Устройство для оценки напряженного состояния массива горных пород Советский патент 1991 года по МПК E21C39/00 G01N29/04 

Изобретение относится к устройст- вам для контроля напряженного состоя ния горных пород вокруг выработок и может быть использовано для прогноза удароопасности и выбросоопасности горных пород с указанием очага опасности о

Целью изобретения является повышение достоверности оценки нагруженного состояния массива горных Пород при одновременном повышении ее оперативности и детальности исследования маесива„

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для оценки напряженного состояния массива горных пород; на фиг. 2 - функциональная схема таймера;, на фиг. 3 - временные эпюры, поясняющие работу устройства в рабочем режиме; на фиг„ 4 - временные эторы, поясняющие работу устройства в режиме просмотра0

Устройство для оценки напряженного состояния массива горных пород реализует способ, заключающийся в сравнительном анализе сигналов акустической эмиссии (АЭ) и электромагни ной эмиссии (ЭМЭ)„

Устройство для оценки напряженного состояния массива горных пород содержит несколько каналов 1 измерения и блок 2 обработки, управления и регистрации, расположенный на диспетчерском пункте и соединенный шиной обмена данных с каждым из каналов 1. Каждый канал 1 измерения включает в

5

5 0

о 5

л

себя преобразователь 3 сигнала A3 в электрический и преобразователь 4 сигнала ЭМЭ в электрический, последовательно соединенные с преобразователем A3 3 первый фильтр 5 с регулируемой полосой пропускания, первый усилитель 6 с регулируемым коэффициентом усиления, первый видеодетектор 7 с регулируемой постоянной времени и последовательно соединенные с приемником сигналов ЭМЭ второй фильтр 8 с регулируемой полосой пропускания, второй усилитель 9 с регулируемым коэффициентом усиления, второй видеодетектор 10 с регулируемой постоянной времени,,

В каждый информационный канал 1 входит многоотводная линия 11 задержки с регулируемым интервалом задержки Ј, перемножители 12 и интеграторы 13 с регулируемой постоянной интегрирования в количестве, равном числу отводов линии 11 задержки, схема 14 выбора максимума, управляемый таймер 15, блок 16 сопряжения, содержащий аналого-цифровой преобразователь 17, субблок 18 ввода-вывода, распределитель 19 и запоминающий

блок 20о

t

При этом вход линии 11 задержки соединен с выходом второго видеодетектора 10, отводы линии 11 задержки соединены с первыми входами перемножителей 12, вторые входы перемножителей 12 соединены с выходом первогоi

51

видеодетектора 7, выходы перемножителей 12 соединены с входами интегра торов 13, выходы интеграторов 13 сое динены с входами схемы 14 выбора максимума, выходы первого 9 и второго 10 видеодетекторов и первый выход схемы 14 выбора максимума соединены с первым, вторым и третьим входами АЦП 17, выход АЦП 17 соединен с первым входом субблока 18 ввода-вывода, второй вход субблока 18 ввода-вывода соединен шиной с вторым выходом схемы 14 выбора максимума, первый выход субблока 18 ввода-вывода соеди нен с первыми входами запоминающего субблока 20, второй выход субблока 18 ввода-вывода соединен с первым входом таймера 15 и четвертым входом АЦП 1 7« Вторые входы запоминающего субблока 20 соединены с выходами распределителя 19, выходы запоминающего субблока 20 соединены с управляющими входами первого 5 и второго 8 фильтров, первого 6 и второго 9 усилителей первого 7 и второго 10 видеодетекторов, а выходы таймера 15 соединены с синхровходами линии 11 задержки, схемы 14 выбора максимума, распределителя 19, АЦП 17, субблока 18 ввода-вывода и интегратора 13„

Таймер 15 содержит (фиг 2) опорный генератор 21, первый коммутатор 22, первый 23 и второй 24 делители частоты, схему И 25, третий 26 и четвертый 27 делители частоты и второй коммутатор 28„ Выход опорного генератора 21 соединен с первым входом первого коммутатора 22 к с первым входом первого делителя 23 частоты. Выход первого делителя 23 частоты соединен с вторым входом первого коммутатора 22 и с первым входом второго делителя 24 частоты Выход второго делителя 24 частоты соединен с вторым входом второго делителя 24 частоты, с третьим входом первого коммутатора 22 и с первым входом схе- кы И 25, Первый выход первого коммутатора 22 соединен с первым входом второго коммутатора 28, второй выход первого коммутатора 22 соединен с первым входом третьего делителя 26 частоты, выход третьего делителя 26 частоты соединен с синхровходом линии 1 задержки и с первым входом четвертого делителя 27 частоты, выход четвертого делителя 27 частоты

295336

соединен с синхровходом схемы 14 выбора максимума, с синхровходом интеграторов 13 и с вторым входом второго коммутатора 280 Выход коммута- тора 28 соединен с четвертым входом АЦП 17 и синхровходом субблока 18 ввода-выводао Третий вход второго коммутатора 28 соединен с выходом

д схемы И 25, третий выход первого коммутатора 22 соединен с входом распределителя 19, выход субблока 18 ввода-вывода соединен с первым входом опорного генератора 21, с вторым )з входом первого делителя 23 частоты, с третьим входом второго делителя 24 частоты, с вторым входом схемы И 25, с вторыми входами третьего 26 и четвертого 27 делителей частоты,

20 а третьи входы третьего 26 и четвертого 27 делителей частоты соединены с выходом запоминающего субблока 20„ Устройство для оценки напряженного состояния массива горных пород

25 может работать в двух режимах: просмотровом и рабочем,,

Перед началом работы с блока обработки, управления и регистрации 2 через устройство 18 ввода-вывода на

30 первый вход таймера 15 поступает команда Ввод данных (фиг„ Зз), в течение которой по шине обмена данными через устройство 18 ввода-вывода поочередно поступают на запоминающий субблок 20 исходные данные для управляющих входов (фиго За-ж)о Очередность записи исходных данных в запоминающий субблок 20 определяется импульсами, поступающими с распределид0 теля 19 в соответствии с командами на его входе (фиг0 Зм)„

В рабочем режиме устройство работает следующим образом

После окончания команды Ввод

45 данных на первом входе таймера 15 устанавливается уровень Лог00 (фиг о Зз), после чего устанавливается в исходное положение распределитель 19, на него не поступают синх50 роимпульсы (фиг о Зм) , синхроимпульсы начинают поступать на синхровход линии задержки (фиг Зи), интеграторов 13 (фиго Зк), схемы 14 выбора максимума (фиг„ Зд), АЦП 17 и суббло55 ка 18 ввода-вывода (фиг„ Зн)„

Одновременно на четвертый вход АЦП 17 поступает уровень Лог„О.с второго выхода устройства 18 ввода- вывода (фиго Зэ)о При этом АЦП 17

35

отключается от выходов первого 7 и второго 10 видеодетекторов и подключается к первому выходу схемы 14 выб ра максимума

Сигналы,поступающие на преобра- зователи 3 и 4, преобразуются в электрические: сигналы АЭ - на преобразователе 3, сигналы ЭМЭ - на преобразователе 4, затем они фильтруются в регулируемой полосе частот фильтрами 5 и 8, усиливаются на регулируемы усилителях 6 и 9, детектируются по низкочастотной составляющей на регулируемых видеодетекторах 7 и 10„

С выхода второго видеодетектора 10 сигналы ЭМЭ поступают на вход многоотводной линии 11 задержки, а с ее отводов - на первые входы перемиожителей 12, на вторые входы перемножителей 12 поступают сигналы АЭ с выхода первого видеодетектора 7, на перемножителях 12 сигналы перемножаются друг с другом, результаты сравнения накапливаются на интеграторах 13 в течение времени, определяемого синхроимпульсами с таймера 15 (фиг, Зи)

Схема Т4 выбора максимума определяет с учетом затухания интегра- тор, на котором сигнал превышает остальные. Значения этого сигнала передается на третий вход АЦП 17, откуда в цифровой форме - на первый вход субблока 18 ввода-вывода, а на второй вход субблока 18 ввода-вывода поступает в цифровой форме номер интегратора с максимальным сигналом,

Информация с первых двух входов субблока 18 ввода-вывода по шине обмена данными поступает на блок 2 обработки, управления и регистрации при поступлении синхроимпульсов с таймера 15

Формирование синхроимпульсов про- исходит следующим образом.

Передним фронтом команды Ввод данных (фиг„ Зз), поступающим с второго выхдда устройства 18 ввода- вывода, устанавливается в исходное положение опорный генератор 21, первый 23, второй 24, третий 26 и четвертый 27 делители частоты Первый коммутатор 22 нулевым уровнем на выходе второго делителя 24 частоты устанавливается в положение Ввод данных, при этом импульсы с выхода первого делителя 23 частоты поступают на вход распределителя 19

f5

-j

10

f п 25

30 ,

де

50

55

(фиго Зм) через первый коммутатор 22, для остальных синхроимпульсов коммутаторы 22 и 28 закрыты,,

На распределитель 19 проходит семь импульсов по количеству управляющих команд (а-ж), восьмым импульсом второй делитель 24 устанавли- ется в положение Лог.,1, блокируя- при этом свой счетный вход и переключая второй коммутатор 22 в положение Вывод данных $ прекращается поступление импульсов на распределитель 19

В рабочем режиме на первом входе таймера 15 устанавливается уровень Лог.О за счет команды с блока 2 обработки, управления и регистрации (фиг„ Зз), входы схемы И 25 находятся в различных состояниях, выход ее остается без изменения и второй коммутатор 28 остается в исходном положении о

При этом импульсы с опорного генератора 21 проходят на второй вход первого коммутатора 22, затем на первый вход третьего делителя 26 частоты, а с него на синхровход линии

17задержки (фиг„ Зи) и на первый вход четвертого делителя 27 частоты, оттуда на интеграторы 13, схемы 14 выбора максимума (фиг„ Зк и л) и через второй вход второго коммутатора 28 на синхровход АЦП 17 и блока 18 ввода-вывода (фиг, Зн)„

В режиме просмотра после окончания ввода данных на втором выходе субблока 18 ввода-вывода сохраняется уровень , поступающий на четвертый вход АЦП 17 (фиг. 4з).

За счет этого сигналы АЭ и ЭМЭ после предварительной обработки на преобразователях 3 и 4, фильтрах 5 и 8, усилителях 7 и 9, видеодетекторах 8 и 10 обрабатываются на АЦП 17 и поступают поочередно на субблок

18ввода-вывода по синхроимпульсам, поступающим с второго коммутатора 28 (фиг. 4н)0

В режиме просмотра вначале коммутатор аналогично рабочему режиму формирует семь импульсов на распределитель 19 (фиго Зм) для ввода данных (фиго За-ж), восьмым импульсом второй делитель 24 устанавливается в положение ЛогП, переключая второй коммутатор 22 в положение Вывод данных. Однако уровень на первом входе таймера 15 остается Лог,1,

за- счет чего на выходе схемы И 25 изменяется уровень сигнала. Второй коммутатор 28 через первый коммутатор 22 подсоединяется к выходу первого делителя 23 частоты (фиг. 4н)„Таким образом, информация о сигналах A3 и ЭМЭ непрерывно поступает на блок 2 обработки, управления и регистрации (фиг„ 4у), где производится идентификация сигналов, определен возможного источника горного удара, определение ударной опасности в массиве горных пород„ Такой режим работы может быть полезен для предварительных исследований и определения предпочтительных значений регулируемых параметров

В рабочем режиме идентификация сигналов АЭ и ЭМЭ производится непосредственно в каналах: в блоке 2 обработки, управления и регистрации данные различных каналов идентифицируются по длительности, по частоте следования, по форме, а также по амплитуде с учетом затухания сигнала, т„е времени задержки или номера интегратора, с которого поступают данные из канала.

Вначале определяют матрицу ВКФ выходных данных всех каналов:

R«L Rzz.

RM2

RXM

R2M

RMM

где Р , j ВКФ каналов i и

Затем все выходные данные задерживаются на время Ј, и повторяется определение матрицы ВКФ с задержкой каждого второго члена в подынтегральном выражении для ВКФ:

Rm(C,)

()- ,) R22(Ј.) - R2tf(M

- RMM(Ј,)

Затем те же вычисления повторяются с задержкой Ј% и так далее до Јп :

R«(Cn) R«2(M Ri/M(Cn)

Rlitfn) R22(en)

RM(ft4) ) R/uM(Јn)

Время последней задержки Ctt определяется мощностью, затуханием сигнала и чувствительностью приемных пунктов 3, а шаг задержки - требуе1629533

10

0

5

0

мой деятельностью исследования массива, а также временными параметрами сигнала

Главная диагональ матрицы представляет собой автокорреляционную функцию каналов от 1 до М. Сравнение одновременных членов главной диагонали разных матриц может дать представление о периоде повторения и интенсивности импульсов каждого канала; сравнение периодов повторения может выявить каналы с возможно общим источником о-Далее остальные одноименные члены разных матриц сравниваются друг с другом с учетом коэффициента затухания, затем сравниваются временные параметры автокорреляционных функций и взаимокорреляционных функций, что позволяет сделать выводы о наличии общих источников сигналов и по известным методикам определить необходимые данные о них

Устройство позволяет составить математическую модель массива горных пород и заложить ее в память устройства для обработки, управления и регистрации

Формула изобретения

1. Устройство для оценки напряженного состояния массива горных пород, содержащее последовательно соединенные датчик электромагнитных сигналов,

5 первый усилитель с регулируемыми коэффициентами усиления и резонансной частотой, первый видеодетектор, блок временных задержек и последовательно соединенные приемник сейсмоакустичес- ких сигналов, второй усилитель, второй видеодетектор, образующие информационный канал, и блок обработки, управления и регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности принимаемой информации при одновременном повышении ее оперативности и детальности исследования горного массива, оно снабжено

g многоотводной линией задержки, перемножителями и интеграторами в количествах, равных числу отводов линии задержки-, схемой выбора максимума, управляемым таймером блоком сопряжения в составе аналого-цифрового преобразователя, субблока ввода-вывода, распределителя, запоминающего субблока, причем вход линии задержки соединен с выходом первого видеодетектора,

0

5

5

11

1629533

выходы линии задержки соединены с пер выми входами перемножителей, вторые входы перемножителей соединены с выходом второго видеодетектора, выходы перемпожителей соединены с входа ми интеграторов, выходы интеграторов - с входами схемы выбора максимума, выходы первого и второго видеодетекторов и первый выход схемы выбора максимума соединены с первым, вторым и третьим входами аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом субблока ввода- вывода, второй вход субблока ввода- вывода соединен шиной с вторым выходом схемы выбора максимума, первый выход субблока ввода-вывода соединен с первым входом запоминающего субблока, второй выход субблока ввода-вывода соединен с первым входом таймера и четвертым входом аналого-цифрового

12

5

10

преобразователя, вторые входы запоминающего субблока соединены с выходами распределителя, выходы запоминающего субблока - с управляющими входами первых и вторых фильтров, усилителей и видеодетекторов и управляющим входом таймера, а выходы таймера соединены с синхровходами линии задержки, схемы выбора максимума, распределителя, аналого-цифрового преобразователя и субблока ввода-вывода, причем субблок ввода-вывода соединен с блоком отработки управления и 15 регистрации.

2„ Устройство по л 1, отличающееся тем, что оно состоит из нескольких информационных каналов, каждый из которых через суб- блок ввода-вывода подключен к блоку обработки управления и регистрации.

20

Изобретение относится к горной пром-сти и позволяет повысить достоверность оценки нагруженного состояния массива горных пород при одновременном повышении ее оперативности и детальности исследования массива, Устр-во содержит несколько каналов измерения (КИ) 1 и блок 2 обработки,