[发明专利]用来评估岩体完好性的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及用来评估岩体的完好性(integrity)的方法和设备。该岩体可以是例如采矿工地(mine working)——诸如运输区(haulage)、盘区(panel)或者采场(stope)——中的顶壁(或顶)或者侧壁。

背景技术

许多地下伤害是由矿场中不稳定的岩体碎块的松动和掉落造成的。由于这个原因，具有如下装置被认为是重要的：借助该装置，在矿工进入采矿工地且暴露于来自掉落的岩石碎块的潜在伤害之前，可以评估岩体的完好性，或者说是稳定性。

一种多年来被使用的用以评估采矿工地中的岩体——通常是顶壁——的完好性的技术包括：用探棒(sounding bar)轻敲(tap)岩体；聆听所产生的声音；以及根据所听到的声音来评估该岩体的完好性。所听到的声音主要是由该岩体以及周围环境中的其他源——例如探棒——振动产生的声波造成的。该声音具有唯一的频率分布，为了确定该岩体的完好性，该频率分布必须被解释。

熟悉该技术的有经验的矿工知道，完好的(intact)岩体，即足够稳定从而被认为是安全的岩体，将用相对高频的声音来响应所施加的轻敲；而松动的(detached)岩体，即不是足够稳定从而被认为是安全的岩体，将用相对低频的声音来响应所施加的轻敲。

据此，如果有经验的矿工听到一个低频响应，他将把所研究的岩体归类为松动的或者不安全的，并且通常将规定，该岩体必须被隔离(barred down)以拆下松动的碎块，然后该区域才能被宣称是安全的。

但是，这一决策过程——即对岩体是否安全的评估——是主观且可能犯错误的。这样的错误可以归因于例如环境噪声等级、个人疲劳、经验缺乏、以及评估人的听力。

为了提供一种更客观的评估技术，US 4,598,588提出了一种松动岩石估测仪器，其中，用一个探棒敲击(strike)岩体。所产生的声学信号被一个与该岩体接触的加速度计捕获，并且所捕获的信号经过一个高频带通滤波器——其用于通过频率在特定范围3000Hz～3500Hz中的声学信号，以及一个低频带通滤波器——其用于通过频率在特定范围500Hz～1000Hz中的声学信号。经过这两个带通滤波器的信号被一个差分放大器进行比较。假设松动岩体将产生一个主要在所述特定低频范围中的声学信号，并且完好岩体将产生一个在所述特定高频范围中的声学信号，则对于完好岩体该差分放大器将在两个带通滤波器的输出之间探测到一个小的振幅差，而对于松动岩体则探测到一个较大的振幅差。根据所探测到的振幅差，该差分放大器输出一个指示该岩体的完好性的信号。

US 4,598,588的提案的一个问题是，它仅适用于产生处于预定频率范围内的声学信号的岩体，而在实际中，岩体的岩土力学性质(geotechnical property)在不同区域是迥异的，以致实际频率响应可能落在这些范围以外。据此，该美国专利中描述的仪器不适合应用于具有不同岩土力学性质的各区域。

旨在提供一种更客观的评估煤矿中岩体完好性的另一个提案是，由Rock Mechanics Technology Limited设计的所谓的声学能量计(Acoustic Energy Meter，AEM)。该AEM被放置为与岩体接触，并用锤子对该岩体施加撞击(impact)。该AEM探测声学响应，并基于声学信号的衰减率来评估该岩体的完好性。尽管该技术对于形成简单梁结构的松动岩体可以表现良好，但是这样的岩体在实际中，尤其是在硬质岩石环境——诸如存在于金矿和铂矿中的环境——中，是罕见的。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用来评估岩体的完好性的方法，该方法包括：

撞击该岩体；

捕获由于该撞击而产生的声学信号；

得出所捕获的声学信号的频率分布；

通过应用了人工智能的神经网络程序(process)，处理来自该频率分布的数据，以评估所输入的数据；和

呈现来自该神经网络程序的、指示该岩体的完好性的信号。

捕获该声学信号可包括，将该声学信号作为数字化时域信号来捕获。该方法可包括在环形缓冲器(circular buffer)中捕获该信号。

该方法可包括识别如下事件：所捕获的信号超过限定阈值(defined threshold value)。该限定阈值可以是，环形缓冲器中的所捕获的信号值的移动平均(moving average)——其由该环形缓冲器中捕获的背景噪声确定。

捕获该信号可包括，存储该事件的信号值。