147248. lajstromszámú szabadalom • Bányabiztonsági jelzőrendszer gázkitörés és karsztvízbetörés, valamint bányabeli omlások megelőző mérésére és előjelzésére

Megjelent 1960. július 15. ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMI LEÍRÁS 147.248. SZÁM 21. g. 1-16. OSZTÁLY — KA—775. ALAPSZÁM Bányabiztonsági jelzőrendszer gázkitörés és karsztvízbetörés, valamint bányabeli omlások megelőző mérésére és előjelzésére Kálmán György bányamérnök, Budapest és Kálmán István elektromérnök, Budapest A bejelentés napja: 1958. szeptember 1. A földalatti bányaművelésnél gyakran olyan váratlan elemi erők támadják meg az ott dolgozókat (gázkitörés, karsztvízbetörés és kőzetomlás), melyek ellen ez ideig megfelelően védekezni nem tudtak. A tudomány mai állása szerint ezeknek méréssel, műszerekkel való előjelzése megbízhatóan még nincs megoldva. Kísérletek folytak szerte a világon pl. egyes vetődéseknek rádióhullámokkal, vagy akusztikus hullámokkal való felderítésére és ezzel próbáltak információt nyerni a rétegek geológiai struktúrájáról. Ezek a kísérletek vagy impulzusmodulált (Lökátorelv), vagy frekvenciamodulált rádióadókkal (Altimeter-elv) történtek. Kielégítő eredményeket mindeddig nem értek el. Az ultrahangos keresők az irodalmi adatok szerint általában nehezen kiértékelhető eredményeket adtak. A szeizmikus mérések is csak kőzetstruktúrákról adnak kellő információt. A felsorolt mérési eljárások egyike sem nyújtott kellő támpontot a bányászatot veszélyeztető elemi erők előrejelzésére, és lehetőséget a preventív védőintézkedések megtételére. Az általunk kikísérletezett és a találmány tárgyát képező eljárás és berendezés a fenti elvekkel szemben abból a tapasztalatból indul ki, hogy gázkitörést, vízbetöréseket, bányaomlást, megelőzőleg a kőzet belső feszültségváltozást szenved és egyes részecskéi már a katasztrófa bekövetkezte előtt mikroelmozdulásokat szenvednek és ezek műszerekkel érzékelhetők. A kőzetben beállott feszültségváltozás hatására a kőzetek szemcséinek elmozdulása füllel nem hallható erősségű, de műszerrel fegfogható rezgéseket, hangokat ad, ami jelentős távolságról már érzékelhető. Ezeket a füllel nem hallható, de műszerrel érzékelhető „hangokat" a kőzetbe megfelelően elhelyezett különleges mikrofonnal észlelhetjük. A mikrofonban létrejött elektromos jel őket egy a célnak megfelelően kialakított, hordozható (kb. 80— 100 db erősítésű) erősítő és fülhallható érzékelhetővé teszi. A műszerekben keltett jelenségek ugyanakkor közvetlen oszcilloszkopikus leolvasással láthatóvá tehetők, valamint oszcillográffal, vagy mágneses hangerősítés útján (magnetofon) közvetve regisztrálhatók, hogy az eredmények utólag is rekonstruálhatók legyenek. Kísérleteink eredményeképpen megállapítható, hogy a kőzetben állandó feszültségviszonyok esetén a műszer egy meghatározott, a környezetre jellemző zajt jelez. Ez a zaj hasonló az elektroncső-technikában ismert „fehérzaj" spektrumához. A kőzetnyomás növekedésekor, tehát feszültség növekedésekor a zajspektrum amplitúdója folyamatosan nő, ugyanakkor megjelennek impulzusszerű nagyobb zajamplitudók, melynek frekvenciája nagyobb (tehát nemcsak amplitúdó, hanem frekvencia-modulációs effektus is jelentkezik). A zajszint a kőzet mindenkori feszültségi állapotával arányos. A jelentkező impulzusok a gáz-, víz-, vagy kőzetnyomás hatására létrejött — maradó deformációt is jelentő — mikroelmozdulások következményei. A jelenségek igazolására próbapadon kőzetmintákat nyomáspróbának vetve alá, a találmány tárgyát képező eljárással végzett mérések qualitative és quantitative jól kiértékelhetők, ezáltal veszélyes gáz-, víz-, valamint kőzetnyomás előrejelzése megtörténhet. A találmány részletes ismertetéséhez a következő ábrák szolgálnak. 1. és 2. ábra: a mérés elvi blokk-sémája, 3. ábra: az érzékelő mikrofon egyik kiviteli alakja, 4. ábra: az általunk felvett kísérleti eredmények egyes oszeillogramjai. A mérés az elemi kőzetelmozdulásoknak füllel nem hallható hangjaínak az 1. ábrán ábrázolt különleges mikrofonnal 1 történő érzékelésére, erősítésére 3, majd az erősített jelnek fülhallgatóval 5, illetőleg oszcilloszkóppal, vagy oszcillográffal 6 történő kiértékelésére, vagy magnetofonnal 7 történő rögzítésére és utólagos kiértékelésére szolgál. A fenti célra szolgáló berendezésnek példaként egyik kiviteli alakja az 1. ábrán vázolt összeállításban működik. Kőzetfalba lyukat kell fúrni, melybe az 1 érzékelő mikrofon kerül elhelyezésre.