Устройство для определения деформаций горных пород Советский патент 1986 года по МПК E21C39/00 

с приемником излучения, при этом потенциометры памяти координат -связаны с соответствующими осями поворота оптической трубы через электроуправляемые муфты, катушки которых одним концом через последовательно соединенные однономерные с наблюдаемым репером рабочий контакт третьего контактного поля шагового распределителя и третий замыкающий контакт переключающего элемента подключены к одной клемме источника питания, которая соединена с одними концами одной пары датчиков углов поворота оптической трубы и потенциометров памяти координат наблюдаемых реперов одного узла памяти координат другие концы потенциометров каждого узла памяти координат соединены с другими концами соответствующих датчиков углов поворота, другие концы катушек электроуправ- ляемых муфт каждого узла памяти координат объединены между собой и подключены к другой клемме источника питания, которая подключена к одним концам другой пары датчиков углов поворота оптической трубы и потенциометров памяти координат наблюдаемых реперов другого узла памяти координат, подвижной контакт одного датчика углов поворота оптической трубы из каждой пары подключен к регистратору, привод которого одним концом подключен через первый замыкающий контакт первого реле к одной шине источника питания, а другим - к другой шине источника питания непосредственно, при этом каждая пара датчиков углов поворота установлена на соответствующей оси поворота оптической трубы и следящего узла, а генератор единичных импульсов выполнен на реле и конденсаторе, одна обкладка которого объединена с одним концом обмотки реле и подключена к другой клемме источника питания, а другая обкладка подключена через путевой контакт регистратора к другому концу реле генератора

Изобретение относится к измерительным инструментам и приборам, применяемым в горном деле и предназначено для определения деформаций горных пород, преимущественно на открытых разработках, в частности при наблюдениях за состоянием устойчивости бортов карьеров и отвалов с целью разработки и осуществления своевременных и эффективных профилактических мер, обеспечивающих безопасность ведения горных работ.

Известны различные устройства для определения смещений точек, реперов и знаков. К ним относятся теодолиты, нивелиры, таединичных импульсов, при этом другая клемма источника питания через замыкающий контакт реле генератора единичных импульсов соединена с одним концом обмотки шагового распределителя, другой конец которого соединен с одной клеммой источника питания, которая через размыкающий контакт реле генератора единичных импульсов подключена к одному концу обмотки переключающего элемента и через последовательно соединенные замыкающие контакты нуль- органов следящих узлов - к одному концу второго реле, другой конец которого подключен к другой клемме источника питания, которая через параллельно соединенные четвертый замыкающий контакт переключающего элемента и первый замыкающий контакт второго реле подключена к другому концу обмотки переключающего элемента и через последовательно соединенные второй замыкающий контакт второго реле и замыкающий контакт с выдержкой времени переключающего элемента к одному концу обмотки первого реле, которое через свой второй замыкающий контакт подключено к другой клемме источника питания, а другой конец обмотки первого реле подключен к размыкающему контакту генератора единичных импульсов, причем наблюдаемые реперы подключены к однономерным рабочим контактам четвертого контактного поля шагового распределителя, один конец обмотки шагового распределителя измерительно-регистрирующего блока соединен с другим концом шагового распределителя измерительного блока, другой конец переключающего элемента измерительного блока соединен с другим концом переключающего элемента измерительно-регистрирующего блока, а подвижный контакт одного датчика углов поворота оптической трубы из каждой пары измерительного блока подключен к регистратору.

хеометры и другие маркшеидерско-геодези- ческие приборы 1.

Известен прибор для измерения относительных смещений пород в горных выработках, вк тючающий опорный и наблюдательный реперы, зрительную трубу, шкалы для определения сдвига в горизонтальном и вертикальном направлениях 2.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для опре- деления деформаций горных пород, содержащее реперы, установленные в зоне наблюдения и измерительный блок, размещенный вне зоны выработки и включающий оптическую трубу, приемник излучения, следящие узлы с нуль-органами и датчики углов поворота оптической трубы 3.

Недостатками известных устройств являются, во-первых, отсутствие возможности наблюдения с помощью одного устройства за многими реперами с одновременной регистрацией их координат без присутствия обслуживащего персонала; во-вторых, эпизодичность наблюдений с периодом съемки, определяемой зачастую не установленным графиком наблюдений, а организационными и производственными трудностями и возможностями, в-третьих, отсутствие отсчета смещения реперов относительно общей системы координат, так как большинство устройств определяют смещение репера относительно другого, расположенного в той же скважине или в непосредственной близости, однако при исследованиях деформаций больщих массивов требуется знать не только смещение репера относительно его первоначального положения, но также п относительно других реперов, установленных в десятках и сотнях метров один от другого.

Эти недостатки особенно дают о себе знать в случаях наблюдений за сложными оползнями, а также за откосами отвалов при бестранспортной, транспортно-отвальной и комбинированных системах разработки, на которых число реперов может достигать нескольких десятков.

Цель изобретения - осуществление централизованного непрерывного контроля за смещением многих наблюдаемых реперов относительно общей системы координат.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения деформаций горных пород, содержащее реперы, установленные в зоне наблюдения и измерительный блок, размещенный вне зоны выработки и включающий оптическую трубу, приемник излучения, следящие узлы с нуль-органами и датчики углов поворота оптической трубы, дополнительно введен измерительно-регистрирующий блок, причем о н установлен вне зоны вь работки так, что с измерительным блоком и реперами образуются треугольники наблюдаемой сети на местности, при этом в измерительный блок введены узлы памяти координат наблюдаемых реперов, п аговый распределитель и переключающий элемент, при этом входы следящих узлов через первые размыкающие контакты переключающего э.темента подключены к соответствующим датчикам углов поворота оптической трубы каждой пары непосредственно и через последовательно соединенные вторые размыкающие контакты переключающего элемента и однономерные с наблюдаемым репером рабочие контакты первого и второго контактных нолей шагового распределителя к потенциометрам памяти координат наблюдаемых реперов той же координаты, а через первый и второй замыкающие контакты пере5

5

ключаюндего элемента соединены с приемником излучения, при этом потенциометры памяти связаны с соответствующими осями поворота оптической трубы через электро- управляемые муфты, катушки которых одним концом через последовательно соединенные однономерной с наблюдаемым репером рабочий контакт третьего контактного поля шагового распределителя и третий замыкающий контакт переключающего элемента под0 ключены к одной клемме источника питания, которая соединена с одним концом обмотки шагового распределителя, переключающего элемента, одних датчиков углов поворота оптической трубы и потенциометров одного узла памяти координат, другая клемма источника питания подключена к одним концам других датчиков углов поворота оптической трубы и потенциометров другого узла памяти координат, npii этом другие концы одних и других датчиков углов поворота оптиче0 ской трубы соединены с другими концами потенциометров памяти координат наблюдаемых реперов соответствующего узла памяти координат, каждая пара датчиков углов поворота оптической трубы установлена на соответствующей оси поворота оптической трубы и следящего узла, а измерительно- регистрирующий блок содержит следящие узлы, один вход каждого следящего узла через первый размыкающий контакт переключающего элемента соединен с подвижным контактом соответствующего датчика угла поворота оптической трубы каждой пары, другой вход следящего узла через последовательно соединенные второй размыкающий контакт переключающего элемента и однономерные с наблюдаемым репером рабочие контакты первого и второго контактных полей шагового распределителя подключен к потенциометрам памяти той же координаты, а через первый и второй замыкающие контакты переключающего элемента соединен с приемником излучения, при этом

0 потенциометры памяти координат связаны с соответствующими ося.ми поворота оптической труб ы через электроуправляемые муфты, катушки которых одним концом через последовательно соединенные однономерные с наблюдаемым репером рабочий контакт третьего контактного поля HjaroBOro распределителя и третий замыкающий контакт переключающего элемента подключены к одной клемме источника питания, которая соединена с одними концами одной пары датчиков углов поворота оптической трубы и потенциометров памяти координат наблюдаемых реперов одного узла памяти координат, другие концы потенциометров каждого узла па.мяти координат соединены с другими концами соответствующих датчиков углов пово5 рота, другие концы катушек электроуправ- ляемых муфт каждого узла памяти координат объединены между собой и подключены к другой клемме источника питания, которая

0

5

5

0

подключена к одним концам другой пары датчиков углов поворота оптической трубы и потенциометров памяти координат наблюдаемых реперов другого узла памяти координат, подвижной контакт одного датчика углов поворота оптической трубы из каждой пары подключены к регистратору, привод которого одним концом подключен через первый замыкающий контакт первого реле к одной шине источника питания, а другим - к другой шине источника питания непосредственно, при этом каждая пара датчиков углов поворота установлена на соответствующей оси поворота оптической трубы и следящего узла, а генератор единичных импульсов выполнен на реле и конденсаторе.

рительными реперами; на фиг. 2 - измерительный блок.

Устройство состоит из измерительно- регистрирующего блока 1 (фиг. 1), измерительного блока 2 (фиг. 2) и реперов 3-5 и т. д. (в количестве, необходимом для изучения режимов оползневых процессов изучаемой территории).

Реперы подключены через контактное поле 6 шагового распределителя. Интенсив- 10 ность излучения каждого репера устанавливается регулятором 7.

Оптическая труба 8, модулятор 9, приемник 10 излучения, подключенный через контакты 11 к усилителям 12 и 13 следящих узлов 14 и 15 образуют двухкоординатную

20

одна обкладка которого объединена с одним 5 фотоэлектрическую следящую систему, предназначенную для автоматического слежения за реперами на время регистрации их координат. Двигатели следящих блоков имеют обмотки 16 и 17 управления и обмотки 18 и 19 возбуждения. К обмотка.м возбуждения и управления каждого двигателя подключены нуль-органы 20 и 21.

Узлы 22 и 23 памяти координат реперов служат для хранения координат на период от одной их регистрации до следующей. Узел

25 22 содержит потенциометры 24-26 па.мяти, которые через однономерные с наблюдаемым репером рабочие контакты 27 первого контактного поля распределителя и через контакт 28 переключателя подключаются к следящему в горизонтальной плоскости узлу,

30 к которому через контакт 29 подключается также датчик 30 угла поворота оптической трубы. Узел 23 содержит потенциометры 31 - 33 памяти, которые через однономерные с наб- людаемым репером рабочие контакты 34 второго контактного поля распределителя и чеконцом обмотки реле и подключена к другой клемме источника питания, а другая обкладка подключена через путевой контакт регистратора к другому концу обмотки реле генератора единичных импульсов, при этом другая клемма источника питания через замыкающий контакт реле генератора единичных импульсов соединена с одним концом обмотки шагового распределителя, другой конец которого соединен с одной клеммой источника питания, которая через размыкающий контакт реле генератора единичных импульсов подключена к одному концу обмотки переключающего элемента и через последовательно соединенные замыкающие контакты нуль-органов следящих узлов - к одному концу второго реле, другой конец которого подключен к другой клемме источника питания, которая через параллельно соединенные четвертый замыкающий контакт переключающего элемента и первый за.мы- кающий контакт второго реле подключена

к другому концу обмотки переключающего 5 pgg контакт 35 переключателя подключаются

элемента и через последовательно соединенные второй замыкающий контакт второго реле и замыкающий контакт с выдержкой Ефемени переключающего элемента к одному концу обмотки первого реле, которое через свой второй замыкающий контакт подключено к другой клемме источника питания, а другой конец обмотки первого реле подключен к размыкающему контакту генератора единичных импульсов, причем наблюдаемые реперы подключены к однономерным рабочим контактам четвертого контактного поля шагового распределителя, один копец обмотки шагового распределителя измерительно- регистрирующего блока соединен с други.м концом щагового распределителя измерительного блока, другой конец переключающего элемента измерительного блока соединен с другим концом переключающего элемента измерительно-регистрирующего блока, а подвижный контакт одного датчика углов поворота оптической трубы из каждой пары измерительного блока подключен к регистратору.

На фиг. 1 изображен измерительно-регистрирующий блок в соединении с измерительными реперами; на фиг. 2 - измерительный блок.

Устройство состоит из измерительно- регистрирующего блока 1 (фиг. 1), измерительного блока 2 (фиг. 2) и реперов 3-5 и т. д. (в количестве, необходимом для изучения режимов оползневых процессов изучаемой территории).

Реперы подключены через контактное поле 6 шагового распределителя. Интенсив- ность излучения каждого репера устанавливается регулятором 7.

Оптическая труба 8, модулятор 9, приемник 10 излучения, подключенный через контакты 11 к усилителям 12 и 13 следящих узлов 14 и 15 образуют двухкоординатную

фотоэлектрическую следящую систему, предназначенную для автоматического слежения за реперами на время регистрации их координат. Двигатели следящих блоков имеют обмотки 16 и 17 управления и обмотки 18 и 19 возбуждения. К обмотка.м возбуждения и управления каждого двигателя подключены нуль-органы 20 и 21.

К следящему в вертикальной плоскости узлу, к которому через контакт 36 подключается также датчик 37 угла поворота оптической трубы.

Потенциометры 38 и 39 служат датчиками углов поворота оптической трубы, а снимаемые с них сигналы поступают в регистрирующее устройство.

Для контроля положения потенцио.метров служат шкалы 40-47. Электроуправляемые муфты 48-53 соединяют оси потенциометров памяти с соответствующими осями поворота оптической трубы и предназначены для осуществления коррекции памяти координат реперов, т. е. поворота потенциометра памяти на угол, соответствуюш.ий смещению репера за время между моментами регистрации. Включение муфт производится попарно через однономерные с наблюдаемым репером рабочие контакты 54 третьего контактного поля распределителя и контакт 55 переключателя.

Командно-логический блок 56 обеспечивает нормальное функционирование устройства. Он содержит первое реле 57 с контактами 58 и 59, включенное последовательно с контактами 60 нуль-органов, переключа

тель 61 на входах следящих блоков с контактами 62 и 63; второе реле 64 с контактами 65 и 66, генератор 67 единичных импульсов, содержащий реле 68 с контактами 69 и 70, конденсатор 71 и резистор 72. Шаговый распределитель с катушкой (входом) 73 обеспечивает одновременное подключение соответствующих потенциометров памяти, электроуправляемых муфт и реперов, а его самопрерывающийся контакт 74, контактное поле 75 и тумблеры 76 образуют узел пропуска репера, необходимый в случаях, когда количество реперов меньше емкости блока памяти.

Регистратор 77, содержащий двигатель 78 и путевой контакт 79, предназначен для регистрации координат наблюдаемых реперов, а также контрольных параметров, напри.мер величины отклонения оси поворота оптической трубы от вертикали, измеряемой с помощью узла 80.

Узел 81 предназначен для выдачи на регистрирующее устройство параметров окружающей среды; общей освещенности,температуры и влажности воздуха и горной породы и т. п.

Узел 82 служит для оповещения ответственных лиц о смещении реперов на величину, больще установленной.

Для обеспечения работы устройства с заданной частотой регистрации координат реперов предназначен программный механизм 83. Соединение измерительно-регистрирующего блока (фиг. 1) и измерительного блока (фиг. 2) между собой производится кабелем через штепсельный разъем 84.

Устройство работает следующим образом.

В соответствии с правилами, принятыми в маркшейдерии, на неподвижных участках карьерного поля размещают, как указано на фиг. 3, измерительно-регистрирующий блок 1 и измерительный блок 2, а в репрезентативных точках горной выработки или отвала - реперы 3-5 и т. д. в количестве, достаточном для изучения режимов оползневых процессов изучаемой территории, но не более емкости узлов памяти координат наблюдаемых реперов.

Смещение реперов определяется путем измерения и регистрации с выбранной периодичностью их координат - горизонтальных проекций углов АБВ и БАВ, образуемых базовым отрезком АБ и направлениями из концов этого отрезка на соответствующий репер, например репер 3, а также углов в вертикальной плоскости между этими направлениями (в рассматриваемом примере отрезки АВ и БВ) и горизонтальной плоскостью.

Перед началом работы в узлы памяти вводят координаты наблюдаемых реперов. Это обеспечивается совмещением положений датчиков углов поворота оптической трубы и сооветствующих потенциометров памяти при последовательном визировании и захва0

те следящей системой каждого репера в порядке присвоенных им номерам.

Работа устройства характеризуется чередованием циклов, обусловленным поочеред- 5 ным наблюдением всех реперов. В соответствии с функциональным назначением блоков 1 и 2 внутри каждого цикла можно выделить три этапа.

Первый. Совмещение оси оптической

Q трубы каждого блока с направление.м на соответствующий репер, измерение углов между этим направлением и направлениями, принятыми за начальные, регистрация величины этих углов (координат) регистратором. Второй. Наведение оптической трубы

5 каждого блока в точку с координатами, хранящимися в узлах памяти координат реперов и соответствующими положению следующего по порядку обхода репера на .момент предыдущей регистрации его координат.

Третий. Коррекция положения потенциометров памяти в соответствии с величиной перемещения репера за время между моментами регистрации его координат.

Последовательность выполнения этих этапов обеспечивается командно-логическим

5 узлом 56.

По окончании первого этапа схема приходит в состояние, указанное на фиг. 1 и фиг. 2. При этом потенциометр 24 блока 22 памяти координат через однономерной с наблюдаемым репером рабочий контакт 27

0 первого контактного поля распределителя и через контакт 28 переключателя подсоединяется к одному выводу входа усилителя 12 следящего узла 14. К другому выводу входа усилителя через контакт 29 переключателя подсоединяется датчик 30 угла пово5 рота оптической трубы в горизонтальной плоскости.

Таким образом на вход усилителя 12 поступает напряжение с потенциометра 24 памяти, которое выражает соответствующую координату репера 3 и напряжение с датчика 30 угла поворота оптической трубы, которое выражает в рассматриваемый момент времени (окончание первого этапа работы устройства) ту же координату, но предыдущего репера. Разность этих сигналов

5 после усиления поступает на управляющую обмотку 16 двигателя вращения оптической трубы в горизонтальной плоскости.

Соответственно потенциометр 31 блока 23 памяти координат через однономерной с наблюдаемым репером рабочий контакт 34

0 второго контактного поля распределителя и через контакт 35 переключателя подсоединяется к одному выводу входа усилителя 13 следящего блока 15. К другому выводу входа усилителя через контакт 36 подклю- чается датчик 37 угла поворота оптической

трубы в вертикальной плоскости.

Таким образом на вход усилителя 13 поступает напряжение с потенциометра 31 памяти, которое выражает другую координату репера 3 и на 1ряжение с датчика 37 угла поворота оптической трубы, которое выражает также другую координату репера 4. Разность этих сигналов после усиления лоступает на управляющую обмотку 7 двигателя вращения оптической трубы в вертикальной плоскости.

Поскольку потенциометры 24 и 31 памяти непОл1,вижны, так как муфты 48 и 51 обесточены и разобщены, а датчики углов поворота 30 и 37 оптической трубы связаны с нею, то следящие узлы 14 и 15 будут вращать ее до сведения электрического баланса между движками потенциометров 24 и 30, 31 и 37.

При наступлении баланса по обеим коор- дината.м в измерительно-рег истрируюи;ем блоке 1 (фиг. 1) и измерительном блоке 2 {фиг. 2) оптические трубы 8 будут направлены в точку с координатами, которые имел репер 3 при предыдущей регистрации его координат.

В момент паступления баланса срабатывают пуль-органы 20 и 21. В качествс нуль-органов применяются, например фазе- чувствительные выпрямители, величина и полярность выходного напряжения у которых определяются напряжением на управляюпи1х обмотках 16 и 17 и разностью фаз между напряжением па управляюпюй обмотке м напряжение. на обмотках 18 и 19 дения.

В момент наступления баланса напряжение на управляющей обмотке равно иул:о, следовательно, напряжение на В1э1ходпо.м элементе нуль-органа также равно нулю, что приводит к замыканию соответствуюпито контакта 60. При наступлении балансе; в следящих блоках 14 и 15 в измерительно-регистрирующем и измерительном блоках (фиг. 1 и фиг. 2} все контакты 60 замыкаются, первое реле 57 включается и подает напря- жепие через контакт 58 в катун ку перек.чю- чателя 61, который са-моблокируется че;: ез контакт 62. При включении нере. сиочйте.ч.ч входы усИоЧителей следяпцих узлов ( одклю- чаются через контакты II к нрие.мнику И) излучения, восирин.имающему энергию, ког-;;- рая излучается репером 3, улавливается и концентрируется оптической трубой 8 и nijc- образуется моду.ляторо.м 9 в управляющий сигнал, поступающий в усилители 12 i; 13 следящих блоков 14 и 15.

Таким образом, следящие узлы перехс дят в режим работы фотоэлектрической слел.я- П1,ей системы и начинают совмещение осп оптической трубь с направлением на репер в его новом положении. Поскольку переключатель 61 одновременно замьн ас:т контакт 55, то через выход 54 распределителя включаются муфты 48 и 51, а потенциометры 24 и 31 памяти связываются с осями поворота оптической трубы, благодаря чему при захвате репера следящей системой потенциометры памяти получают дополнитель

ные углы П011с;рс; н,ению репера за мекта предь ду1ц(:) зом, но;юе поло/К ; и будет соответс репера.

3 процессе созмсмцеи с направ. ;емя;:--; :з репС Г ;1яюц,ая сигнала, аозни - КС ;0 ;злучения , иос / i- .ft уг ;йнляющи, двигателей сле. так как yMCiiijiiiac -CK с:,и репера (в 1эилс (зет(:1|1ой модулятора с;-;-моси1е;:Ь:,

Если | ;::абпа : 0; Li:- :

р«п.еник ja.

трубы ;ИоЯ состав- |гпиемни- - С1 ле си- и ;б и 17 ;:ень1иается, юбоажения li плоскости : вращения, гает с осью

(;;1 1 ; ч ее ко и

. (:х

RiTffn

Cltskbr

5 L

65

5Г L4.

L

П

62

tILL

5

.59

П

-fl 7.

57

7

57

7

U

.

Й/г,/

7.

7

U