Способ определения удароопасности участков массива горных пород и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК E21F5/00 E21C39/00 

1

СЯ

Изобретение относится к горному делу и предназначено для прогноза удароопасности и выбросоопасности участков массива горных пород (МГП). Цель - повышение достоверности и точности определения степени удароопасности участков МГП. Для этого на участке МГП устанавливают преобразователь 1 упругих колебаний и принимают сигналы акустической эмиссии (АЭ). В КАЖДОМ СИГНАЛЕ ВЫДЕЛЯЮТ МОМЕНТ ЕГО ПРИХОДА К ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЮ 1 И МОМЕНТ ДОСТИЖЕНИЯ СИГНАЛОМ МАКСИМУМА. ИЗМЕРЯЮТ ИНТЕРВАЛ ВРЕМЕНИ МЕЖДУ ВЫДЕЛЕННЫМИ МОМЕНТАМИ, ПО КОТОРОМУ ОПРЕДЕЛЯЮТ ДАЛЬНОСТЬ ДО ИСТОЧНИКА. ВЫДЕЛЯЮТ СИГНАЛЫ, ДАЛЬНОСТЬ ДО КОТОРЫХ НЕ ПРЕВЫШАЕТ ЗАДАННУЮ. ЗАТЕМ ИЗМЕРЯЮТ В ТОЧКЕ ПРИЕМА АМПЛИТУДУ СИГНАЛА (АС) И ПО ОПРЕДЕЛЕННОЙ ДАЛЬНОСТИ, УЧИТЫВАЯ ЗАТУХАНИЕ СИГНАЛА ПРИ РАСПРОСТРАНЕНИИ В МГП, восстанавливают АС в очаге. По восстановленным АС определяют интенсивность процесса АЭ - число импульсов в единицу времени и показатель амплитудного распределения. Во внимание принимаются только те сигналы АЭ, у которых АС в источнике превышает минимальную для заданной дальности. Полученные величины интенсивности АЭ и показателя ее распределения группируют в два класса, соответствующие удароопасному и неудароопасному состояниям участков МГП. Граница между классами является параметрами процесса, характеризующими степень удароопасности участка МГП. Устройство для реализации способа, содержащее последовательно соединенные преобразователь 1, предусилитель 2, фильтр 3, усилитель 4, амплитудный селектор 5, а также регистрирующий блок 11 и формирователь 6 строба, снабжено дополнительно генератором 12, блоками 13 и 14 сравнения и последовательно соединенными триггером 7, счетчиками 8 и 9 и блоком 10 вычисления АС. В устройстве производится отсев сигналов АЭ, источники которых находятся за пределами заданной дальности и АС которых в источнике меньше минимальной для заданной дальности. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

СП

ел

03

1

ляют момент его прихода к преобразо- ателю 1 и момент достижения сигналом максимума. Измеряют интервал времени между выделенными моментами, по которому определяют дальность до источника. Вьщеляют сигналы, дальность до которых не превышает заданную. Затем измеряют в точке приема амплитуду Сигнала (АС) и по определенной дальности, учитывая затухание сигнала йри распространении в 11ГП, восстанавл ивают АС в очаге. По восстановлен- :ым АС определяют интенсивность про- ,есса АЭ-число импульсов ъ единицу ремени и показатель амплитудного аспределения. Во внимание принимаются только те сигналы A3, у которых АС в источнике превышает минимальную Аля заданной дальности., Полученные величины интенсивности A3 и показателя ее распределения группируют в два

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при (прогнозе удароопасности и выбросо- Ьпасности участков массива горных по- род.

Цель изобретения - повышение дос- говерности и точности определения степени удароопасности участков массива.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - блок-схема амплитудного селектора; на фиг, 3 - блок-схема формирователя строба,

Способ осуществляется следующим образом.

Предварительно, одним из известных способов, например, по разнице времени прихода сигналов от одного источника акустической эмиссии на че- тыре преобразователя, определяют дальности от источников до каждого преобразователя и интервалы времени (utA,a(c) между моментом прихода и моментом достижения сигналом максимума. Затем устанавливают величину коэффициента К по зависимости дальности от датчика до источника акустической эмиссии от At макс

R К- Ы

MOIKC

R - дальность от датчика до источника акустической эмиссии; К - постоянный коэффициент;

0

5

класса, соответствующие удароопасно- му и неудароопасному состояниям участков КГП. Граница между классами является параметрами процесса, характеризующими степень удароопасности участка ГГП. Устройство для реализации способа, содержащее последовательно соединенные преобразователь 1, предусилитель 2, фильтр 3, усилитель 4, амплитудный селектор 5, а также регистрирующий блок 1 и формирователь 6 строба, снабжено дополнительно генератором 12, блоками 13 и 14 сравнения и последовательно соединенными триггером 7, счетчиками 8 и 9 и блоком JO вычисления АС. В устройстве производится отсев сигналов АЭ, источники которых находятся за пределами заданной дальности и АС которых в источнике меньые минимальной для .заданной дальности, 2 с.п. ф-лы, Зил,

Q

5

Q

0

5

&tMC|KC - интервал времени между моментом прихода и моментом достижения сигналом максимума.

Далее задаются дальностью приема и определяют максимальную величину амплитуды сигнала в источнике, необходимую для приема сигнала при заданной дальности, исходя из затухания сигнала при распространении в массиве горных пород.

На участке массива горных пород, удароопасность которого определяется, устанавливают преобразователь упругих колебаний и принимают сигналы акустической эмиссии, 3 каждом сигнале выделяют момент его прихода к преобразователю и момент достижения сигналом максимума, а также измеряют интервал времени между выделенными моментами, по которому определяют дальность до источника. Выделяют сигналы, дальность до которых не превышает заданную. Измеряют амплитуду сигнала в точке приема и по определенной дальности, учитывая затухание сигнала при распространении в горных породах, восстанавливают амплитуду сигнала з очаге. По восстановленным амплитудам сигналов определяют интенсивность процесса акустической эмиссии - число импульсов в единицу времени и показатель амплитудного распределения. Причем принимаются во внимание толь515537

ко те сигналы акустической эмиссии, у которых амплитуда в источнике превышает минимальную для заданной дальности. Затем полученные величины па- г раметров процесса акустической эмиссии - интенсивность и показатель амплитудного распределения, сравнивают с параметрами процесса, характеризующими степень удароопасности участка ю массива данного месторождения.

Параметры процесса, характеризующие степень удароопасности участка массива данного месторождения, определяются следующим образом. 15

По результатам определений параметров процесса акустической эмиссии в условиях различной удароопасности, определенной апробированными методами, значения этих параметров группи- 20 руются в два класса, соответствующие удароопасному и неуд,ароопасному состояниям участков массива. Граница между классами является параметрами процесса, характеризующими степень 25 удароопасности участка массива данного месторождения.

Устройство для определения удароопасности участков массива горных пород содержит последовательно соеди- 30 ненные преобразователь 1, предусили- тель 2, фильтр 3, усилитель 4, амплитудный селектор 5, а также последовательно соединенные формирователь 6 строба, триггер 7, вспомогательный gg счетчик 8, основной счетчик 9, блок 10 вычисления амплитуды, регистрирующий блок 11, генератор 12, подключенный к счетному входу вспомогательного счетчика 8, первый блок 13 сравнения, 40 вход которого подключен к выходу основного счетчика 9, а выход - к второму входу блока 10 вычисления амплитуды, второй блок 14 сравнения, вход которого подключен к выходу блока 10 45 вычисления амплитуды, а выход - к второму входу регистрирующего блока 11. Причем вход формирователя 6 строба подключен к выходу усилителя 4, а первый выход амплитудного селектора 50 5 - к обнуляющим входам счетчиков 8 и 9.

Амплитудный селектор 5 (фиг, 2) состоит из последовательно соединенных первого порогового элемента 15, 55 первого счетчика 16, блока 17 кодирования, а также формирователя 18 порога, линии 19 задержки и второго генератора 20, выход которого подключен

176

к счетному входу счетчика 16. Формирователь 6 строба (фиг. 3) состоит из второго порогового элемента 21, второго счетчика 22 и третьего гене- ратора 23, выход которого подключен к счетному входу счетчика 22,

Устройство работает следующим образом.

Преобразователь 1 преобразует упругие шчпульсы акустической эмиссии в электрические сигналы, которые после предварительного усиления в пред- усилителе 2, фильтрации в фильтре 3, усиления в усилителе 4 одновременно поступают на амплитудный селектор 5 и на формирователь 6 строба. В амплитудном селекторе 5 (фиг. 2) при превышении входным сигналом порогового уровня элемента 15 происходят его срабатывание и разрешение счета счетчиком 164 который первым же импульсом с второго генератора 20 переходит в следующее состояние и выдает соответствующий сигнал на блок 17 кодирования. Изменение состояния счетчика 16 приводит к изменению напряжения на выходе формирователя 18 порога, что переводит первый пороговый элемент 15 в неходкое состояние.

3 результате этого счетчик 16 находится в состоянии, соответствующем максимальной амплитуде входного импульса акустической эмиссии. При поступлении строб-импульса по входу Е блок 17 кодирования выработает сиг- нал, соответствующий максимальной амплитуде импульса эмиссии, а после прохождения сигнала через линию 19 задержки происходит обнуление первого счетчика 16.

Формирование строба осуществляется в блоке 6 (фиг, 3). При отсутствии импульсов акустической эмиссии второй пороговой элемент 2 находится в нулевом состоянии. При этом происходит счет тактовых импульсов третьего генератора 23 вторым счетчиком 22 с ограниченной скоростью. После заполнения счетчика 22 на его выходе появляется единица,, которая запрещает дальнейший счет счетчика 22 ц поступает с выхода формирователя б строба на вход Е амплитудного селектора 5. Строб-кмпульс устанавливает триггер 7 в единичное состояние и запрещает счет импульсов генератора 12 вспомогательным счетчиком 3. После задержки в линии 19 задержки амплитудного

715

селектора 5 строб-импульс обнуляет первый счетчик 16 и по выходу Д амплитудного селектора 5 обнуляет основной 9 и вспомогательный 8 счетчики.

При поступлении импульса акустической эмиссии каждый положительный полупериод колебаний в импульсе при превышении порогового уровня элемен- та 21 переводит его на время превышения в единичное состояние, Возникающая на выходе порогового элемента 21 единица обнуляет счетчик 22, Первой же единицей-, соответствующей мо- менту первого вступленчя сигнала акустической эмиссии, триггер 7 устанавливается в нулевое состояние и разрушает счет импульсов генератора 12 вспомогательным счетчиком 8, Во время отрицательного полупериода колебаний в импульсе эмиссии счетчик 22 считывает импульсы генератора 23 По окончании импульса акустической эмиссии происходит заполнение счетчика 22 с ограниченной емкостью и на его выходе появляется единица, которая запрещает дальнейший счет счетчику 22 и устанавливает триггер 7 в единичное состояние. Таким образом, строб-им- пульс возникает на выходе формирователя 6 по окончании импульса эмиссии если между его окончанием и приходом следующего импульса проходит время большее, чем наибольшая длительность полупериода колебаний в импульсе эмиссии.

В то же время, при действии им- пульс а эмиссии на каждое срабатывание первого порогового элемента 15 амплитудного селектора 5 сигналом по выходу С производится перезапись содержимого вспомогательного счетчика 8 в основной счетчик 9, Таким обра

зом, к моменту окончания импульса акустической эмиссии в основном счетчике 9 записано число т актовых импульсов, пропорциональное интервалу времени между моментом первого вступления и моментом достижения сигналом максимума или дальности до источника акустической эмиссии.

Число импульсов, записанное в счетчике 9, сравнивается в первом блоке 13 сравнения с числом импульсов, соответствующим заданной дальности. Если число импульсов в счетчике 9 превышает число импульсов, записанное в блоке 13„ то на блок вычисле8

j 0 5 0

0

5

ния амплитуды поступает запрещающий сигнал, и вычисления амплитуды не производятся. Дальность источника акустической эмиссии больше заданной. Если число импульсов в счетчике 9 не превышает числа импульсов в блоке 13, то на блок 10 поступает разрешающий сигнал.

По окончании сигнала эмиссии формируется строб-импульс, и с блока 17 кодирования амплитудного селектора 5 на блок 10 вычисления поступает код амплитуды сигнала акустической эмиссии в точке приема. При поступлении этой информации блок 10 вычисления, учитывая число импульсов в счетчике 9, производит определение амплитуды сигнала акустической эмиссии в источнике, которая поступает в блок 14 сравнения и на регистрирующий блок 11. Если амплитуда в источнике превышает минимальную для заданной дальности, то блок 14 сравнения разрешает регистрацию в блоке 11. В противном случае регистрация запрещается. После задержки строб-импульса линией 19 задержки происходит обнуление счетчиков 16, 8 и 9 и устройство переходит в исходное состояние,

Таким образом, в предлагаемых способе и устройстве производится отсев сигналов акустической эмиссия, источники которых находятся за пределами заданой дальности, и амплитуды которых в источнике меньше минимальной для заданной дальности. Интенсивность и показатель амплитудного распределения определяют по восстановленным амплитудам сигналов и источнике. Это повышает достоверность и точность определения удароопасности и обеспечивает дополнительную защиту от помех,

45 Форму л а изобретения

0

5

915

акустической эмиссии и момент достижения сигналом его максимума, измеряют интервал времени между выделенными моментами, после чего определяют дальность до источника указанных сигналов акустической эмиссии, задают дальность последующего приема сигналов и выделяют сигналы акустической эмиссии, дальность до которых не пре- вышает заданную, измеряют амплитуду сигналов в точке приема, после чего восстанавливают амплитуду сигналов в источнике акустической эмиссии, а интенсивность и показатель амплитуд- ного распределения определяют по восстановленным амплитудам сигналов, амплитуда которых в источнике превышает минимальную для заданной дальности, после чего восстановленные и определенные ранее интенсивности и показатели распределения группируют в два класса и устанавливают границу между ними, а степень удароопасности горного массива горных пород опреде- ляют по месту попадания восстановленных значений интенсивности и показателя амплитудного распределения относительно указанной границы.

Фиг. 2

17Ю

также регистрирующий .блок и формирователь строба, вход которого подключен к выходу усилителя, а первый выход подключен к второму входу амплитудного селектора, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности и точности определения удароопасных участков, устройство снабжено последовательно соединенными триггером, вспомогательным счетчиком, основным счетчиком, блоком вычисления амплитуды, а также генератором, первым и вторым блоками сравнения, при этом первый и второй входы триггера соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователя строба, выход блока вычисления амплитуды параллельно подключен к первому входу регистрирующего блока и к входу второго блока сравнения, выход которого соединен с вторым входом регистрирующего блока, причем выход генератора подключен к второму входу вспомогательного счетчика, вход первого блока сравнения подключен к выходу основного счетчика, а выход - к второму входу блока вычисления амплитуды, третий вход которого подключен к первому выходу амплитудного селектора, второй выход которого подключен к управляющему входу основного счетчика, а третий выход подключен к обнуляющим входам основного и вспомогательного счетчиков.

Фиг.З