Устройство для определения удароопасного состояния горного массива Советский патент 1983 года по МПК G01V1/24 

ел

О)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДАРООПАСНОГО СОСТОЯНИЯ I ГОРНСГО МАССИВА, содержащее последе вательно соединенные в квжлюм канале геофоны, усилители и регистратор, от - , личающееся тем, что, с пелью повышения помехоустойчивости н сокращен ния объема оборудования, оно. дополнительно снабжено многоканальным спектрометром, блоком коммутации, блоками . умножения и суммирования, пороговым элементом и блоком сравнения, при этом входы мнсгоканального спектр(штра подключены к выходам усилителей, а его . шлходы соединены через .блок коммутации с. входами блоков умножения, выходы которых подключены к входам суммат эа, к выходу которого подключен один из входов блока сравнения, втчфой вход которого соединен с пор1яч вым элементом, (Л выход блока сравнения подключен к ре; гистратору и управляющему входу блока к(шутацин, индикаторный шдход которо го соединен с регистратором.

t Изобретение относится к горной твсни ке и служит для обеспечения безопасности горных работ на рудаиках, в шахтах и карьерах с помощью сейсмоакустического метода. Известно устройство для определения удароопасного состояния горного массива, содержащее входные измерительные преобразователи сейсмоакустических сигналов (геофоны), усилители, преобразователи и счетчики импульсов, в которых степень удароопасносги определяется по интенсивности прихода сейсмоакустических импульсов, в.озбуждаемых в напряженном горном массиве С1 Д Недостатком такого устройства является малая достоверность прогноза удароопасного состояния, так как интенсив-, ность сейсмоакустических колебаний зависит от ряда причин, Наиболее близким к предлагаемому техническим рещением является устройство для определения удароопасного состояния горного массива, содержащее последовательно соединенные в каждом канале геофоны, усилители и регистратор, а также измерительные бло1си, в которых измеряются разности времен прихода сейсм акустических импульсор в разных каналах, и по измеренной скорости распрост ранения сейсмоколебаний в :горном масси ве определяются координаты источников - сейсмоаку стической активности. Степень удароопасности оп деляется по концентрации этих источников в.одном месте .TojjHoro массива C2J, ; Недостатками изве1стного устройства являются необходимость измерения с высокой точностью скорости сейсмоколебаний в горном массиве и низкая помехоустойчивость при работе в условиях .дейст вующих рудников и карьеров. Измерение требуемой скорости распространения сейс- моксяебаний трудно выполнить в реальнь1Х условиях иэ-за невозможности помещени источника искусственных сейсмокопебаний в место расположения источника естественной сейсмоактивноети. При этом необходимо дополнительное оборудование в виде генератора сейсмокопебаний звуково го диапазона. Низкая помехоустойчивость обусловлена наличием акустосейсмическик помех из-за движения транспорта, работы насосного и бурового оборудования, что делает практически невозможным уверенный отсчет разности времен прихода сейс моакустичеоких импульсов в каналах. Ана логичные трудности возникают и при боль 07 шой интенсивности поступления сейсмоакустических импульсов. . Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и сокращение объема оборудования. Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения ударо опасного состояния горного массива, содержащее последовательно соединенные в каждом канале геофоны, усилители и регистратор, дополнительно снабжено многоканальным спектрометром, блоком коммутации, блоками умножения и суммирования, пороговым элементом и блоком срав-нения, при этом входы многоканального . спектрометра подвдючены к выходам, усиг лителей, а его выходы соединены через блок коммутации с входами блоков умножения, выходы которых подключены к входам сумматора, к выя;оду котороГо под1шю.чен один из взоодов блока сравнения, второй вход которого соединен с порогч вь М элементом, вьгход блока сравнения подключен к регистратору и управлянлиему. входу блока ког« Мутации, .индикаторный выход которого соеданен с регнстрагором На чертеже изображено устройство для определения удароопасного состояния горного массива. Устройство содержит входные-измерительнь1е преобразователи (геофоны) 1, усилители 2, многоканальный спектрометр 3, блок 4 коммутации, бяскк 5 умножения, сумма:тор 6, &IOK 7 сравнения, порогои.1й элемент 8 и регистратор 9. При этом выходы геофонов 1 через усилители 2 подключены к входам многоканального спектрометра 3, выходы спекг. рометра через блок 4 коммутации.дюдключены к входам бликов 5 умножения, выха ды бвюков умножения соединены с входами сумматора 6, выход сумматора подключен к .одному из входов блока 7 сравнения, к другому входу которого подключен nqpoговый элемент 8, выход блока 7 сравне ния соединен с входом регистратора 9 и уцраЕпяюпшм входом коммутации, индикаторный выход блока коммутации срединен с регистратором. Устройство работает следующим обраatJM, Сигналы от источников сейсмоакустической эмиссии в напряженном горном массиве поступают на геофоны 1 и псхяе усиления в усилителях 2 - на входы многоканального спеЕтрометра 3, измеряющего спектральные f и взаимоспектральные /; тшогноста сигналов в каналах. Спектральные плотности на выходах многоканального спектрометра образуют спектральную матрииу S : ... iJ.j. ... n-i--- оп где ij 1,2 ...л номера входных канало и п .-их общее число, . Через блок 4 комму таоии на входы бп ков 5 умножения поочередно поступают сигналы с выходов спектрометра, соответ ствующие спектральным плотностям, взя. тым по одной из каждых столбца и матрицы 5. При этом на выходе бяоi K(iti 5 умножения получаются сигналы, А. (. , (2) где - множества индексов, попучак шяхся путем попарных перестановок последовательности 1|2„ Пг-число перестановок. Сигналы А j суммируются сумматором 6, на выходе которого получается сигнал Е:{-1) ns-K.. Г J. Как следует из формул (2 и (3) это выражение определителя спектраль- вой матрицы S .V При этом число источников сейсмоакустических сигналов равно рангу cn eirt ральной матрицы, т.е. порядку наибопьшег jro не pasaoiO нулю определителя, Сигналы В в блоке 7 сравнения сравн ваются с пороговым сигналом, поступающим от порогового элемента 8. Если зна-чение определителя близко к нулю, то это свидетельствует о том, что ранг матрицы S меньше ее порядка И, При этом необходимо уменьшить 1тутем коммутации порядок матрицы S, исключив одну строку и ct,wi6eu, и снова найй определитель. Сигнал с выхода блока 7 сравнения посту пает на блок 4 коммутации и использует-, ся как управляющий. Дорядок найденного таким путем не равного нулю определителя равен рангу матрицы , 5 и, соответственно, числу источников сейсмоакустичес- них сигналов. Сигналы с выхода блока 7 сравнения и от блока 4 коммутации, определяющие число источников сейсмоакусти- ческих сигналов, регистрируются регистратором 9, Степень уаароопасности, возрастает при локализации на каком-либо участ ке горного массива повышенного напряжения, что сопровождается концентраюией источников сейсмоакустических сигналов При этом общее число источников сигналов уменьшается, Предтагаемое устройство имеет повышенную помех« устойчивость, так как спектральная матрица еттредоляется путем статистического усреднения сигналов, а не пу-тем однократного определения раз- ности их временных сдвигов в каналах источники помех локализуются и могут быть устранены, при условии их стационарности в массиве и достаточном числе измерительных каналов. В предлагав., емом устройстве не требуется предварительного определения скорости распрост ранения сейсмоакуствческих колебаний в массиве, а следовательно, не ТЕюбуетса генератор искусственно-возбуждаемых сигналов.