Система контроля напряженного состояния горных пород Советский патент 1991 года по МПК E21C39/00 

rrJ

Б

71

о со со

ю со

Изобретение относится к горной промышленности, предназначено для получения информации о напряженном состоянии горных выработок подземных рудников и используется при управлении ходом веде- ния горных работ.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля за счет уменьшения регистрации ложных импульсных сигналов.

На фиг. 1 представлена структурная схема системы; на фиг. 2 и 3 - временные диаграмму, поясняющие работу системы.

Система контроля напряженного состояния горных пород содержит радиодатчики 1, радиоприемник 2, один из входов которо- го соединен с генератором 3 качающейся частоты, блок 4 выделения разностной частоты, входы которого подключены к генераторам 3 и 5 качающейся и эталонной частоты, генератор 6 сгробирующего им- пульса, соединенный с блоком 4 выделения разностной частоты, выход которого подключен к блоку 7 регистрации, генератор 8 пилообразного напряжения, триггер 9, счетчик 10 импульсов cm нала радиоприемника 2 и счетчик 11 импульсов генератора 8 пилообразного напряжения, схему И 12, Один из входов триггера 9 соединен с выходом радиоприемника 2, а другой - с выходом генератора 8 пилообразного напряжения,выход триггера 9 соединен с входом счетчика 10 импульсов и через схему И 12 - с входом счетчика 1 импульсов, выход последнего соединен с своим входом разрешения, с другим входом схемы И 12 и с входом счетчика 10 импульсов, выход которого подключен к генератору 6 стробирующего импульса, соединенного с входом управления генератора 8 пилообразного напряжения, выход которого подключен к генератору 3 качаю- щейся частоты.

Система контроля напряженного состояния горных пород работает следующим образом.

Радиодатчики 1 включаются периодиче- ски. Так, например, длительность паузы может составлять 5 мин, а длительность сигнала 13 (фиг. 2) включения 6 с. Такой режим выбран с целью обеспечения длительной работы радиодатчиков 1 без смены источника питания, частота сигнала, излучаемого радиодатчиками 1, пропорциональна величине смещений между двумя точками в шпуре, в которых размещен радиодатчик. В то же время каждый из радиодатчиков 1 работает в своей полосе радиочастот, ра- диоприемник 2 периодически переключается на полосу каждого радиодатчика и ожидает приема его сигнала 13, после чего переключается на следующую полосу частот. При изменении механических напряжений в горных породах в них происходят смещения, что приводит к изменению частоты радиосигнала, излучаемого во время работы радиодатчиков 1. На вход радиоприемника 2 подается напряжение генератора 3 качающейся частоты, изменяющейся во времени по линейному закону в соответствии с изменениями напряжениям 14 генератора 8 пилообразного напряжения. При возрастании пилообразного напряжения 14 к начальному значению на другом выходе генератора 8 появляется сигнал 15 обратного хода.

При приеме сигнала 13 одного из радиодатчиков 1 на выходе радиоприемника 2 появляется сигнал 16 в виде импульса. Этим сигналом 16 перебрасывается триггер 9, который возвращается в исходное состояние сигналом 15 обратного хода. Напряжения 17 и 18 на инверсном и прямом выходах триггера 9 начинают изменяться. Первым перепадом напряжения 18 осуществляется сброс счетчика 11 импульсов 15 генератора 8 пилообразного напряжения, так как в этот момент на входе схемы И 12, соединенном с выходом счетчика 11, логическая 1. При этом счетчики 10 и 11 сбрасываются при подаче на вход R логической 1. Как только напряжение 19 на выходе счетчика 11 изменяется, на его входе R сигнал устанавливается в логический О, и он вместе со счетчиком 10 импульсов сигнала радиоприемника 2 получает возможность считать импульсы, подаваемые на его вход Пока на их входах R логическая 1, они не имеют возможности вести подсчет импульсов. При приеме сигнала 13 радиодатчика 1 импульсы сигнала 16 присутствуют во всех периодах работы генератора 8 пилообразного напряжения. Поэтому на выходе счетчика 10 импульсов сигнала радиоприемника 2 изменяется напряжение 20 до появления логической 1 на выходе счетчика 11 импульсов 15 генератора 8 пилообразного напряжения Это изменение напряжения 20 вызывает запуск генератора 6 стробирующего импульса, и на его выходе появляется сигнал 21, который вызывает остановку напряжения 14 генератора 8 пилообразного напряжения и пропуск на блок 7 регистрации сигнала 22 с частотой, равной разности частот генератора 3 качающейся частоты и генератора 5 эталонной частоты. Частота этого сигнала содержит информацию о смещениях горных пород и, соответственно, их напряженном состоянии. После окончания сигнала 21 генератора 6 стробирующего импульса, происходит дальнейшее изменение напряжения 14 генератора 8 пилообразного напряжения, и в момент очередного импульса 15 обратного хода счетчик 11 заполняется, и на его выходе появляется логическая 1, запретив подсчет импульсов 15 обратного хода до сброса по входу R, сбросив счетчик 10 и запретив подсчет импульсов сигнала радиоприемника 2. На этом заканчивается цикл проверки, и после прихода следующего импулса он повторяется вновь.

При появлении сигнала 23 импульсной высокочастотной помехи схема работает следующим образом.

Во время работы генератора 8 пилообразного напряжения 24 так же, как и в предыдущем случае, формируются импульсы 25 обратного хода. Так .как сигнал 23 помехи возникает достаточно редко, сигналы 16 на выходе радиоприемника 2 появляются не во всех циклах работы генератора 8 пилообразного напряжения, поэтому изменение сигнала 27 и 28 на инверсном и прямом выходах триггера 9 соответственно происходит также не во всех циклах работы генератора 8 пилообразного напряжения. В то же время счетчик 11 импульсов генератора 8 пилообразного напряжения осуществляет подсчет импульсов 25 обратного хода, и сигнал 31 на его выходе изменяется после подсчета установленного заранее количества импульсов 25. Так как счетчик 10 импульсов сигнала радиоприемника 2 за это время не заполняется до конца, сигнал ЗС н его выходе не изменяется и не запускает генератор б стробирующего импульса При зтомне происходит передачи сигнала с блока 4 выделения разностной частоты на бло 7 регистрации.

Так как радиопомехи в горных выработках носят, в основном, импульсный характер или же представляют собой пачки импульсов длительностью до 0,5 с, то предлагаемая система контроля напряженного состояния горных пород позволяет избавиться от значительного количества ложных показаний, что в целом повышает достоверность контроля напряженного состояния горных пород.

Показателем эффективности работы устройства контроля состояния массива горных пород является вероятность регистрации ложных показаний. Чем она меньше, тем лучше работает устройство. Без блока защиты от помех вероятность регистрации ложных показаний Рп вычисляется по формуле

Pn 1-e-AT(N-n). где Я-плотность потока помех; Т - период обзора;

N - число циклов обзора за время кот роля;

п -число циклов обзора за время нахождения радиодатчика во включенном состоя- нии.

В реальных условиях Я 0,01 имп/с,

T(N-n) 6 мин, получается значение Рп 1.

С блоком защиты от помех вероятность

регистрации ложных показаний Рпе вычисляется по формуле

Рпб ( 1 )m+1 , где m - число защитных циклов счета.

Значения РПб в зависимости от m приве- деньгв таблице.

Расчет произведен для худшего по сравнению с предыдущим случая Я 1 имп/с, Т 0.3 с.

Таким образом, вероятность искажения помехами показаний без помехозащиты равна единице, в то же время, как видно из таблицы, вероятность регистрации ложных показаний с применением помехозащиты существенно меньше единицы, т е. устройство работает значительно лучше. При мень- шем Я (как, например, в первом случае) значения РП6 еще меньше. Наличие в блоке защиты от помех переключателя количества защитных циклов счета m позволит эффективно бороться с регистрацией ложных по- казаний при возрастании Я, происходящим, например, в случае поярления вЕ- шзи приемника оборудования создающее значи- течьные помехи.

Таким образом, система контроля нз- пряженного состояния горных пород обеспечивает повышение помехоустойчивости беспроводной линии передачи информации, дает возможность прогнозировать воз- можные обрушения кровли горных выработок и предотвратить аварийные ситуации в подземных рудниках.

Формула изобретения Система контроля напряженного состояния горных пород, содержащая генератор эталонной частоты, генератор качающейся частоты, блок регистрации, радиодатчики, радиоприемник, един из входов которого соединен с генератором качающейся частоты, блок выделения разностной частоты, входы которого подключены к генераторам качающейся частоты и эталонной частоты, генератор стробирующего импульса, соединенный с блоком выделения разностной частоты, выход которого подключен к блоку регистрации, отличающаяся тем, что, с целью повышения достоверности контроля за счет уменьшения регистрации ложных импульсных сигналов, она снабжена

генератором пилообразного напряжения, триггером, счетчиками импульсов сигнала радиоприемника и импульсов генератора пилообразного напряжения, с входом разрешения схемой И, при этом один из входов триггера соединен с выходом радиоприемника, другой выход соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, а выход триггера соединен с входом счетчика импульсов сигнала радиоприемника и через

схему И - с другим входом счетчика импульсов генератора пилообразного напряжения, выход счетчика соединен со своим входом разрешения, с другим входом схемы И и с входом счетчика импульсов сигнала радиоприемника, выход которого подключен к генератору стробирующего импульса, соединенного с входом генератора пилообразного напряжения, выход которого подключен к генератору качающейся частоты.

Изобретение относится к горной про мышленности и предназначено дня получения информации о напряженности состояния горных выработок подземных рудников. Цель - повышение достоверности контроля за счет уменьшения регистрации ложных импульсных сигналов Система содержит радиодатчики 1. радиоприемник 2, один из входов которого соединен с генератором 3 качающейся частоты, блок 4 выделения разностной частоты, которого подключены к генераторам качающейся частоты 3 и эталонной частоты 5, генератор 6 стробирующего импульса соединенный с блоком 4 выделения разностной частоты, выход которого подключен к блоку 7 регистрации, генератор 8 пилообразного напряжения триггер 9, счетчик 10 импульсов сигнала радиоприемника и счетчик импульсов 11 генератора пилообразного напряжения, схему 12 И Счетчик 10 подсчитывает импульсы сигналов радиоприемника 2, вызываемые сигналом тдиодатчиков 1 и ложных импульсных сигналов счетчик 11 подсчитывает импульсы обратною хода генератора 8 формируя цикт рабогь1 счетчика 10 После полного заполнения счетчика 1C подается сигнал запуска генератора 6 стробирующего импульса, который останавливает генератор 8 и включает блок 4 выделения разностной частоты, пропорциональной величине смещения горных пород. 3 ил , 1 табл (/) С