Устройство для определения напряженного состояния массива горных пород Советский патент 1987 года по МПК E21C39/00 

фиг.1

10

«5

20

25

Изобретение относится к горному делу,- а именно к устройствам определения напряжений в массиве пород для определения их устойчивости и прогноза удароопасности.

Цель изобретения - повышение достоверности измерения.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства; на фиг.2 - временная диаграмма работы устройства; на фит.З - блок-схема измерительной части, содержащей три работающих канала; на фиг.4 - функциональная схема блока управления.

Устройство состоит из последовательно соединенных приемника 1 упругих колебаний, усилителя 2, аттенюатора 3, измерительной части 4, коммутатора 5, дешифратора 6, бло- , ка 7 индикации, а также блока 8 уп- равления, разрешающий а, запрещающий а..выходы, выход обнуления с,; которого соединен с измерительной частью 4, а управляющие выходы УК1, УК2, УКЗ - с коммутатором 5, генератора 9, дополнительных счетчиков 10 и 11, блока 12 сравнения и порогового блока 13 (см.фиг.1). Выход блока 12 сравнения подключен к входу блока В управления, а входы - к выходам дополнительных счетчиков 10 и 11. Счетные входы дополнительных счетчиков 10 и 11 подключены соответственно к выходу аттенюатора 3 че- рез пороговый блок 13 и к генерато- РУ 9.

Измерительная .часть (см.фиг.3) состоит не менее чем из трех параллельных измерительных каналов. Первый из них состоит из последовательно соединенных усилителя 14, порогового блока 15, блока 16 усреднения, блока 17 умножения и счетчика 18. Остальные каналы состоят соответственно из последовательно соединенных усилителей 19 и 20, пороговых блоков 21 и 22, блоков 23 и 24 вычита- ния, блоков 25 и 26 усреднения,блоков 27 и 28 умножения и счетчиков 29 и 30. Управляющие входы пороговых блоков 15, 21 и 22 соединены с раз- рещающим а и запрещающим а выходами блоков 8 управления, а входы обнуления счетчиков 18, 29 и 30 соединены с выходом обнуления с блока 8 управления. Кроме того, второй выход порогового блока каждого нечетного канала соединен с вторым входом блока

30

35

40

45

50

5

0

5

0

5

0

5

0

умножения того же измерительного канала,а выход порогового блока каждого четного канала соединен с входом . счетчика того же измерительного канала, а первый выход порогового блока каждого предыдущего измерительного канала соединен с вторым входом блока вычитания каждого последующего канала. Входы усилителей 14, 19 и 20 соединены между собой, а выходы счетчиков 18, 29 и 30 подключены к информационным входам коммутатора 5. Блок управления (см.фиг.4) содержит генератор 31, четыре трехвходо- вых элемента И 32 - 35, три двухвхо- довых элемента И 36 - 38, пять счетчиков 39 - 43, три триггера 44 - 46, восемь формирователей 47 - 54, элемент 55 НЕ,дешифратор 56 и кнопку 57 Пуск, которая соединена с установочным входом первого триггера 44, с первым входом обнуления первого счетчика 39, рходами обнуления второго триггера 45, второго и третьего счетчиков 40 и 41, при этом первый выход генератора 31 подключен к первому входу первого трехвходового элемента И 32, к второму входу второ- (го двухвходового элемента И 37 и второму входу третьего трехвходового элемента И 34, второй выход генератора 31 соединен с вторым входом четвертого трехвходового элемента И 35, третий выход генератора 31 подключен к первому входу второго трехвходового элемента И 33, второй вход которого соединен с инверсным выходом первого триггера 44, единичный выход которого подключен к второму . входу пе.рвогр трехвходового элемента И 32 и к первому входу третьего трехвходового элемента И 34, а вход обнуления первого триггера 44 соединен с выходом пятого счетчика 43 и входом обнуления третьего триггера 46, установочный вход которого соединен с входом первого формирователя 47, с первым входом второго двухвходового элемента И 37, с инверсным входом первого трехвходового элемента И 32 и выходом первого двухвходового элемента И 36, первый вход которого подключен к первому выходу первого счетчика 39 и к установочному входу второго триггера 45, а второй вход - к входу второго формирователя 48 и к второму выходу первого счетчика 39, счетный выхо

3

которого подключен к выходу первого трехвходового элемента И 32, а второй вход обнуления - к входу третьего формирователя 49 и к выходу четвертого счетчика 42, счетный вход которого соединен с выходом второго двухвходового элемента И 37, а вход обнуления заземлен, при этом выход второго трехвходового элемента И 33 соединен с установочным вхо дом третьего счетчика 41, первый и второй выходы которого соединены с входами дешифратора 56, третий выход которого подключен к инверсному входу второго трехвходового эле- мента И 33, при этом счетный вход второго счетчика 40 подключен к выходу третьего трехвходового элемента И 34, а выходы соединены с входами третьего двухвходового эле- мента И 38, инверсный выход которого подключен к третьему входу третьего трехвходового элемента И 34, а прямой выход - к первому входу четвертого трехвходового элемента И 35, третий вход которого соединен с входом четвертого формирователя 50 и с выходом элемента 55 НЕ, а выход - со счетным входом пятого счетчика 43, вход обнуления которо- го заземлен, при этом единичные выходы второго и третьего триггеров 45 и 46 соединены с входами пятого и шестого формирователей 51 и 52 соответственно, а инверсный выход тре- тьего триггера 46 соединен с входом седьмого формирователя 53, выход которого подключен к выходу восьмого формирователя 54, вход последнего соединен с входом элемента НЕ 55 и является входом блока управления, выходы дешифратора являются управляющими выходами УК1, УК2 и УКЗ, выходы шестого и первого формирователей 52 и 47 являются соответственно ос- новным и дополнительным разрешающими выходами а, и а, выходы седьмого и третьего формирователей 53 и 49 - основным и дополнительным запрещающими выходами aj- и а,, а выходы пятого и второго формирователей 51 и 48 - основным и дополнительным выходами обнуления счетчиков с и Cj; причем выходы четвертого и шестого формирователей 50 и 52 соединены между со- бой.

Устройство для определения напряженного состояния массива горных пород работает следующим образом.

504

Приемник 1 упругих колебаний укрепляется Б массиве пород в непосредственной близости от буровой каретки Сне показано), Усилитель 2 усиливает спектр сигнала,поступающего от приемника 1. Аттенюатором 3 согласуется выходная часть усилителя 2 с входом измерительной части 4 и порогового блока 13. Функциональная схема измерительной части 4 приведена на фиг.З. Пороговый блок 13 настра-. ивается на максимальную амплитуду сигнала во время бурения, что позволяет вьщелить частоту следования импульсов только от каретки, так как максимальной амплитудой обладают сигналы от буровой каретки, Генера- тор 9 настаривается на частоту следования импульсов от буровой каретки. При нажатии кнопки Пуск на блоке 8 управления (фиг,4) последний вырабатывает сигнал С1 и С2 , которым обнуляются все каналы измерительной части 4 и дополнительные счетчики 10 и 11. После чего блоком 8 одновременно вырабатываются сигналы a1 и аЗ, Сигнал a1 разрешает прием импульсов с аттенюатора 3 и обработку их измерительной частью 4, Сигналом аЗ дается разрешение на запись импульсов от порогового блока 13 в счетчик 10 и от генератора 9 в счетчик 11, Блоком 12 сравниваются показания дополнительных счетчиков 10 и 11, В случае близких показаний счетчиков 10 и It, сигнал на выходе блока 12 сравцения имеет низкий уровень, что является признаком проведения измерений в роцессе бурения. Интервал времени измерения Т,, определяется сигнаами a1 - начало измерения и а2 - кончание измерения. Интервал времени At определения частоты импульсов от буровой .каретки задается сигналами аЗ - н.ачало определения и а4 - окончание определения и является кратным n-ut , где п - натуральный ряд чисел).

После выдачи сигнала а4 блок управления выдает сигнал С2 для обнуления дополнительных счетчиков 10 и 11. В случае различия показаний дополнительных счетчиков 10 и 11 на выходе блока 12 сравнения появляется сигнал высокого уровня, по которому блок управления вырабатывает сигнал а2 до истечения промежутка времени измерения Т , при этом (фиг. 2). При этом блоком

12сравнения продолжается сравнение частоты сигнала от порогового блока

13с частотой генератора за промежутки времени at,и при совпадении показаний дополнительных счетчиков 10 и 11 (процесс бурения возобновился) сигнал на выходе блока 12 сравнения становится низкого уровня. Блок 8 управления вырабатывает сигнал a1, по которому измерительная часть возобновляет работу. Сигнал а2 вырабатывается в этом случае через 1,;,

- Т

ля al.

MJMI

(фиг.2) после сигнаПосле окончания времени измерения t5 нал с выхода счетчика 43 сбрасывает

20

триггеры 44, 46. По единичному сигналу с инверсного выхода триггера 46 через формирователь 53 вырабатывается сигнал а2. В то же время сигнал с инверсного выхода триггера 44 разрешает прохождение сигналов с третьего выхода генератора 31 (длительностью 5 с) на счетчик 41, выходные сигналы которого через дешифратор 56 форТ Kjiv, блоком 8 вырабатываются сигналы УК1, УК2, УКЗ уп()авления коммутатором 5 для Индикации показаний ка;налов через дешифратор 6 блоком 7

индикации. Следующий цикл работы устройства обеспечивается нажатием кнопки Пуск на блоке 8 управления,

Блок 8 управления работает следующим образом.

Нажатием кнопки 57 Пуск сбрасы- 25 мируют сигналы УК1, УК2, УКЗ. ваются триггеры 45, счетчики 39 - Следующий цикл начинается нажати- 41 и устанавливается в единичное состояние триггер 44, который открывает элементы И 32, 34. Сигналы с первого выхода генератора 31 (длительностью 1 о ) через элемент И 32 поступают на счетный вход счетчика 39 и через элемент И 34 - на счетный вход счетчика 40. При появлении сигнала на выходе 2 счетчика 39,триггер 35 Задним фронтом сигнала Нет бурения 45 устанавливается в единичное со- через формирователь 50 вырабатывает- стояние и через формирователь 51 вырабатывается сигнал С1 ., При появлении сигнала на выходе 4 счетчика 39 через формирователь 48 вырабатывается сигнал С2. При одновременном появлении единичных сигналов на выходах 2 и 4 счетчика 39 появляется сигнал на выходе элемента И 36, который запирает элемент И 32, открывает эле- 45 род. мент И 37 для прохождения сигналов с первого выхода генератора 31 на счетчик 42, -устанавливает в единичное состояние триггер 46 и через1. Устройство для определения на- формирователь 47. вырабатывается сиг- 50 пряженного состояния массива горных

ем кнопки Пуск.

В случае появления сигнала с выхо- 30 да блока 12 сравнения Нет бурения во время работы измерительной части через формирователь 49 вырабатывается сигнал а2, а через элемент НЕ 55 останавливается счет времени

40

ся сигнал a1 и счетчик 43 продолжает отсчет времени Т..

Таким образом устройство обеспечивает измерение аккустических импульсов только в процессе продвижения забоя скважины, что повьшает достоверность определения напряженного состояния контролируемого массива поФормула изобретения

нал аЗ.Одновременно через формирователь 52 вырабатывается сигнал a1. После выдачи сигнала a1 единичным сигналом с прямого выхода элемента .И 38 разрешается прохож- 55 каналов, первый из которых состоит

дение импульсов с второго выхода генератора 31 (длительностью 100,) на счетчик 43, который определяет время работы измерительной части устрой-

(Т„). В то же В1)емя инверсный

ства

выход элемента И 38 запрещает дальнейшее прохождение счетных импульсов на счетчик 40. Через время («it после формирования сигнала аЗ счетчиком 42 вырабатывается сигнал, который сбрасывает счетчик 39 и формирует сигнал а4 через формирователь 49. Таким образом процесс формирования сигналов С2, аЗ, а4 циклически про- должае-тся.

В случае отсутствия сигнала с выхода блока 12 сравнения Есть бурение через время (й , единичный сиг0

триггеры 44, 46. По единичному сигналу с инверсного выхода триггера 46 через формирователь 53 вырабатывается сигнал а2. В то же время сигнал с инверсного выхода триггера 44 разрешает прохождение сигналов с третьего выхода генератора 31 (длительностью 5 с) на счетчик 41, выходные сигналы которого через дешифратор 56 фор25 мируют сигналы УК1, УК2, УКЗ. Следующий цикл начинается нажати- 35 Задним фронтом сигнала Нет бурения через формирователь 50 вырабатывает- 45 род. 1. Устройство для определения на- 50 пряженного состояния массива горных

ем кнопки Пуск.

В случае появления сигнала с выхо- 30 да блока 12 сравнения Нет бурения во время работы измерительной части через формирователь 49 вырабатывается сигнал а2, а через элемент НЕ 55 останавливается счет времени

ируют сигналы УК1, УК2, УКЗ. Следующий цикл начинается нажати- Задним фронтом сигнала Нет бурения через формирователь 50 вырабатывает- род. 1. Устройство для определения на- пряженного состояния массива горных

ся сигнал a1 и счетчик 43 продолжает отсчет времени Т..

Таким образом устройство обеспечивает измерение аккустических импульсов только в процессе продвижения забоя скважины, что повьшает достоверность определения напряженного состояния контролируемого массива помируют сигналы УК1, УК2, УКЗ. Следующий цикл начинается нажати- Задним фронтом сигнала Нет бурения через формирователь 50 вырабатывает- род. 1. Устройство для определения на- пряженного состояния массива горных

Формула изобретения

пород, включающее последовательно соединенные приемник упругих колебаний, усилитель, аттенюатор, не менее трех параллельных измерительных

из усилителя, соединенного с одним из входов порогового блока, выход которого соединен с цепью из последовательно соединенных блоков усреднения, умножения и счетчика, а другие состоят каждый из последовательно соединенных усилителя, порогового блока, блоков вычитания,усреднения и счетчика, при этом первы выход порогового блока каждого предыдущего измерительного канала соединен с вторым входом блока вычита ния каждого последующего канала, выход блока умножения каждого измерительного канала соединен со счетным входом счетчика того же канала,второй выход порогового блока каждого нечетного измерительного канала соединен с вторым входом блока умножения того же измерительного канала, а выход порогового блока каждого ченого канала соединен с входом счетчика того же измерительного канала, выходы счетчиков всех измерительных каналов подключены к информационным входам коммутатора каналов, выход которого соединен с входом дешифратора, соединенного с блоком индикации, и блока управления, разрешающий и запрещающий выходы которого соединены с управляющими входами пороговых блоков всех каналов, управляющие выходы подключены к управляющим входам коммутатора каналов, а выход обнуления соединен с входами обнуления счетчиков измерительных каналов, отличающееся тем, что, с целью повьщгения достоверности Измерения, оно снабжено дополнительными пороговым блоком и двумя счетчиками, генератором импульсов и блоком сравненная, при этом счетный вход первого дополнительного счетчика подключен через дополнительный пороговый блок к выходу аттенюатора, счетный вход второго дополнительного счетчика подключен к выходу генератора импульсов, информационные выходы дополнительных счетчиков подключены к входу блока сравнения, выход которого подключен к входу блока управления, дополнительные разрешающие выходы и дополнительный выход обнуления которого соединены с соответствующими входа- .ми дополнительных счетчиков.

2. Устройство поп,1, отли- чающеес-я тем, что блок уп- равления содержит генератор, четыре трехвходовых элемента И, три .двухвходовых элемента И, пять счетчиков, три триггера, восемь формиро

5

0

5

0

5

0

5

0

5

вателей, элемент HR, дешифратор и кнопку Пуск, которая соединока с установочным входом пертют о триггера, с первым входом обнуления первого счетчика, входами обнуления второго триггера, второго и третьего счетчиков, при этом первый выход генератора подключен к первому входу первого трехвходового элемента И к второму входу второго двухвходово- го элемента И и второму входу третьего трехвходового элемента И, второй выход генератора соединен с вторым входом четвертого трехвходового элемента И, третий выход генератора подключен к первому входу второго трех- входового элемента И, второй вход которого соединен с инверсным выходом первого триггера, единичный выход которого подключен к второму входу первого трехвходового элемента И и к первому входу третьего трех- входового элемента И, а вход, обнуления первого триггера соединен с-выходом пятого счетчика и входом обнуления третьего триггера, установочный вход которого соединен с входом первого формирователя, с первым входом второго Двухвходового элемента И, инверсным входом -первого трехвходового элемента И и выходом первого Двухвходового элемента И, первый .вход которого подключен к первому выходу первого счетчика и к установочному входу второго триггера, а второй вход - к входу второго формирователя и второму выходу первого счетчика, счетный вход которого подключен к выходу первого трехвходового элемента И, а второй вход обнуления - к входу третьего формирователя и к выходу четвертого счетчика, счетный вход которого соед1гаен с выходом второго двухвхбдового элемента И, а вход обнуления заземлен,при этом выход второго трехвходового элемента И соединен с установочным вхо дом третьего, счетчика, первый и второй выходы которого соединены с входами дешифратора, третий выход которого подключен к инверсному входу второго трехвходового элемента И, при этом счетный вход второго счетчика подключен к выходу третьего трехвходового элемента И, а выходы соединены с входами третьего двухвходо- вого элемента И, инверсный выход которого подключен к третьему входу третьего трехвходового элемента И,

а прямой выход - к первому входу четвертого трехвходового элемента И, третий вход которого соединен с входом четвертого формирователя и выходом элемента НЕ, а выход - со счетным входом пятого счетчика, вход обнуле- , ния которого заземлен, при этом единичные выходы второго и третьего триг геров соединены с входами пятого и Шестого формирователей соответственно, а инверсный выход третьего триггера соединен с входом седьмого фор-Г мирователя, выход которого подключен ,к выходу восьмого формирователя , вход

1.идшш1Ш

-

llHIMMIIIilll

Nini-iniinillilllllililliUII

а

ILL

юследнего соединен с входом элемен- h-a НЕ и является входом блока управления, выходы дешифратора являются управляющими выходами, выходы шестого и первого формирователей являются соответственно основным и дополнительным разрешающими выходами, выходы седьмого и третьего формирователей - основным и дополнительным запрещающими выходами, а выходы пятого и второго - основным и дополни- т4льным выходами обнуления счетчиков, причем выходы четвертого и шестого формирователе соединены между собой.

- Порог

llHIMMIIIilll

От SflOM управленият -t

Изобретение относится к горному делу и позволяет производить из мерения с высокой достоверностью. Это достигается тем, что во время пауз работа устр-ва приостанавливается. Поэтому регистрируются только те импульсы упругих колебаний, которые возникают в процессе бурения шпуров. Сигналы с приемника 1 упругих колебаний, усиленные усилителем 2, через аттенюатор 3 поступают на входы измерительной части 4 и порогового блока 13. Он настроен на амплитуду сигналов от буровой каретки. Блоком 12 сравнения сравниваются показания счетчиков in, 11, на которые поступают сигналы с блока 13 и генератора 9. Генератор 9 настроен на частоту следования сигналов с буровой каретки. Время измерения устр- ва определяется блоком 8 управления по сигналам с блока 12. После окончания измерения по управляющим сигналам с блока 8 информация о состоя- ,нии массива через коммутатор 5 и дешифратор 6 индицируется на блоке 7 индикации. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. с 9 (Л to 00 ел CF1