Устройство для определения степени удароопасности горных пород по акустической эмиссии Советский патент 1989 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для прогноза горных ударов при .подземной разработке месторождений полезных ископаемых;

Цель изобретения - повьшение оперативности и точности определения удароопасности.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство состоит из последовательно соединенных датчикЬ 1 упругих колебаний, .предусилителя 2, фильтра 3, усилителя 4, амплитудного селекто ра 5, формирователя 6, перйьй вход которого соединен с выходом усилителя 4, а выход - с вторым входом амплитудного селектора 5, первого 7 и второго 8 счетчиков, подключенных входами к перв-ому и второму выходам амплитудного селектора 5, первог о 9 и второго 10 делителей числа импуль- сов, подключенных к первому выходу амплитудного селектора 5, блока 11 ввода числа импульсов, первого 12 и второго 13 дополнительных счетчиков, подключенных к выходам первого 9 и второго 10 делителей числа импульсов первого 14, второго 15 и третьего 16 блоков сравнения, подключенных к выходам счетчиков 7,8,12,13 и блока 11 ввода числа импульсов. Устройство имеет таймер 17, элемент ИЛИ 18, первый 19, второй 20 и третий 21 элементы И, первый 22, второй 23 и третий 24 индикаторы. Выход элемента ШШ 18 соединен с вторым входом элемента И 21, выход которого подключен к индикатору 24, первый вход соединен с таймером 17 и вторым входом формирователя. 6. Выходы элементов И 19 и 20 подключены соответственно к первому 22 и второму 23 индикаторам.

Устройство работает следующим образом.

С повышением опасности возникновения горного удара увеличивается не только активность, но и возрастает Доля сильных импульсов. Возрастание доли сильных .импульсов находит свое отражение в уменьшении величины показателя амплитудного распределения b в зависимости активности акустической эмиссии от амплитудного уровня регистрации, которая, как установлено в шахтных условиях, подчиняется степенному закону вида

Na Ка

-t

(1)

где N - активность акустической

а

К

эмиссии; амплитудньй уровень;

- и b- постоянные.

При определении показателя b для конкретного случая достаточно измерить активности акустической эмиссии одновременно по двум амплитудным уровням (а и а), а затем произвести расчет по формуле

NO,

b ig 5--/ig-T. i

a, a.

(2)

5

5

0

5

0

где NQ и N

2.

- средние активности . при амплитудных уровнях а, и а4.

Поскольку по величине показателя амплитудного распределения b производят разделение участков по степени удароопасности, то на практике можно, выбрав постоянным отношение , например, равным 2, использовать более простое соотношение для оценки показателя амплитудного распределения

Ы„

ь . х, , (3)

При 2, если bit,, то b i-2 или если , то Ь 8 и т.д. Поэтому для того, чтобы определить в каком диапазоне значений находится величина Ь, достаточно определить в каком диапазоне значений находится Ь . Датчик 1 упругих колебаний принимает и преобразует упругие импульсы акустической эмиссии в электрические импульсы, которые после предварительного усиления в предусилителе 2, фильтрации в фильтре 3 и усиления в усилителе 4 одновременно поступают на амплитудный селектор 5 и формйро5 ватель 6. В амплитудном селекторе 5 происходит зaпo шнaниe максимальной амплитуды входного импульса на время его действия. По окончании импульса акустической эмиссии формирователь 6

д в случае, если есть разрешение от таймера 17, вырабатывает короткий импульс, который подается на амплитудный селектор 5. Если максимальная амплитуда входного сигнала npeBbmia- ет первый амплитудный уровень а, то импульс возникает на первом выходе амплитудного селектора 5. В случае же превышения максимальной, амплитудой входного сигнала и второго амплитудного уровня а импульс возникает и на первом и на втором выходах амплитудного селектора 5. Первый амплитудный уровень а, устанавливают превышающим уровень сигналов акустических помех, а второй амплитудный уровень а - превышан5щим первый, например, в два раза. Импульсы с первого выхода амплитудного селектора 5 подсчитываются первым счетчиком 7, а импульсы с второго вькода - вторым счетчиком 8. Кроме того, импульсы с первого выхода амплитудного селектора 5 поступают на входы первого 9 и второго

10делителей числа импульсов, имеющих разные коэффициенты деления. Импульсы с выходов делителей 9 и 10 подсчитываются первым 12 и вторым 13 дополнительными счетчиками соответственно. Число импульсов, записанное в счетчиках 7,8,12,13 и блоке 11 ввода числа импульсов, непрерывно сравнивается между собой в блоках 1416 сравнения. В первом блоке 14 сравнения сравнивается число импульсов, введенное в блок 11, и содержимое счетчика 7. Если число импульсов в счетчике 7 превьппает или равно числу импульсов, записанному в блок 11, то на первом выходе первого блока 14 сравнения устанавливается еди- ничньй потенциал, а на втором выходе - нулевой потенциал. В противном случае единичный потенциал устанавливается на- втором выходе первого блока 14 сравнения-, а нулевой - на первом. Аналогично работают блоки 15 и 16 сравнения.

Число импульсов, вводимое в блок

11ввода числа импульсов, интервал времени разрешения таймера 17 и козффициенты деления делителей 9 и 10 устанавливаются исходя из следующих соображений.

Предварительно для данного месторождения устанавливают значения активности акустической змиссии и по- казателя амплитудного распределения импульсов, соответствующие различной степени удароопасности. Для этого по результатам измерений параметров процесса акустической эмиссии в условиях различной степени удароопас-. ности, определяемой апробированными методами, например методом керново- го бурения, значения этих параметров группируют в классы, соответствующие различной степени удароопасности.

s

0

5

0

5

0

5

0

5

Например, для некоторых месторождений получено, что при средней активности Nc,(a, 0,15 В, коэффициент усиления раз) менее 3 имп за 15 с и любом показателе амплитудного распределения b (расчет по формуле (2)), участок массива горных пород относится к неудароопасным (категории III). Неудароопасным является также участок, на котором средняя активность N,, более 3 имп за

.

15 с, но показатель b более 2. При средней активности NQ, равной 3 имп за 15 с и более, и показателе b 2 участок относят к опасным по горным ударам, причем если b 1, то участок наиболее опасен (категория I), а если 2 b 7 1, то участок опасен (категория II). Кроме того, экспериментально установлено, что для получения надежных данных продолжительность измерений должна составлять 20 мин. В связи с этим устанавливается длительность интервала времени разрешения таймера 17, равная 20 мин, а число импульсов, вводимое в блок 11, равным 240, коэффициент деления блока 9 равным 2, коэффициент деления блока 10 рав ным 4. 1

По окончании заданного интервала

времени на выходе таймера 17 устанавливается единичный потенциал, который запрещает работу формирователя 6, а также поступает на входы элементов И 19 - 21. В. зависимости от состояния выходов блоков 14 - 16 сравнения на выходе одного из элементов И 19 - 21 появляется единичный потенциал, что приводит к загоранию одного из индикаторов 22 - 24. Например, при категории II удароопасности загорается индикатор 23, поскольку число импульсов, записанное в первом счетчике 7, превышает число импульсов, введенное в блок 11, и на первом выходе первого блока 14 сравнения единичный потенциал. Кроме того показатель b в условиях категории II удароопасности лежит в диапазоне 2 - 4 и содержимое второго счетчика 8 больше содержимого первого дополнительного счетчика 12, но меньше содержимого второго дополнитель- .ного счетчика 13. Поэтому единичный потенциал присутствует на втором выходе второго блока 15 сравнения и первом выходе третьего блока 16 сравнения. Таким образом, на всех четырех входах элемента И 20 после сра- батьшания таймера 17 присутствуют единицы.

Аналогично в условиях категории I удароопасности загорается индикатор 22, а в условиях категории III - индикатор 24,

Применение предлагаемого устройства позволяет повысить оперативность за счет автоматического определения категории удароопасности, а также повысить точность и дойтовер- ность за счет одновременного использования двух параметров процесса акустической эмиссии и определения диапазона значений для показателя амплитудного распределения,

Фо;рмула изобретения

Устройство для определения степени удароопасности горных пород по акустической эмиссии, содержащее последовательно соединенные датчик упругих колебаний, предусилитель, фильтр.и усилитель, амплитудный селектор, формирователь, первый и вто- рой счетчики, причем выход усилителя соединен с первым входом амплитудного селектора и первым входом формирователя, выход которого ПОД1СГ1ЮЧеН к

второму входу амплитудного селектора первый и второй выходы которого соответственно соединены с входами первого и второго счетчиков, о т л и- чающееся тем, что, с целью повышения оперативности и точности определения степени удароопасности, оно снабжено блоком, ввода числа импульсов, первым и вторым делителями числа импульсов, первым и вторым до0

0

5 о

Q

полнительными счетчиками, первым, вторым и третьим блоками сравнения, элементом ИЛИ, первым, вторым и третьим элементами И, таймером, первым, вторым и третьим индикаторами, причем входы первого и второго делителей числа импульсов соединены с входом первого счетчика, их выходы подключены соответственно к входам первого и второго дополнительных счетчиков, выход первого дополнительного счетчика соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу второго счетчика и второму входу третьего блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом второго дополнительного счетчика, первый выход подключен к четвертому входу второго элемента И, второй выход связан с вторым входом элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с вторым выходом первого блока сравнения, первый вход которого подключен к блоку ввода числа импульсов, второй вход соединен с вькодом первого счетчика, первый выход подключен к второму входу второго элемента, И и первому входу первого элемента И, выход которого связан с первым индикатором, второй вход соединен с первым выходом второго блока сравнения, третий вход подключен к второму входу формирователя, выходу таймера, первому входу третьего элемента И и третьему входу второго элемента И, первьй вход которого соединен с вторым выходом второго блока сравнения, а выход подключен к второму индикатору, при этом второй вход и выход третьего элемента И соответственно соединены с выходом элемента ИЛИ и третьим индикатором.

Изобретение относится к горному делу. Цель - повышение оперативности и точности определения степени удароопасности. Устройство содержит датчик 1, предусилитель 2, фильтр 3, усилитель 4, амплитудный селектор 5, формирователь 6, счетчики 7 и 8, делители 9,10, блок 11 ввода числа импульсов, дополнительные счетчики 12,13, блоки 14,15,16 сравнения, таймер 17, элемент ИЛИ 18, элементы И 19,20,21, индикаторы 22,23,24. Устройство анализирует два параметра процесса акустической эмиссии. К последним относятся активность процесса эмиссии и показатель амплитудного распределения импульсов. Счетчики 7 и 8 подсчитывают количество импульсов, амплитуды которых превышают установленные уровни A₁ и A₂,A₁Α₂. Содержимое дополнительных счетчиков 12, 13 определяется числом импульсов амплитуды A₁ со своими коэффициентами пересчета в делителях 9 и 10. Блок 14 сравнивает содержимое блока 11 и счетчика 7 и устанавливает на своих выходах сигналы единица-ноль либо ноль-единица. Аналогично работают блоки 15 и 16. При совпадении всех единичных сигналов на входах элементов И 19, 20, 21 срабатывает один из индикаторов 22, 23, 24. Разрешение на срабатывание элементов И 19, 20, 21 дает таймер 17. Устройство позволяет повысить оперативность за счет автоматического определения категории удароопасности и определить диапазон значений для показателя амплитудного распределения. 1 ил.