Устройство для определения трещиноватости горных пород Советский патент 1991 года по МПК E21C39/00 

о

GO 4

ОО

Итбретение относится к горному делу, в частности к конструкции устройств для определения параметров трешиноватости горных пород в массиве, и может быть использовано на предприятиях горнодобывающей промышленности при физико-химическом упрочнении пород, а также при строительстве горнотехнических и подземных сооружений.

Целью изобретения является повышение точности определения параметров трещи- новатости горных пород путем автоматизации процесса обнаружения трещины, определения ее местонахождения и анализа величины раскрытия трещины с учетом диэлектрической проницаемости пород.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства; на фиг. 2 - диаграммы работы блоков устройства; на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема зонда устройства; на фиг. 4 - принципиальная электрическая схема анализатора; на фиг 5 - принципиальная электричес кая схема запоминающего устройства и формирователя; на фиг. 6 - принципиальная электрическая схема преобразователя линейных перемещений; на фиг. 7 - принципиальная электрическая схема блока питания; на фиг. 8 - принципиальная электрическая схема блока индикации; на фиг. 9 - конструкция зонда и датчика линейных перемещений; на фиг. 10 - вид передней панели блока регистрации; на фиг. 11 -- вид передней панели блока индикации.

Устройство для определения трещинова- тости горных пород состоит из зонда 1, блока 2 регистрации и блока 3 индикации, соединяемых кабелем с помощью разъемных соединений.

Зонд 1 содержит генератор 4 высокой частоты, выход которого соединен с входом согласующего усилителя 5, выход которого соединен с колебательным контуром 6, с которым соединена антенна 7 и индуктивно связана приемная катушка 8, подключенная к входу усилителя 9 высокой частоты, выход которого соединен с входом выпрямителя 10, датчик 1 1 линейных перемещений

Блок 2 регистрации содержит первый усилитель 12. выход которого связан с входом регистрирующего прибора 13, первыми входами компаратора 14, первого пикового детектора 16, второго усилителя 17 Выход компаратора 14 соединен с вторым входом первого пикового детектора 16, первыми входами второго пикового детектора 18, счетчика 23, триггера 24 и формирователя 15 Выход второго усилителя 17 соединен с вторым входом второго пикового детектора 18. Выходы первого пикового детектора 16 и второго пикового детектора 18 соединены с входами анализатора 19. выход которого соединен с входом ЦГ 20 Выходы АЦП 20, преобразователя 22 линейных перемещений и формирователя 15 соединены с входами запоминающего субблока 21. Второй выход преобразователя 22 линейных перемещений соединен с вторым входом счетчика 23. выход которого соединен с вторым входом триггера 24. Выход триггера 24 соединен с вторым входом формирователя 15

Корпус зонда 1 представляет собой пластмассовую трубу 26 с внутренним диаметром 32 мм и внешним 38 мм. длиной 200 мм. Корпус имеет переднюю и заднюю заглушки. К передней заглушке крепится колесо 27 датчика Il линейных перемещений с вклеенными магнитами 28. В пазах перед5 ней заглушки установлены герконы 29 датчика 11 линейных перемещений. Внутри корпуса 26 находится плата 30, на которой расположены элементы зонда 1. В задней заглушке находится отверстие для кабеля 31 и отверстие с резьбой 32 для подсоеди0 нения досылочных штанг (не показаны). Ца передней панели блока 33 регистрации размещены органы управления, индикатор 34 регистрирующего прибора 13, индикаторы адреса ЗУ «Адрес субблока памяти (1 - 10) и индикатор «П - переполнение субблока памяти, разъем 35 для подключения блока 3 индикации и разъем 36 для подключения зонда 1. На передней панели блока 37 индикации выведена индикация величины раскрытия трещины 38 и индикация

о расстояния 39.

Устройство работает в грех режимах При проведении замеров в шахте устройство в составе зонда 1 и блока 2 регистрации работает в режиме «Исследование. По окончании замеров устройство

5 переключают в режим «Хранение, п,ж этом все элементы устройства, кроме субблока памяти 21, отключаются На поверхности к блоку 2 регистрации подключается блок 3 индикации и устройство начинает работать в режиме «Считывание Работа в трех режимах позволяет значительно уменьшить время обследования одного шпура, упростить обработку информации Появляется возможность разработать соглчсчющее устройство для автоматического считывания информа5 ции в конкретный тип ЭВМ Повышается объективность получаемой информации. Работа с устройством не требует высококвалифицированного персонала и может осуществляться одним человеком (в прототипе не менее двух человек)

0 Перед началом замеров с помощью тумблера «Стирание субблока памяти на передней панели блока памяти репьтраиии производится стирание содержи ь i и субблока 21 памяти. Кнопкой «Сброо производится обнуление счетчика преобрл ювателя 22 линей5 ных перемещений При управлении (тумблер в положении «Р)

Оператор можег вести визуальное наблюдение с помощью регистрирующего прибора 13,

0

а также может произвести запись информации вручную (например, в начале и конце шпура). Это также позволяет более эффективно использовать объем памяти, т е проводить запись в субблок 21 памяп только в тех шпурах, где грещиноватосгь представляет интерес При переключении тумблера «Р - «А в положение «А запись информации о трещине происходит автоматически. Автоматическое обнаружение трещины, анализ ее параметров и запись информации в субблоке 21 памяти позво- ляет значительно увеличить прои-и олитель- ность труда оператора, так как отпадает необходимость внимательно следити за регистрирующим устройством и производить запись информации вручную Продвижение зонда 1 по шпуру осуществляется с помощью досылочных штанг С генератора 4 высокой частоты через согласующий усилитель 5 напряжение высокой частоты ПОС ГУ пает в колебательный контур в Часть утр гии колебательного контура 6 излучается ан тенной 7 в окружающую среду В приемной катушке 8 наводится ЭДС, которая усиливается усилителем 9 высокой частоты, с выхода которого поступает на выпрямитель 10. С выхода выпрямителя 10 через кабель 31 сигнал поступает в блок 2 регистрации на вход первого усилителя 12 При движении зонда I по вращается колесо 27 с магнитами 28 датчика 11 линейных перемещений, при этом срабаты вают герконы 29. Сигнал с датчика 1 1 линейных перемещений через кабель 3 поступает в блок 2 регистрации на вхо i преобразователя 22 линейных перемещений, который формирует через каждый 1 см сигналы перемещения, анализирует направление движения и вырабатывает на выхоте циф ровой код, соответствующий расстоянию от устья шпура до зонда 1 Это значительно повышает точность определения местонахождения трещины При изменении диэлектрической проницаемости срелы изменяется емкость антенны 7. что вызывает расстройку колебательного контура 6 i еле вательно, изменение величины с 1алы на выходе выпрямителя 10 Диаграмма изменения сигнала показана на фиг 2 Изме нение сигнала на выходе первого усилителя 12 отображается регистрир ющим прибором 13. Как только величина сигнала на выходе первого усилителя станет выше порогового напряжения U, действующего на втором входе компаратора 14, что будет соответствовать наличию трещины, на выходе компаратора 14 появится напряжение, соответствующее «1 для цифровых микросхем По этому сигналу происходит обнуление первого пикового детектора 16, второго пикового детектора 18, в результате чего вход- ные напряжения анализатора 19 равны нулю На выхоче АЦП 20 цифровой код. соответствующий величине раскрытия трещины.

5

5

0 5

0

5

0

5

0

равен нулю На выходе преобра зона ге гя 22 линейных напряжений цифровой код соответствующем расстоянию от устья ю зонда. Си: на.. с ,ч компаратора 14 также поступает на сход формирователя 15, который формир ет сигчал записи и задерживает его на время, равное циклу работы АЦП. По сигналу записи происходит запись цифровых кодов АЦП 20 и преобразователя 22 линейных перемещений в субблок памяти 21 Запись информации о местонахождении начала трещины позволяет, в случае если тпещиьа не одиночная, определить оанипы разрушенного участка массива По мере приближения антенны 7 зонда 1 к средине трещины происходит нарастание сигнала Первый пиковый детектор 16 отслеживает и запоминает максима п,- ный уровень сигнала Затем сигнал начи нает уменьшаться (при удалении антенны 7 от трещины) и при достижении значения порогового напряжения I nj компаратор 14 возвращается в исходное состояние, при этом сигнал с его выхода обнуляет счетчик 23 и триггер 24 На вход счетчика 23 поступают сигналы через каждый сантиметр продвижения зонада 1 от преобразователя 22 линейных напряжений На выходе счетчика 23 сш налы появляются через каждые 3 см движения зонда 1. однако до гех пор, пока тип гер 24 нахо.тнлея в состоянии «1, на его выходе сигнал не появлялся После обн лення триггера 24 при про- твижении зонда 1 на 3 см на его выходе появляется сигнал, который поступает на формирователь 1 и, на ныхо ie которого формируется сигнал записи Расстояние 3 (М выбрано из реальных условий R результате исследований выяснилось, ч го изменение сигнала на одиночной трещине от минимума до максимума и затем опять ; о минимума составляет примерно 6 см При продвижении на 3 см второй усилитель 17 и второй пиьовый детектор 18 выделяют сигнал, соответствующий неразрушенному массивч Величина этого сигнала характеризует диэлектрическую проницаемость горного массива, в котором обнаружена трещина Этот сигнал поступает на знали затор 19, на другой вхот. анализатора 19 поступает сигнал с первого пикового детектора 16, соответствующий максимальному сигналу на трещине Анализатор 19 представляет собой усилитель с переменным коэффициентом у си тения и пороговым напряжением На вход усилителя сигнал с первого пикового тетектора 16. характеризующий максимальное увеличение сигнала зон да 1 на трещине Cm нал, характеризующий диэлектрическую проницаемость поро ды. в которой находится трещина, с выхо да второго пикового детектора 18 пран ляет изменением коэффициента усиления и величины порогового напряжения Этим юсти гается чет зависимости величины иича ia

на трещине от диэлектрической проницаемости породы, в которой трещина находится. В результате на выходе анализатора 19 появляется аналоговый сигнал, соответствующий величине раскрытия трещины, который преобразуется АЦП 20 в цифровой код. По сигналу записи с формирователя 15 происходит запись цифрового кода соответствующего величине раскрытия трещины, и цифрового кода, соответствующего расстоянию до трещины, в субблок 21 памяти По окончании замеров оператор, переводит устройство в режим «Хранение. В этом режиме субблок 21 памяти подключается к аккумуляторам GB2, GB3 (см. фиг. 7), а все остальные блоки устройства отключаются. В этом режиме информация в субблоке памяти 21 может храниться в течение двух суток. Этого времени достаточно, чтобы считать хранящуюся информацию. При подключении к блоку 2 регистрации блока 3 индикации устройство автоматически переходит в режим «Считывание. Включив тумблер набора адреса суб блока памяти «НА на передней панели блока регистрации, оператор в зависимости от положения тумблера «МП - «СР набирает соответственно младшие пять или старшие пять разрядов адреса субблока 21 памяти кнопкой «Зап., наблюдая визуально адрес на табло блока регистрации. Набор отдельно старших и младших разрядов позволяет быстро набрать любой необходимый адрес. Одновременно на табло блока индикации бутет высвечиваться информация, хранящаяся в ячейке субблока 21 памяти по этому адресу.

АЦП 20 можно реализовать на микросхеме К572ПВ1 Л1 .с.240, компаратор на микросхеме К521СА2 ЛЗ.с.314, пиковый детектор по схеме на фиг. 8.12 (3) с. 208, усилитель по схеме фиг. 4.81 а (3) с. 142, счетчик на микросхеме К176 ИЕЗ (2), с. 237. триггер на микросхеме К176ТВ1 (2) с. 233.

Формула изобретения

Устройство для определения трешинова- тости горных пород, включающее блок регистрации, содержащий усилитель, регистри0

рующий прибор блок питания и зонд, содержащий последовательно соединенные генератор высокой частоты, согласующий уси литель, колебательный контур, соединенный

с антенной и приемной катушкой, усилитель высокой частоты, выход которого соединен с входом выпрямителя, соединенного с блоком регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения трещиноватости горных пород. в устройство дополнительно введены блок индикации, датчик линейных перемещений, компаратор, первый и второй пиковые детекторы, второй усилитель, счетчик, триггер, первый и второй анализаторы уве5 личения напряжения, аналого-цифровой преобразователь, преобразователь линейных перемещений, формирователь сигнала записи, субблок памяти, первый и второй генераторы порогового напряжения, причем датчик линейных перемещений соединен с блоком ре0 гистрации, первые входы компаратора, первого пикового детектора и второго усилителя связаны с выходом первого усилителя, выход компаратора соединен с вторым входом первого пикового детектора, первы5 ми входами второго пикового детектора, счетчика, триггера и формирователя сигнала записи, выход второго усилителя соединен с вторым входом второго пикового детектора, выход которого соединен с первым входом анализатора увеличения напряжения,

0 второй вход которого связан с выходом первого пикового детектора, выход анализатора увеличения напряжения соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выходы аналого-цифрового преобразователя, преобразователя линейных перемещений и

5 формирователя сигнала записи соединены с входами субблока памяти, второй выход преобразователя линейных перемещений соединен с вторым входом счетчика, выход которого соединен с вторым входом триггера, выход которого соединен с вторым входом формирователя сигнала записи, вторые входы компаратора и второго усилителя соединены с выходами первого и второго генераторов порогового напряжения, блок регистрации соединен с блоком индикации.

UBb/x.ff/i.16

Изобретение относится к горном челу и м б использовано на претприятиях гор нодобывающей пром-сти при фи зико-химичес- ком упрочнении пород Цепь - повышение точности определения трещиноватости горных пород Устр-во содержит зонд 1, блок 2 регистрации, блок 3 индикации Зонд 1 состоит из генератора 4 высокой частоты, согласующего усилителя 5, колебательного контура 6, антенны 7, приемной катушки 8 усилителя 9 высокой частоты, выпрямителя 10 и датчика 11 линейных перемещений Блок 2 включает первый усилитель 12, регистрирующий прибор 13, компаратор 14, первый и второй пиковые детекторы 16, 18, второй усилитель 17, формирователь 15, анализатор 19, аналого цифровой преобразователь 20, преобразователь 22 линейных перемещений, счетчик 23 и триг гер 24 При продвижении зонда 1 сили тель 17 и детектор 18 выделяют cm наг, соответстующий неразрушенному массиву Величина этого сигнала характерипе: щ электрическу ю проницаемость горного ва, в котором обнаружена трещина ный сигнал поступает на анализатор 19 1 1 ил « (Л

ивых. №78 R1

ДЗ

Uon 2

ЯО1

Uubix.

Фиг.

к АЦП

+58

к БИ

А Л#/А

к. :1Г,П

Фиг 5

+м

USn

Вь/х. fo.io УОШ Uon2

вых. 6л#

7/7//,

Вых. i бл.15

с

/

Sl

П

г.сп

I СП

l.cn

t.cn

t.c

s

L

l.1

Фиг. 2

fV

Ј

DD

Hull Г /

t..

ffifl

+33

LI Л

Di1 t

r--J,

Ј3iJ 11 Г71

4 №Л1 -™

/

7/J

j f/t +M

f-п г ГА Т JJ

-W HKOr

DD6 ,ijj

1

Ј3iJ 11 Г71

DD5 r-r-TT-i

Фиг. 6

Фиг. 7

ны

Нг

Ј

Ј И

°о/

Th

k

.Vk

Ш Ш ДЖНДтч ДПТШТЬ + ) «йчО, K,-.Cjv. 11«- Лво 1).С . Q

$

&

4S

Й

§ 6

Co b

4s

ho

k °« OiV, -с- -4 К -. Ci

ЧьСЬ- д Ко , ti

VoQa vj Cft л Ю - СЭ

ДЖНДтч ДПТШТЬ 11«- Лво 1).С . Q

$

&

4S

)

Ј

&

§

о о ш - Ши°Ј Р

о оооооооооо

U Ol6d/.9ЈtЈZl

fiЈ oddgv

9Ј

/

/ ЈЈ

ЪЈ

эпнййпшз (&х №Ш

d9

v-иш

W d3(

dU

/

ЈЈ

6 гп&

91

18Z 7Ј91

J7

Раскрытие /у//

38

Расстояние ch

39

ШЛ-А БИ

Фиг. 11