес, регулируя чувствитель-
ность аппаратуры можно обеспечить благоприятное соотношение между по-
лезными сигналами и помехами;
"Геотехническая механика" 71
- наблюдения АЭ проводятся, практически, без помех основным технологи-
ческим операциям;
- наблюдения АЭ проводятся без перерывов в течение длительного периода
и, таким образом, это единственный способ наблюдения массива, к которому
термин «мониторинг» может быть применен без всяких оговорок;
- результаты наблюдений представляют собой временные ряды АЭ, к анали-
зу которых можно использовать многочисленные технические и программные
средства, позволяющие анализировать, как частные данные (структуру отдель-
ных событий АЭ) так и глобальные параметры всего временного ряда;
- аппаратура, предназначенная для наблюдений АЭ, реализует режим «чер-
ного ящика» для результатов наблюдений, что позволяет многократно возвра-
щаться к анализу данных.
Как известно, акустическая эмиссия является непременным спутником про-
цессов конвергенции боковых пород, окружающих движущийся забой. Уста-
новлено, что на данном выемочном или проходческом участке между скоро-
стью конвергенции и количеством событий АЭ в единицу времени (активно-
стью АЭ) существует положительная линейная корреляция [2]. С другой сто-
роны, процессы зависания и обрушения различных слоев, подработанных по-
род имеют периодический характер. Периодичность зависаний и обрушений
определяются как условиями залегания, толщиной и прочностью пород каждо-
го слоя, так и различными горнотехническими параметрами (способом выемки,
способом управления кровлей, влиянием работ на смежных пластах и т. д.).
Явление периодического зависания и обрушения слоев основной и непосредст-
венной кровли в очистных забоях хорошо известно из практики отработки
угольных пластов. Его суть заключается в том, что по мере подвигания лавы
увеличивается площадь обнажения кровли (длина консоли) зависающих над
выработанным пространством пород, которые заканчиваются обрушением.
Предельная длина консоли, или шаг обрушения непосредственной кровли все-
гда меньше шага обрушения основной. Интенсивность проявлений горного
давления, связанных с зависанием и обрушением непосредственной кровли
значительно меньше, чем аналогичное влияние основной кровли. Сочетание
влияний зависающих основной и непосредственной кровли, в основном, предо-
пределяет динамику напряженно-деформированного состояния массива в окре-
стности очистного забоя. Развитие напряжений и деформаций во времени от-
ражает взаимодействие основной и непосредственной кровли с угольным пла-
стом. Известны также тренды напряжений, связанные с сезонными явлениями и
с влиянием слоев пород, залегающих выше пород основной кровли.
В результате сочетания различных факторов временные ряды АЭ имеют ха-
рактер сложной суперпозиции периодических процессов [3]. При достаточно
длительных наблюдениях во временных рядах АЭ можно выделить особенно-
сти, связанные с горнотехническими факторами, влияющими на поведение вме-
щающих пород и, следовательно, на устойчивость выработок. Нет никаких ос-
нований сомневаться в том, что различные системы охраны выработок по-
разному влияют на параметры АЭ. Иными словами, временные ряды АЭ явля-
72 Выпуск № 73
ются отражением процессов в массиве в окрестности сопряжений и их пара-
метры могут быть использованы при оптимизации технологии поддержания
выработок в конкретных горно-геологических условиях. В задаче охраны со-
пряжений с помощью литых полос и принудительного обрушения пород кров-
ли режущей кромкой этих полос наиболее узким местом является определение
момента времени, когда такое обрушение наиболее эффективно. Наблюдения
АЭ и обработка этих наблюдений помогут определить ситуации, в которых ре-
жущая кромка выполняет своё предназначение наиболее эффективно.
Анализу временных рядов посвящена обширная техническая литература [4,
5] и разнообразное программное обеспечение для анализа с помощью вычисли-
тельных машин. С математической точки зрения временные ряды АЭ
N(t)N = представляют собой нецентрированную последовательность отсче-
тов. По сложившейся традиции методами тренданализа из этой последователь-
ности выделяют постоянную составляющую временного ряда и по ней судят о
глобальных параметрах поведения кровли: о шаге обрушений и относительной
интенсивности напряжений в окрестности забоя.
На любом, практически значимом интервале наблюдений временной ряд
АЭ удовлетворяет условиям Дирихле. Наиболее эффективным способом анали-
за этого ряда является спектральный анализ. Представление исходных данных
рядом Фурье на конечных отрезках времени позволяет выделить постоянную
составляющую относительной механической нагрузки на забой, а также ампли-
туды и фазы периодических составляющих:
,)sincos()( 0 ∑ ++= ntBntAAtN nn
где 0A - постоянная составляющая; nA ,
nB - амплитуды периодических составляющих.
Модуль n-ой составляющей:
.22
nnn BAM +=
При необходимости, можно использовать также спектральный и временной
анализ отдельных событий АЭ. Изменение масштабов разрушения может быть
проконтролировано по энергии и длительности событий АЭ, а изменения в ме-
ханизме отдельных разрушений – по особенностям их спектров.
Таким образом, процесс генерации импульсов АЭ в призабойной части пла-
ста есть часть от общих геомеханических процессов. Параметры акустической
эмиссии – это поток объективной информации об этих процессах, который мо-
жет быть доступен при квалифицированных наблюдениях. Мониторинг АЭ на
сопряжениях лав со штреками поможет понять сущность деформационных
процессов, и разработать технологические приемы поддержания выработок с
целью обеспечения их повторного использования.
"Геотехническая механика" 73
Звукоулавливающая аппаратура «ЗУА-98» в комплексе с аппаратно-
программным комплексом для регистрации и анализа данных известна в уголь-
ной промышленности Донбасса, как Автоматизированное Рабочее Место
(АРМ) оператора сейсмоакустического прогноза. По комплексу технических
параметров аппаратура превосходит все известные аналоги. Практическое при-
менение этой аппаратуры показало высокую эксплуатационную надежность и
малые трудозатраты по обслуживанию. Передача информации осуществляется
по выделенной паре телефонных проводов шахтной линии связи. Передатчики
этой аппаратуры располагают вблизи от наблюдаемого объекта, а регистрацию
и обработку информации ведут на поверхности. Применительно к задаче на-
блюдения устойчивости сопряжений, целесообразно установить передатчик ап-
паратуры на стойке механизированной крепи (рис. 1), что обеспечит стабиль-
ные условия проведения экспериментов при минимальной трудоемкости подго-
товительных операций и операций по обслуживанию звукоулавливающей ап-
паратуры.
1 – передатчик; 2 – фиксирующее приспособление
Рис. 1 - Установка передатчика звукоулавливающей аппаратуры
на стойку механизированной крепи.
Целесообразно использовать АРМы прогноза для оценки эффективности
различных способов повышения устойчивости выемочных штреков при очист-
ных работах высокой интенсивности. Организационно эту работу целесообраз-
но проводить не менее чем на двух добычных участках одновременно: на од-
ном участке с обычной скоростью подвигания забоя и на одном-двух с высо-
кой интенсивностью очистных работ. Ожидаемый результат таких работ – оп-
тимизация технологии поддержания выемочных штреков.
2
1
74 Выпуск № 73
Регистрация акустической активности массива происходит в автоматиче-
ском режиме. Накопление данных в собственной памяти аппаратуры может
происходить в течение интервала времени до 30 суток.
Обработка массива первичных данных имеет два уровня. На первом уровне
оператор в специальном журнале регистрирует акустическую активность мас-
сива, выраженную в количестве импульсов за единицу времени. Второй уро-
вень предполагает углубленную обработку хранящихся в памяти аппаратуры
сигналов с помощью специального программного обеспечения. Эффективным
методом является вейвлет-преобразование результатов наблюдений [6]. Вейв-
лет-преобразование ориентировано на ограниченные отрезки данных и пред-
ставляет собой способ разложения исходного ряда данных по так называемому
базисному семейству функций и дает возможность, подбирая базисные функ-
ции, существенно улучшить точность анализа результатов наблюдений и вы-
явить в наблюдениях скрытые периодичности. Результатом вейвлет-
преобразования функции одного переменного является функция двух перемен-
ных. Она определяет поверхность в пространстве, соответствующему (по осям)
временному масштабу и временной локализации. Изолинии на этой поверхно-
сти определяют соотношение спектральных компонент различного масштаба в
ходе развития изучаемого процесса.
Для вейвлет-анализа данные наблюдений трансформируют в виде зависимо-
сти количества импульсов АЭ на 1 метр подвигания забоя лавы. Из временного
ряда АЭ с помощью пакета прикладных программ MATLAB 6.5 получают про-
странственный ряд АЭ.
Исследования, выполненные в условиях шахты «Красноармейская-Западная
№ 1», показали высокую информативность описанного метода для оценки ва-
риаций полей напряжений в приконтурной зоне выработки.
На рис. 2 представлена вейвлет-диаграмма, полученная с помощью анали-
зирующего вейлета Мейера, на которой отображена зависимость периодиче-
ских пригрузок сопряжения 1-го северного конвейерного штрека блока № 3 от
положения забоя лавы. В процессе наблюдения были обследованы контрольные
участки, закрепленные только арочной крепью типа КМП-А3, а также экспе-
риментальный участок, на котором между рамами была установлена анкерно-
стяжная крепь (АСК).
Как следует из рассмотрения диаграммы, усиление крепи штрека привело
к существенному увеличению шага пригрузки - примерно до 53 метров против
29-30 метров на контрольных участках, что является свидетельством упрочне-
ния пород, укрепленных арочно-стяжной крепью. Дополнительную информа-
цию о пригрузках можно извлечь, изучая точки ветвления петель на диаграм-
ме. В соответствии со смыслом вейвлет-преобразования, такие точки свиде-
тельствуют о фрактальном характере изучаемого процесса: пригрузки с малым
шагом посадки «вложены» в пригрузки с большим шагом. Особенно отчетливо
фрактальный характер пригрузок-конвергенции вмещающих пород виден на
диаграмме, полученной с помощью анализирующего вейвлета Добеши (рис. 3),
на которой точки ветвления получены пересечением прямых линий.
"Геотехническая механика" 75
1-й северной лавы блока №3 пласта d4 на базе анализирующего вейвлета Мейера
Рис. 2 – Вейвлет-диаграмма результатов наблюдений в выемочном штреке
1-й северной лавы блока №3 пласта d4 на базе анализирующего вейвлета Добеши
Рис. 3 - Вейвлет-диаграмма результатов наблюдений в выемочном штреке
К
ол
ич
ес
тв
о
им
пу
ль
со
в
А
Э
Положение точки контроля
К
ол
ич
ес
тв
о
им
пу
ль
со
в
А
Э
Положение точки контроля
76 Выпуск № 73
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Анцыферов М.С. Сейсмоакустические исследования и проблема прогноза газодинамических явлений.
М.: Наука, 1971. – 136 с.
2. Паршиков Н.Б. Связь между сейсмоакустической активностью массива и смещением боковых пород в
очистных выработках // Уголь Украины. - 1974. - №2. - С. 43-44.
3. Ничипор М.В. и др. Особенности поведения пород кровли при отработке лав на больших глубинах //
Труды ДонНТУ, вып. № 54. Донецк, 2002. - С. 183-190.
4. Бриллинджер Д. Временные ряды. Обработка данных и теория. М.: Мир, 1980. - 536 с.
5. Бат М.. Спектральный анализ в геофизике. М.: Недра, 1980. - 535с.
4. Астафьева Н.М. Вейвлет - анализ. Основы теории и применения // УФН, т.166, вып. 11, 1996.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-31432 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-4556 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:32:58Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кожушок, О.Д. Деглин, Б.М. 2012-03-08T21:32:46Z 2012-03-08T21:32:46Z 2007 О применении метода акустической эмиссии для исследования устойчивости сопряжений выработок / О.Д. Кожушок, Б.М. Деглин // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2007. — Вип. 73. — С. 70-76. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31432 622.273 Повідомляється про методичне та апаратне забезпечення досліджень акустичної емісії навколо сполучень з метою розробки засобів моніторингу стану виробок, що будуть повторно використані. Застосування сейсмоакустичного моніторингу допоможе обрати належні параметри способу укріплення довкілля виробки. Equipment and methodology for conducting acoustic emission research around conjugations is described. The goal is to develop means of monitoring the state of the courses being re-used. Conducting seismoacoustic monitoring would allow to choose a proper rock reinforcement method. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України Геотехническая механика О применении метода акустической эмиссии для исследования устойчивости сопряжений выработок Using acoustic emission method in conjugation stability research of drifts Article published earlier |
| spellingShingle | О применении метода акустической эмиссии для исследования устойчивости сопряжений выработок Кожушок, О.Д. Деглин, Б.М. |
| title | О применении метода акустической эмиссии для исследования устойчивости сопряжений выработок |
| title_alt | Using acoustic emission method in conjugation stability research of drifts |
| title_full | О применении метода акустической эмиссии для исследования устойчивости сопряжений выработок |
| title_fullStr | О применении метода акустической эмиссии для исследования устойчивости сопряжений выработок |
| title_full_unstemmed | О применении метода акустической эмиссии для исследования устойчивости сопряжений выработок |
| title_short | О применении метода акустической эмиссии для исследования устойчивости сопряжений выработок |
| title_sort | о применении метода акустической эмиссии для исследования устойчивости сопряжений выработок |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31432 |
| work_keys_str_mv | AT kožušokod oprimeneniimetodaakustičeskoiémissiidlâissledovaniâustoičivostisoprâženiivyrabotok AT deglinbm oprimeneniimetodaakustičeskoiémissiidlâissledovaniâustoičivostisoprâženiivyrabotok AT kožušokod usingacousticemissionmethodinconjugationstabilityresearchofdrifts AT deglinbm usingacousticemissionmethodinconjugationstabilityresearchofdrifts |