Измерение коэффициента затухания акустического излучения от работающего проходческого комбайна в угольной шахте
Автор: Шадрин А.В.
Журнал: Горные науки и технологии @gornye-nauki-tekhnologii
Рубрика: Свойства горных пород. Геомеханика и геофизика
Статья в выпуске: 2 т.11, 2026 года.
Бесплатный доступ
Актуальность данного исследования обусловлена необходимостью повышения достоверности прогноза геогазодинамических явлений в угольных шахтах акустическими методами путем их совершенствования. Для этого необходимы методы определения основных параметров, определяющих распространение акустических волн по углепородному массиву. К их числу относится коэффициент затухания звука. Цель: обосновать алгоритм измерения в шахтных условиях коэффициента затухания акустического излучения в диапазоне частот, используемом для прогноза ГДЯ. Для достижения указанной цели на одной из шахт Кузбасса с помощью многоканальной аппаратуры Микон-ГЕО регистрировался спектр «шума» работающего проходческого комбайна сейсмоприемниками, установленными на расстоянии соответственно 11; 21; 31; 47,7; 57,7 и 67,7 м от забоя выработки. Установлено, что благодаря интерференции продольной и поперечной волн и их отражений от границ раздела угольного пласта и вмещающих пород зависимость коэффициента затухания звука линейчатого спектра с окном суммирования гармоник в 20 Гц не возрастает линейно с частотой, как это имеет место в однородном твердом теле безграничных размеров, а приобретает немонотонный характер. Это приводит к погрешности оценки напряженного состояния массива методами, основанными на спектральном анализе шума работающего горного оборудования. Для устранения указанного недостатка предложено определять коэффициент затухания в частотных окнах, соответствующих одной гармонике, равных не менее чем 200 Гц. Причем время усреднения амплитуд спектральных составляющих предложено брать равным интервалу между циклами остановки комбайна для крепления бортов выработки. Для условий эксперимента это позволило получить линейный характер возрастания коэффициента затухания звука в экстраполированном диапазоне частот 0–700 Гц с коэффициентом детерминации 0,997.
Геогазодинамические явления, текущий прогноз, критерий опасности, акустическое излучение, алгоритм определения, коэффициент затухания, интерференция волн, спектральный анализ, временное окно, частотное окно
Короткий адрес: https://sciup.org/140315720
IDR: 140315720 | УДК: 622.831.322 | DOI: 10.17073/2500-0632-2025-11-1058
Measurement of the attenuation coefficient of acoustic signals generated by an operating roadheader in a coal mine
This study is motivated by the need to improve the reliability of predictions of gasogeodynamic phenomena (GGP) in coal mines by refining acoustic prediction methods. This requires methods for determining the key parameters governing acoustic-wave propagation through the coal-rock mass, including the acoustic attenuation coefficient. The objective was to justify an algorithm for measuring the acoustic attenuation coefficient under mine conditions over the frequency range used for GGP prediction. To this end, the noise spectrum generated by an operating roadheader was recorded at a Kuzbass mine using the multichannel Mikon-GEO system and geophones installed 11, 21, 31, 47.7, 57.7, and 67.7 m from the roadway face. The results showed that, owing to interference among longitudinal and shear waves and waves reflected from the coal seam-host rock interfaces, the attenuation coefficient calculated from a line spectrum by summing harmonic amplitudes within 20-Hz frequency windows did not increase linearly with frequency, as expected for an unbounded homogeneous solid, but instead varied nonmonotonically. This introduces errors into rock-mass stress estimates obtained using methods based on spectral analysis of noise generated by operating mining equipment. To eliminate this source of error, it was proposed that the attenuation coefficient be determined after summing the harmonic amplitudes within frequency windows at least 200 Hz wide. It was also proposed that the averaging time for the amplitudes of the spectral components correspond to the roadheader operating interval between successive stoppages for roadway support installation. Under the experimental conditions, this approach produced a linear increase in the acoustic attenuation coefficient over the extrapolated frequency range of 0–700 Hz, with a coefficient of determination of 0.997.
