Устройство контроля устойчивости закладочного массива Советский патент 1985 года по МПК E21C39/00 

Фиг.1

Изобретение относится к горной промыш ленности и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых системами с закладкой выработанного пространства.

Известно устройство контроля напряженного состояния массива горных пород, состоящее из измерителя продольных деформаций скважин и блока контроля, осуществляющего сравнение ускорения мгновенных деформаций с величиной ускорения для неустойчивого массива 1.

Известно устройство контроля состояния массива горных пород, содержащее трехкомпонентный датчик напряжений, выход которого соединен с входами усилителей, сумматор и пороговый элемент, соединенный с индикатором 2.

Недостатком известных устройств является низкая достоверность контроля, вызванная тем, что не учитываются напряжения, существовавщие в массиве до установки датчиков.

Целью изобретения является повыщение достоверности контроля за счет учета абсолютных значений напряжений и свойств контролируемого массива.

Поставленная цель достигается тем, что устройство контроля устойчивости закладочного массива, содержащее трехкомпонентный датчик напряжений, выход которого соединен с входами усилителей, сумматор, пороговый элемент, соединенный с индикатором, снабжено вторым сумматором, двумя блоками вычитания, блоком задания свойств массива и блоком выделения наибольщего и наименьщего сигналов, входы которого соединены с выходами усилителей, а выходы соединены с входами первого блока вычитания и первого сумматора, выход последнего через второй сумматор подключен к одному входу второго блока вычитания, другой вход которого соединен с выходом первого блока вычитания, причем блок задания свойств массива подключен к первому и второму сумматорам, при этом выход второго блока вычитания соединен с входом порогового элемента.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - блок выделения наибольщего и наименьщего сигналов.

Устройство состоит из датчиков 1-3 (фиг. 1) устанавливаемых в закладочном массиве в процессе его формирования и измеряющих нормальные напряжения в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Датчики 1-3, соединены соответственно с усилителями 4-6, выходы которых соединены с блоком 7 выделения наибольщего и наименьшего сигналов. Выходы блока 7 соединены с входами первого блока 8 вычитания и первого сумматора 9. Выход последнего соединен с входом второго сумматора 10, выход которого соединен с входом второго блока 11 вычитания. Второй вход последнего соединен с выходом первого блока 8 вычитания, а выход блока 11 - с входом порогового элемента 12, нагруженного индикатором 13. Блок 14 задания свойств массива соединен с сумматорами 9 и 10 и служит для установки коэффициента передачи первого сумматора 9 и постоянного напряжения на входе второго сумматора 10 в зависимости от механических свойств контролируемого массива.

Блок 7 выделения наибольщего и наименьщего сигналов может быть выполнен по схеме (фиг. 2). Схема выделения наибольщего сигнала состоит из диодов 15-17, резистора 18 и источника 19 питания. Аноды диодов 15-17 соединены с выходами усилителей 4-6, а точка соединения катодов, диодов и резистора 18 соединена с входами блоков 8 и 9. Схема выделения наименьщего сигнала состоит из диодов 20-22, резистора 23 и источника 24 питания. Катоды диодов 20-22 также соединены с выходами усилителей 4-6, а точка соединения их анодов и резистора 23 соединена с вторыми входами блоков 8 и 9.

5 Устройство работает следующим образом.

Сигналы датчиков 1-3, пропорциональные нормальным напряжениям, действующим в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, усиливаются усилителями 4-6 и

0 поступают на блок 7 выделения наибольщего и наименьщего из трех сигналов. Током, протекающим через источник 19 питания и резистор 18, открывается тот из диодов 15-17, на анод которого подано наибольщее напряжение. К другим двум диодам при этом приложено запирающее напряжение. Таким образом, наибольщий из усиленных усилителями 4-6 сигналов (если пренебречь падением напряжения на открытом диоде) через один из диодов 15-17

Q подается на входы первого блока 8 вычитания и первого сумматора 9. Аналогично наименьщий из усиленных сигналов через один из диодов 20-22 подается на вторые входы блоков 8 и 9. Сигнал на выходе бло ка 8 вычитания, пропорциональный разности входных сигналов, пропорционален наибольщим касательным напряжениям, действующим в контролируемом участке массива.

Коэффициент передачи сумматора 9 с помощью блока 14 задания свойств масси0 ва, состоящего, например, из двух потенциометров, устанавливается пропорциональным тангенсу угла внутреннего трения материала контролируемого массива, а постоянное напряжение на входе второго сумматора 10 устанавливается пропорциональным коэффициенту сцепления (пределу прочности на срез) контролируемого материала. На второй вход второго сумматора 10 поступает выходной сигнал первого сумматора 9. При

этом сигнал на выходе второго сумматора

10пропорционален предельным касательным напряжениям для данного напряженного состояния. Разность выходных сигналов первого блока 8 вычитания и второго сумматора 10, выделяемая вторым блоком

11вычитания, характеризует устойчивость (запас прочйости) контролируемого участка массива.

При достижении выходным сигналом блока 11 критического значения пороговый элемент 12 включает индикатор 13.

Датчики 1 - 3 нормальных напряжений могут быть выполнены с использованием тензорезисторных мостов, питаемых постоянным током. Усилители, сумматоры, блоки вычитания и пороговый элемент могут быть выполнены по стандартным схемам на операционных усилителях. В качестве индикатора 13 может быть использована лампа накаливания.

Устройство может быть включено в автоматизированную систему контроля. При этом из него можно исключить пороговый элемент 12 и индикатор 13, а выход блока 11 вычитания с помощью линии связи соединить с ЭВМ.

Учет абсолютных значений напряжений и механических свойств массива позволяет повысить достоверность контроля по сравнению с известным устройством и исключить операцию бурения скважин.

По сравнению с базовым образцом, за который принята аппаратура контроля деформаций «Массив, предлагаемое устройство за счет повышения достоверности контроля позволяет снизить содержание цемента в закладочной смеси на 10%. Кроме того, повышение достоверности контроля устойчивости закладочного массива способствует повышению безопасности ведения горных работ.

УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ УСТОЙЧИВОСТИ ЗАКЛАДОЧНОГО МАССИВА, содержащее трехкомпонентный датчик напряжений, выход которого соединен с входами усилителей, сумматор, пороговый элемент, соединенный с индикатором, отлиN Ы чающееся тем, что, с целью повышения дпстоверности контроля за счет учет абсолют ных значений напрялчений и свойств контролируемого массива, опо снабжено вгорым сумматором, двумя блоками вычитания, блоком задания свойств массива и блоком ныделения наибольшего и наименьн1его сигналов, входы которого соединены с выходами усилителей, а выходы соединены с входами первого блока вычитания и нервого сумматора, выход последнего через второй сумматор подключен к одному входу второго блока вычитания, другой вход которого соединен с выходом первого блока вычитания, причем блок задания свойств массива подключен к первому и второму сумматорам, при этом выход второго блока вычитания S соединен с входом норогового элемента. /J h/f // г п СП СХ) - W h г

.§

Фиг.2

Л)

Выход

18