МОДУЛЬНАЯ МНОГОКАНАЛЬНАЯ ШАХТНАЯ СЕЙСМОСТАНЦИЯ Российский патент 2024 года по МПК G01V1/00 G01V1/18 G01V1/24 

Предлагаемое изобретение относится к области геофизического приборостроения и может быть использовано при сейсмических исследованиях, обеспечивая безопасность работ в шахтах всех категорий, в том числе сверхкатегорийных, опасных по выбросам газа, пыли, угля и породы.

В настоящее время хорошо известен 24-разрядный сейсмограф "SUMMIT II Ex" немецкой фирмы DMT [SUMMIT II Ex [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://geosensor.com.au/product/summit-ii-ex/ - Загл. с экрана (дата обращения 15.05.2023)], построенный по модульному принципу с ноутбуком во взрывонепроницаемой оболочке. К одному дистанционному блоку сейсмографа подключаются два аналоговых зонд-геофона.

Однако полный комплект со всеми компонентами, зонд-геофонами и кабелем имеет вес более 200 кг, что в сочетании со сложностями доставки сейсмостанции к объекту исследования в шахте значительно затрудняет сейсмические наблюдения, особенно из одиночного забоя, делая зачастую их просто невозможными.

Беспроводная шахтная сейсмостанция института ИПКОН (Москва) [Белоусов Ф.С. Сейсмостанция беспроводная шахтная // Горный информационно-аналитический бюллетень, №11, 2016. - С. 361-364] не имеет схем искрозащиты, а безопасность станции обеспечивается путем ограничения силы тока короткого замыкания за счет внутреннего сопротивления высокоомных первичных элементов питания (батареек).

Однако трудно гарантировать, что пользователь будет использовать батарейки нужного типа и маркировки, а не применит менее высокоомные батарейки. А уж тем более возможна опасность применения низкоомных аккумуляторов большой емкости и получения тока короткого замыкания в тысячи раз больше безопасного.

Наиболее близкой является накопительная сейсмическая станция [Накопительная сейсмическая станция с цифровой коррекцией смещения нуля / Сенин Л.Н., Сенина Т.Е - заявка №2003115698/28; заявл. 26.05.2003], в которую входят такие узлы, как усилители, фильтры, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), устройство цифровой коррекции смещения нуля и для управления используются экран и клавиатура.

Однако она не является модульной, что ограничивает число подключаемых датчиков и их размещение. Также используемую схему смещения нуля невозможно использовать на частотах дискретизации 8 кГц и выше, т.к. вся операция цифровой коррекции смещения нуля для 24 сейсмических трасс занимает по времени 150-200 мс.

Задачей изобретения является уменьшение массы, габаритных размеров модулей (блоков) сейсмостанции и обеспечение безопасности работ в шахтах всех категорий.

Поставленная задача достигается тем, что платы питания блоков сейсмостанции имеют узлы искрозащиты с разработанными схемотехническими решениями ограничения силы тока аккумуляторов до искробезопасных параметров на управляемых шунтирующих полупроводниках без нагретых элементов и все блоки сейсмостанции соответствуют требованиям вида взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь «i», который дает возможность достичь:

- очень высокий уровень взрывозащиты оборудования Ма, что позволяет изделиям совершенно безопасно функционировать без снятия напряжения на них в присутствии взрывоопасной атмосферы;

- минимизировать габариты и вес оборудования, затраты на изготовление и эксплуатацию при максимальных эксплуатационных удобствах и технологичности изготовления (актуально для переносного оборудования).

Устройство поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображена схема подключения сейсмостанции;

на фиг. 2 - функциональная схема блока измерения.

Модульная многоканальная шахтная сейсмостанция без комплекта синхронизации и связи (фиг. 1) состоит из блока анализа (БА) для управления всеми режимами работы сейсмостанции, предварительного анализа принимаемых сигналов и блоков измерительных (БИ) для регистрации данных. К каждому БИ подключаются непосредственно два трехкомпонентных сейсмоприемника (СП) для ориентации по осям X, Y, Z или шесть однокомпонентных СП. Данные оцифровываются синхронно всеми блоками БИ по фазе сигнала. Фазу приходящего сигнала фиксирует датчик отметки момента (ДОМ), который располагается у источника возбуждения сейсмического сигнала. При перемещении источника возбуждения, ДОМ можно подключить к разъему А любого БИ. Блок измерительный (фиг. 2) имеет 6 каналов 1, в которые входят усилители, фильтры, ЦАП, цифро-аналоговая схема коррекции смещения нуля аналогового сигнала. Также БИ имеет АЦП 2, узел 3 процессорный и плату 4 питания.

Блоки питаются от встроенных аккумуляторов с устройствами защиты аккумуляторов от недопустимого разряда и перезаряда.

Обмен информацией между БА и БИ осуществляется по интерфейсу RS-422. Поэтому максимальная удаленность БА от последнего БИ составляет 1200 метров. Максимальное количество подключаемых блоков измерительных - 50, определяется возможностью используемых микросхем ADM2486 - драйверов RS-422. Для организации передачи данных на большое расстояние рекомендуется использовать экранированную витую пару, чтобы избежать влияния сторонних электромагнитных полей.

Устройство работает следующим образом.

Оператором в БА, с помощью клавиатуры и экрана, задаются параметры работы сейсмостанции, которые по интерфейсу передаются в каждый БИ, запоминаются и настраивают БИ для регистрации сигнала с СП. Перед началом записи данных проводится коррекция нуля аналогового сигнала отдельно для каждого канала путем оцифровки сигнала, математической обработки и смещением нуля сумматором сигналами цифровых потенциометров. Процесс коррекции итерационный по достижению заданного минимального порога или значения менее порога. При подаче с БА в БИ команды начала измерения, все БИ ждут сигнала с датчика отметки момента. ДОМ при возбуждении сейсмического сигнала запускает сразу все БИ на регистрацию данных. Запись и хранение файлов с данными в БИ осуществляется в энергонезависимой памяти (карта SD) процессорного узла.

В ФГБНУ «РАНИМИ» г. Донецк, ДНР был изготовлен вариант сейсмостанции из БА и двух БИ, получивший название аппаратно-аналитический комплекс ААК12, где 12 - количество подключаемых однокомпонентных СП.

В блоке анализа используется цветной TFT-дисплей и мембранная клавиатура. Все блоки используют микроконтроллер ATmega128-16. Частота дискретизации до 8 кГц. Для оцифровки данных используются эффективные 24 разряда: параллельный восьмиканальный АЦП 12 бит + ЦАП 12 бит.

ААК12 использует комплект синхронизации и связи, предназначенный для передачи сигнала синхронизации начала процесса записи сейсмосигналов, а также голосовой связи между оператором и помощником при большом удалении помощника от блоков измерительных, выполняющим сейсмическое возбуждение ударным способом исследуемого горного массива.

Конструктивные и схемотехнические решения ААК12 соответствуют требованиям межгосударственного стандарта ГОСТ 31610.11-2014 [GOST 31610.11-2014 (IEC 60079-11:2006). Электрооборудование для взрывоопасных газовых сред. Часть 11. Искробезопасная электрическая цепь - Введ. с 11.12.2016. - М.: ФГУП «Стандартинформ», 2014. - 91 с] и требованиям технического регламента Таможенного союза и Евразийского экономического сообщества (ЕАЭС) ТС 012/2011 «О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах» [Технический регламент таможенного союза TP ТС 012/2011 О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах. Утв. решением Комиссии Таможенного союза от 18.10.2011 г. №825. - 33 с].

Габаритные размеры: БА - 211×14×36 мм, БИ - 183×110×45 мм. Вес БА - 1.1 кг, БИ - 0.9 кг. Суммарный вес ААК12 с кабельным хозяйством, датчиками и комплектом синхронизации и связи составляет не более 20 кг, поэтому 2-3 человека достаточно легко доставляют уложенную в рюкзаки сейсмостанцию в любое место исследования в шахте. Если использовать более дорогой, но облегченный вариант кабеля, а также облегченный вариант датчиков на базе геофонов, то можно значительно уменьшить суммарный вес. Возможно использование традиционных сейсмических кос, которые подключаются через переходник к блокам измерительным, расположенным рядом.

Изобретение относится к области геофизического приборостроения. Сейсмостанция состоит из блока анализа и нескольких блоков измерительных, соединяющихся гибким кабелем, где в блок анализа входит дисплей, клавиатура, узел процессорный, а в каждый блок измерительный входит узел процессорный, плата с восьмиканальным параллельным АЦП, 6 каналов с усилителями, фильтрами, цифро-аналоговой схемой коррекции смещения нуля аналогового сигнала, и ЦАП, который совместно с АЦП обеспечивает эффективные 24 разряда (12 разрядов АЦП+12 разрядов ЦАП). К каждому блоку измерительному подключаются два трехкомпонентных сейсмоприемника для ориентации по осям X, Y, Z или шесть однокомпонентных сейсмоприемников. Данные оцифровываются синхронно всеми блоками измерительными по фазе сигнала. Фазу приходящего сигнала фиксирует датчик отметки момента, который располагается у источника возбуждения сейсмического сигнала. Датчик отметки момента можно подключить к любому из блоков измерительных. Блоки питаются от встроенных аккумуляторов. В платы питания всех блоков дополнительно установлен узел искрозащиты. Все блоки сейсмостанции соответствуют требованиям вида взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь». Технический результат - небольшие массогабаритные показатели блоков и безопасность работ в шахтах всех категорий, в том числе и в шахтах, опасных по выбросам газа, пыли, угля и породы. 2 ил.

Модульная многоканальная шахтная сейсмостанция, состоящая из блока анализа и блоков измерительных, где в блок анализа входит дисплей, клавиатура, узел процессорный, плата питания, а в каждый блок измерительный входит узел процессорный, плата с восьмиканальным параллельным АЦП, 6 каналов с усилителями, фильтрами, ЦАП, цифро-аналоговой схемой коррекции смещения нуля аналогового сигнала, плата питания, причем в каждой плате питания всех блоков дополнительно установлен узел искрозащиты, ограничивающий силу тока аккумуляторов до искробезопасных параметров, выполненный на управляемых шунтирующих полупроводниках без нагретых элементов, при этом к каждому блоку измерительному подключаются два трехкомпонентных сейсмоприемника для ориентации по осям X, Y, Z или шесть однокомпонентных сейсмоприемников, причем сейсмостанция также включает датчик отметки момента, выполненный с возможностью подключения к любому из блоков измерительных, фиксирующий фазу приходящего сигнала, по которой оцифровываются данные синхронно всеми блоками измерительными.