Устройство для определения напряженного состояния массива горных пород Советский патент 1984 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам определения напряжений в массиве пород, степени их устойчивости, предупреждения внезапных обрушений и горных ударов.

Известно устройство для определения напряженного состояния массива горных пород, включающее корпус, плунжер и цилиндр с твердосплавным пуансоном, расклинивающее устройство цангового типа и измерительную аппаратуру с индикаторами. Устройство работает по принципу определения параметров хрупкого разрушения пород под пуансоном. По объему разрушения судят о состоянии контролируемого массива 1.

Не1цостатками данной конструкции является низкая точность и достоверность в прогнозировании степени устойчивости, так как по времени. комплекс измерений занимает порядка 2-3 недель, а за это время горное давление неоднократно перераспределяется, что приводит к неверной оценке состояния. Известно также устройство для определения напряженного состояния массива горных пород, включающее 21-канальную станцию, каждый канал которой состоит из последовательно соединенного приемника упругих колебаний, усилителя, аттенюатора, накопительной ячейки, магнитный и осциллографические регистраторы. Контроль параметров осуществляется стрелочным индикатором (микроамперметр М-93) последовательным подключением к нему накопительных ячеек каждого из каналов 1. Недостатками устройства является, низкая точность и достоверность в определе- 3s 1 НИИ напряженного деформированного состояния массива горных пород, так как им ре-, гнстрируются динамические и кинематические параметры упругих колебаний без разделения их по амплитуде и частоте следования сигналов. Для определения напряженного 40 состояния массива горных пород необходимо знать, какие разности пород разрушаются в данный промежуток времени. При разру шении крепких пород происходит излучение импульсов упругих колебаний большой ам- . плитуды, но с малой частотой следования,а разрушения слабых пород сопровождаются упругими колебаниями малой амплитуды, но высокой частоты их следования. Во время регистрации .колебаний рассматриваемым устройством невозможно произвести разде- 50 ление сигналов по видам их источника. Устройством регистрируются суммарные акустические характе1эистики деформирующегося массива, что приводит к неверной оценке напряженного состояния контролируемого массива.55 Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является устройство для определения напряженного состояния маесива горных пород, содержащее последовательно соединенные приемник упругих колебаний, усилитель и аттенюатор, измерительный канал, включающий усилитель, соединенный с одним из входов порогового

блока и счетчик, причем аттенюатор соединен с входом усилителя измерительного канала, а разрешающий и запрещающий выходы таймера соединены с управляющими входами порогового, блока измерительного

канала, и дешифратор, соединенный с блоком индикации 2.

Недостатками известного устройства являются низкая точность и достоверность в определении напряженного состояния массива горных пород. Эти недостатки связаны с тем, что измерения производятся в данной разности пород На разных уровнях чувствительности прибора в режиме разделения времени. Фактически же в массиве деформируются и разрушаются разные по свойствам породы, что вызывает появление в данной контрольной точке импульсов разной амплитуды, соответствующей каждой из деформируемых пород. При этом измеряемую эмиссию относят к породам в точке измерения, что приводит к неправильной оценке степени напряжений в массиве. Целью изобретения является повышение точности определения напряженного состояния массива горных пород. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения напряженного состояния массива горных пород, содержащее последовательно соединенные приемник упругих колебаний, усилитель и аттенюатор, измерительный канал, включающий усилитель, соединенный с одним из вхо«.а дов порогового блока, и счетчик, причем аттенюатор соединен с входом усилителя измерительного канала, а разрешающий и запрещающий выходы таймера соединены с управляющими входами порогового измерительного канала, и дещифратор, соединенный с блоком индикации, снабжено измерительными каналами, не менее двух, и коммутатором каналов, при этом каждый введенный измерительный канал выполнен из последовательно соединенных усилителя, порогового блока, блока вычитания, блока усреднения, блока умножения и счетчика, а в первый канал введены соединенные между собой блоки усреднения и умножения, причем выход аттенюатора соединен с входом усилителя каждого последуюшего измерительного канала, разрешающий и запрещающий вь1ходы таймера соединены с управляющими входами порогового блока каждого последующего измерительного канала, первый выход порогового блока каждого предыдущего измерительного канала соединен с другим входом блока вычитания каждого последующего измерительного канала, выход блока умножения каждого измерительного канала соединен со счетным входом счетчика того же канала, выход обнуления которого соединен с соответствующим выходом таймера, управляющие выходы которого подключены к управляющим входам коммутатора каналов, информационные входы которого соединены с выходом счетчика каждого измерительного канала, а выход коммутатора каналов - с входом дешифратора, при этом второй выход порогового блока каждого нечетного измерительного канала соединен с другими входом блока умножения .того же измерительного канала, а выход порогового блока каждого четного измерительного канала - с входом счетчика того же канала,первый выход порогового блока первого измерительного канала соединен с входом блока усреднения того же канала. На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2временная диаграмма его работы; на фиг. 3- диаграмма селекции сигналов разрушения различных пород; на фиг. 4 - функциональная схема блока вычитания; на фиг. 5 - функциональная схема блока усреднения; ка фиг. 6 - функциональная схема блока умножения. Устройство содержит приемник 1 упругих колебаний, усилитель 2, аттенюатор 3, таймер 4, усилители 5-7, пороговые блоки 8-10, блоки 11 и 12 вычитания, блоки 13-15 усреднения, блоки 16-18 умножения, ететчики 19-21, коммутатор 22 каналов. Дешифратор 23, блок 24 индикации, формирователи 25 и 26 фронтов импульсов, триггеры 27-29, счетчики 30-38, элементы совпадения 39 и 40 и счетчики 41-48Кроме того, буквами обозначены: а - сигнал разрещения; а - сигнал запрета; bj - Ьз - информационные сигналы каналов; YKi-YKj - сигналы управления коммутаторами; С - сигнал приведения счетчиков в исходное состояние; Г, - длительность рабочего цикла;Tj - интервал между управляющими сигналами;Tj - длительность сигнала управления кол1мутатором каналов; Т, - длительность сигнала приведения счетчиков в исходное состояние; А - амплитуда информационных сигналов. В; АО - порог измерения; А - Aj - амплитуда информационных сигналов; S - Sj - переключатели Устройство для определения напряженного состояния массива, содержащее, например, три вида пород, работает следующим образом. Приемник упругих колебаний 1 (фиг. 1) устанавливается в контролируемом маесиве (не показано). При нажатии кнопки «Пуск (не показано) таймером 4 вырабатывается сигнал С, длительностью , (фиг, 1 и 2), который устанавливает счетчики 19- 21 в исходное состояние. По истечении времени г таймером 4 вырабатывается сигнал разрещения ai , которым открываются пороговые блоки 8-10. Суммарный информационный сигнал разрушения различных видов пород А (фиг. 3) с выхода приемника 1 через усилитель 2, аттенюатор 3 и усилители поступают на входы пороговых блоков 8- 10. Пороговые блоки осуществляют селекцию информационных сигналов по различным уровням. Причем пороговый блок 8 первого канала пропускает сигналы самого высокого уровня Ь( (фиг. 2). Пороговый блок 9 пропускает сигналы Ь среднего и высокого уровней. Пороговый блок 10 пропускает сигналы низкого, среднего и высшего уровней принятых для измерений. Блок 11 вычитания вычитает из суммы сигналов Ь.. среднего и высокого уровней сигналы b| высокого уровня. Блоком 12 вычитания осуществляется вычитание из суммы сигналов bi сигналов Ь..Пример реализации блока вычитания для второго канала показан на фиг. 4. Результирующие сигналы А и А поступают на вход блоков 14 и 15 усреднения, Сигналы bi Первого канала поступают на вход блока 13 усреднения с выхода порогового блока 8, так как указанный пороговый блок 8 пропускает сигналы только высокого уровня. Блоками усреднения производится определение частоты следования сигналов А, и А г .Определение частоты осуществляется по принципу выделения сигналов кратных длительности рабочего цикла t, , которая устанавливается переключателем З.Приблока усреднения покамер реализации зан на фиг. 5. Блоками 16-18 умножения производится умножение -эстоты следования сигналов на их уровеь , определяемый пороговыми блоками 8-10. Пример реализации блока умножения показан на фиг. 6. Множитель задается переключателем Sj, которым, кроме того,устанавливают порог на устройствах 8-10. Сигналы выходов указанных блоков умножения поступают на вход счетчиков 19-21. Счет осуществляется в течение времени ti , до появления сигнала запрета А, на выходе таймера 4. Числа,зафиксированные счетчиками 19- 21, по окончании рабочего цикла Т| представляют собой величину энергии, излучаемой при разрущении каждого из трех видов пород. По окончании рабочего цикла ft через время tj таймером вырабатывается сигнал yKj управления коммутатором 22,длителькостьюtj .По этому сигналу производится выдача результирующего числа первого канала на дешифратор 23 для индицирования

его блоком 24 индикации. Длительность индицирования числа позволяет лицу, производящему измерение, произвести его запись. Через время f по сигналу УК. производится индицирование результирующего числа второго канала. Аналогично произ водится индицирование числа третьего канала.

Следующий рабочий цикл обеспечивается нажатием кнопки «Пуск.

Таким образом, устройство позволяет определять энергию разруи1ения различных видов пород, что позволяет повысить точность и достоверность контроля напряженного состояния.

В сравнении с известным в предлагаемом устройстве исключаются затраты на повторные измерения,проводимые из-за смещения в конечной полезной информации после ее обработки базовым прибором импульсов разрущения от пород различных видов. А также предлагаемый прибор позволяет сократить втрое время измерений, так как сигналы различных уровней регистрируются одновременно,но при этом в конечной полезной информации разделяются.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД, содержащее последовательно соединенные приемник упругих колебаний, усилитель и аттенюатор, измерительный канал, включающий усилитель, соединенный с одним из входов порогового блока, и счетчик, причем аттенюатор соединен с входом усилителя измерительного канала, а разрешающий и запрещающий выходы таймера соединены с управляющими входами порогового блока измерительного канала, и дешифратор, соединенный с блоком индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения напряженного состояния массива горных пород, оно снабжено измерительными каналами, не именее двух, и коммутатором каналов, при этом каждый введенный измерительный канал выполнен из последовательно соединенных усилителя, порогового .блока, блока вычитания, блока усреднения, блока умножения и счетчика,а в первый канал введены соединенные между собой блоки усреднения и умножения, причем выход аттенюатора соединен с входом усилителя каждого последующего измерительного канала,, разрешающий и запрещающий выходы .таймера соединены с управляющими входами порогового блока каждого последующего измерительного канала, гервый выход порогового блока каждого предыдущего измерительного канала соединен с другим входом блока вычитания каждого последующего измерительного канала, выход блока умножения каждого измерительного канала соединен со счетным € входом счетчика того же канала, вход обнуления которого соединен с соответствую(Л щим выходом таймера, управляющие выхОды которого подключены к управляющим входам коммутатора каналов, информационные входы которого соединены с выходом счетчика каждого измерительного канала, а выход- коммутатора каналов соединен с входом дешифратора, при этом второй выход порогового блока каждого нечетного измерительного канала соединен с другим входом блока умножения того же ел измерительного канала, а выход порогового блока каждого четного измерительного канала соединен с входом счетчика того же канала, первый выход порогового блока первого измерительного канала соединен с входом блока усреднения того же канала.

U .

1

УК(

УК,

УК,

Фаг.2

Фиг Л

На Влок

§ычитанил

Ha счетчики

.

r

И fff

r

35

/f-//

СТ9 37

cm 38

Фиг. 5

nlf

W