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

Изобретение относится к горному делу, предназначено для контроля напряженного состояния массива горных пород вокруг выработки и мояег быть

использовано для прогноза удсроолас- ности и вибросоопасности массива горных пород.

Целью изобретения является увеличение оперативности определения местопололеиня зоны с повышенной кбн- цеитрацием напряжений относительно контура выработки н упрощение этого процесса.

На Лиг. 1 приведена структурная схема устройства оценки напряженного состояния массива горних пород; на фиг. 2-6 - возможные структурные схемы: многоканального счетчика, бло- ка управления многоканальным счетчиком, таймера, первого н второго йюр- мирователей сигнала; на фиг. 7,8 - временная диаграмма работы устройства н внепнял диаграмма, поясняющая работу многоканального счетчика н его блока управления.

Устройство одета напряженного со- стоштл массива ropitux пород состоит из приемника 1 сейсмоакустнческих сигналов,усилителя 2, первого амплитудного дискриминатора 3 с первым за- датчнком 4 уровня дискриминации, первого формирователя 5 сигнала, широкополосного приемника 6 электромагнит- ного излучения, состоящего из широкополосной пеленгационной антенны 7 н широкополосного усилителя 8, второго амплитудного дискриминатора 9 с вторым задатчиком 10 уровня днскрн- миналим, второго бормнровагелл 1 1 сигнала, D-трнггера 12, первого элемента Н 13, второго элемента И 14, перестраиваемого по частоте генератора 15 импульсов, таймера 16, адресного счетчика 17, многоканального счетчика 13, переключателя 19 выбора количества интерзалов, элемента ИЛИ 20, элемента 21 задержки н

блока 22 индикации.

Многоканальный счетчик 18 (фиг.2) состоит из запоминающего устройства 23, счетчика 24 с предварительной установкой информации и блока 25 уп- равления, который в свою очередь состоит (фиг. 3) из первого генератора 26, первого инвертора 27, первого D-триггера 28, первых адресных ключе 29, третьего элемента И 30, третьего формирователя 31, четвертого элемента И 32, внутреннего адресного счег- чика 33, первого мультиплексора 34, счетчика-распределителя 35 импульсов, второго элемента ИЛИ 36, вторых адресных ключей 37, второго мультиплексора 38, третьего мультиплексора 39, четвертого формирователя 40, пятого формирователя 42.

5

Q

5

0

Q

5

Таймер 16 (фиг. 4) состоит из второго генератора 43, стабилизированного кварцем, шестого элемента И 44, второго счетчика 45 н второго RS- триггера 46.

Первый формирователь 5 сигнала (фиг. 5) состоит из первого одновиб- ратора 47 и второго инвертора 48.

Второй формирователь 11 сигнала (фиг. 6) состоит из второго 49 и третьего 50 одновибраторов, третьего 51 и четвертого 52 инверторов и второй линии 53 задержки.

На фиг. 7 приведена временная диаграмма работы устройства оценки напряженного состояния массива горных пород.

Устройство имеет два режима работы - Накопление и Индикация поннтервалыюго распределения количества пар электромагнитных и сейс- моакустическнх сигналов.

В режиме Накопление устройство работает следующим образом.

С блока 22 индикации в многоканальный счетчик 18 подают сигнал (фиг. 7а), который переводит его в режим Накопление. После этого каким-либо известным способом определяют скорость распространения сейсмо- акустического сигнала. Задают требуемую детальность и глубину оценки горного массива, после чего рассчитывают для заданной детальности оценки и скорости распространения сейсмоаку- стического сигнала период, а затем и частоту тактовых импульсов для перестраиваемого по частоте генератора 15 по формулам

ДТ Д1/у и f 1/ДТ,

где ДТ - период следования тактовых

импульсов; Д1 - детальность оценки горного

массива;

v - скорость распространения сейсмоакустического сигнала в горном массиве; f - частота следования тактовых импульсов,

и устанавливают на нем эту частоту (фиг. 76). Для заданных детальности и глубину оценки горного массива определяют количество интервалов по формуле

п 1/Д1,

51

- количество интервалов; 1 - глубина оценки горного

массива,

устанавливают округленную до целого числа величину на переключателе 19 выбора количества интервалов. Определяют время распространения сейс- моакустического сигнал,: с конца зоны оценки до пункта приема, а по- том и максимально допустимую частоту следования сенсмеакустичеиких и элеь тромагнитных сигналов по фор.лам:

Т 1/v

F 1/Т,

где Т - время распространения сей- смоакустического сигнала с конца зоны оценки; F - максимально допустимая частота следования сейсмоакус- тических и электромагнитные сигналов.

На вггатнье на расстоянии порядка 1 м от поверхности эайоя гор:юй выработки устанавливают широкополосную пеленгационную антенну 7 и оирокополоснын усилитель 8 дли регистрации электромагнитных сигналов а на поверхности забоя жестко закре ляют геофон 1 с предварительным усилителем 2, причем пространственные оси диаграмм направленности широкополосной пеленгационной антенны 7 и геофона 1 совмещают и фиксируют в нужном направлении.

Сейсмоакустическис и электромагнитные сигналы, возникающие в зоне оценки при росте микро- и макротро. щин, регистрируются соответственно геофоном 1 и широкополосной пелен га ционной антенной 7. Преобразованные в напряжение сигналы усиливаются соответствующими усилителями: сепсмо- акустический сигнал - предварительным усилителем 2, а элек1ромагниг- ный - широкополосньм усилителем 8. Усиленные сигналы поступают на первые входы амплитудных дигкриминаторов 3 н 9, где они дискриминируются по амплитуде относительно сигналов первого и второго задатч IKOB 4 10 дискриминации, которые поступают на вторые вход амплитудных дискриминаторов 3 и 9. После этого задают минимально возможные пороговые уров ни дискриминации так, чтобы частота следования как сейсмоакустических, так и япектромагнитных сигналов с

Q

5

0

5

О

5

0

5

0

2

выхоца первого 3 и второго 9 амплитудных дискриминаторов не превышала максимально допустимую частоту F (частотомеры на структурной схеме фиг. 1 условно не показаны).

По сигналу Пуск со сбросом (фиг. 7в) таймер 16, адресный счетчик 17 и многоканальный счетчик 18 устанавливаются в нулевое состояние, а по заднему фронту этого же сигнала таймер переходит в режим счета и на его вмходе устанавливается сигнал лог. |„фмг 7г) , который поступает на один из входов первого элемента И 13,

Устройство готового к определению для каждой прошедшей дискриминацию пары сигналоз номера интервала, в котором возникло излучение, и к подсчету пар и каждом интервале за время, определенное таймером 16

Если теперь электромагнитный CHI- нал (фиг„ 7д) про соггит амплитудную дискриминацию на втором амплитудном дискриминаторе 9 (фиг. 7е), то он поступает на второй формирователь 11, где из гюгле,1 тчат.льностн импульсов Формируется то . вому выходу один информациончый лт-у ьс (фиг. 7ж) , а по второму - СИМУ .оимпульс (фиг„Уз; ,

Передний фронт .нформационного импульс т соответс: гьуьг первому перепаду с лог. Г1 i лог. О1 на выходе второгп амплитудного дискриминаюра 9 в возникшей последовательности импульсов,

Синхроимпульс кс роче информационного и сдвинут о -носнтельно переднего (ронтл информационного импульс.0. ;.а 65 Инфсрмационные импульсы г. синхроимпульс поступают соогвегст- вс нно на информационный и синхрс - нкзнруюиап входы D-трнггсрн 12. По переднему фпонту синхроимпульса на н ей HIS ер тирующем выходе П-триггера 12 появляется аог. i (фиг. 7и), которая разрешает прохождение импульс в наперед заданной частоты (.фиг. 7б) с перестраиваемого по частоте генера-о- ра 15 HMiiyjibCou через п-. рвь п.чеме.мт И 13 (фиг.7к) на счс Hwii вх. г; адресного счетчика 17 и СНГЧЛЧОР с элемента НТК черс второй элемент И 14.

Через некоторое время, cooiBercr- вуюц :с ире.11г .н злп -гь Рания .ейсмо- акус гичпског - снгна.аа о . носи i ельно эпс; кт рома гнить о го , с данного иптер- нала, номер которого указь -ает ад716

ресный счетчик 17, геофон регистрирует сейсмоакустический сигнал (фиг. 7л). Усиленный усилителем 2 сейсмоакустический сигнал поступает на первый амплитудный дискриминатор 3, с выхода которого сигнал (фиг.7м) поступает на формирователь 5. Первый формирователь 5 с последовательности импульсов формирует один импульс (фиг. 7н). Причем передний фронт этого импульса соответствует первому перепаду с лог. 1 в лог. О на выходе первого амплитудного дискриминатора 3 в возникшей последователь- ности импульсов. Этот импульс поступает на первый вход элемента ИЛИ 20 и далее на сбросовый вход D-триггера 12, через второй элемент И 14 - на информационный вход многоканального счетчика 18, а также через элемент 21 задержки на счетный вход адресного счетчика 17. По переднему фронту этого импульса, во-первых, на неин- вертнрующем выходе триггера 12 ус- танавливается лог. О (фиг. 7и), который запрещает прохождение импульсов с перестраиваемого по частоте генератора 15 импульсов на счетный вход адресного счетчика 17 через пер- вый логический элемент И 13 .(фиг. 7к) На выходных шинах адресного счетчика 17 устанавливается код, соответствующий номеру интервала зоны оценки, откуда пришли электромагнитный и сей- смоакустический сигналы. Во-вторых, на выходе второго элемента И (фиг.7с) возникает импульс, который поступает на информационный вход многоканального счетчика 18, где он суммирует- ся с предыдущей информацией по адресу, установившемуся на данный момент на выходных шинах адресного счетчика 17. В-третьих, осуществляется сброс в нулевое состояние адрес- ного счетчика 17 с задержкой, определяемой элементом 21 задержки. Устройство готово к новому циклу регистрации электромагнитного и сейсмо- акустического сигналов.

В случае, если сейсмоакустический сигнал не пришел, то адресный счетчик 17 продолжает последовательный перебор адресов до адреса, который задается переключателем 19 выбора количества интервалов По достижении этого адреса на выходе переключателя 19 выбора количества интервалов появляется сигнал, соответствующий лог

3

5 Q Q с

0

5

12И

1, который поступает на третий вход логического элемента ИЛИ 20 и выполняет ту же функцию, чтс и сейсмоакустический сигнал.

По истечении времени оценки напряженного состояния горного массива на выходе таймера появляется сигнал, соответствующий лог„ О (фиг. 7г), который запрещает прохождение импульсов при наличии электромагнитного сигнала с перестраиваемого по частоте генератора 15 импульсов через первый логический элемент И 13, тем самым запрещая дальнейшее накопление информации в многоканальном счетчике 18.

В режиме индикации поинтервально- го распределения количества пар электромагнитных и сейсмоакустических сигналов, пришедших от одних источников, устройство работает спедующим образом.

С блока 12 индикации в многоканальный счетчик 18 поступает сигнал, соответствующий лог. О, который разрешает индикацию накопленной информации в многоканальном счетчике 18 о распределении интенсивности пар электромагнитных и сейсмоакустических сигналов в зоне оценки горного массива.

На фиг. 8 приведена временная диаграмма, поясняющая работу многоканального счетчика 18 и его блока 25 управления. Многоканальный счетчик 18 имеет три режима работы - обнуление, накопление и индикацию накопленной информации.

В режиме Обнуление информации многоканальный счетчик работает следующим обра зом.

Из блока 22 индикации поступает сигнал в блок 25 управления многоканальным счетчиком 18 (фиг. 7а, 8а) на разрешение режима Накопление. По этому сигналу блок 25 управления разрешает прохождение информации с адресного счетчика 17 на адресные входы запоминающего устройства 23. При поступлении сигнала Пуск со сбросом (фиг. 86) в блок- 25 управления многоканальным счетчиком 18 последний вырабатывает последовательность импульсов на управление запоминающим устройством 23 и счетчиком 24 с параллельной предустановкой ин- сЬормацни. Последовательность импульсов включает в себя: во-первых, сбросовый импульс (фиг. 8в), который поступает на сбросовый вход счетчика 24 с параллельной предустановкой информации, в результате чего на весь период действия сигнала Пуск со сбросом на выходных шинах, а следовательно, и на всех информационных входах запоминающего устройства 23 буде лог. О (фиг. 8г); во-вторых, импульс запрета (фиг. 8д), запрещающим прохождение информации с адресного счетчика 17 и разрешающий ее прохождение с внутреннего адресного счетчика 33 на адресные входы запоминающего устройства 23; в-третьих, импульс (фиг. 8е), разрешающий запись информации в запоминающее устройство 23; в-четвертых, нмлульс сброса (фиг. 8ж) внутреннего адресного счетчика 33, который формируется третьим формирователем 31; в-пятых, синхроимпульс (фиг. 8з) на каждый адрес, формируемый внутренним адресным счетчиком 33 из тактовых импульсов (фиг. 8и) генератора 26. После того как внутренний адресный счетчик 33 переберет все адреса, начиная с первого, и в запоминающем устройстве по каждому адресу будет записан лог.О, а сигнал Пуск со сбросом прекратит свое действие, многоканальный счетчик 18 в: одит из режима Обнуление информации1 и переходит в режим Накопление информации.

В режиме Накопление информации многоканальный счетчик 18 работает следующим образом.

От адресного счетчика 17 поступает информация на адресные входа: запоминающего устройства 23 через первые адресные ключи 29 блока 25 управления. Если теперь по какому-либо адресу на информационный вход бпока 25 управления многоканального счетчика 18 гтридет информационный имлульс (фиг. 7с, фиг. 8к), то счетчик-распределитель 35 импульсов блока 25 управления выдаст сер по импульсов на управление работой чппоминающего устройства 23 и счетчика 24 с параллельной записью информации. Последовательность импупьсов включает в себя: во-первых, импульс (фиг. 8е), который устанавливает в запоминающем устройстве 23 режим Чтение i во-вторых, синхроимпульс (фиг. 8а),

10

15

20

64551210

формируемый четвертым формирователем 40, по переднему фронту которого на выходных шинах запоминающего устройства, а следовательно, и на входах параллельной записи счетчика 24 устанавливается информация, содержащаяся в запоминающем устройстве по данному адресу в-третьих, импульс (фиг. 8л) на параллельную запись информации с запоминающего устройства 23; в-четвертых, информациочный импульс (фиг. 8м), в результате чего на выходных шинах счетчика 27, а следовательно, и на входах запоминающего устройства устанавливается но- nirii коц, отличающийся от предыдущего на единиц;,; в-:.ятых, синхроимпульс (фиг. 8з) на запись информации со счетчика 2ч Б запоминающее устройство 23; в-шэсгы.:, импульс на включение счетчика-распределителя 35 им- пульсоя. Накопление информации будет продолжаться до тех пор, пока таймер 16 не выдаст сигнал запрета,

В режиме Индикация информации многоканальный счетчик 18 работает следующим образом.

По npeKpai.v чч режима Накопление информации с Ртц-ч, ,з 22 индикации в блок 25 упраагаенпя многоканальным счетчиком 18 поступает игнал, соответствующий лог. О (фиг. 8а) , в результате чего блок 25 управления запрещает прохождение информации с адресного счетчика 17 и разрешает ее прохождение с внутреннего адресного счетчика 33 на адресные входы. запоминающего устройства 23, при отом блок 25 управления формирует . сигнал на считывание информации (фиг. 8е) и синхроимпульсы (фиг.8з). В результате на выходных шинах, поступающих в блок индикации, будет информация о номере ячейки запоминающего устройства 23 и ее содержимом.

25

30

35

40

45

Формула изобретения

Устройство для оценки н,и ряженного состояния массива горных пород, содержащее приемник сейскоакусти- ческнх сигналов, соединенный с усилителем, выход которого соединен с входом первого амплитудного дискриминатора, соединенного с первым входом элемента ИЛИ, приемник электро- маггштных сигналов, соединенный с входом второго амплитудного дискрими-

натора, выход которого соединен с таймером, причем выход таймера соединен с вторым входом элемента ИЛИ, отличающееся тем, что, с целью увеличения оперативности определения местоположения зоны с повышенной концентрацией напряжений относительно контура выработки и упрощения этого процесса, введены первый и второй формирователи сигнала, первый и второй элементы И, перестраиваемый по частоте генератор импульсов, адресный счетчик, многоканальный счетчик, переключатель выбора коли- чества интервалов, D-триггер, элемент задержки, блок индикации и шина Пуск со сбросом, причем выходы первого и второго амплитудных дискриминаторов подключены соответственно к первому и второму формирователям сигналов , при этом первый выход второго формирователя сигнала соединен с информационным входом D-триггера, а второй выход этого же формирователя сигнала подключен к шкговому входу D-триггера, неинверсный выход которого соединен с входом первого и второго элементов И, второй вход первого элемента И подключен к РЬ-ХОДУ перестраиваемого по частоте r.tepa- тора импульсов, а третий вход этого элемента И соединен с выходом таймера, выход же первого элемента И подключен к счетному входу адресного счетчика, выходы которого подключены к адресным входам многоканального счетчика и переключателю выбора количества интервалов, выход второго формирователя соединен с первым входом -элемента ИЛИ, второй вход которого через переключатель выбора количества интервалов подключен к одному из входов счетчика, а шина Пуск со сбросом соединена с третьим входом элемента ИЛИ, с входом таймера и сбросовым входом многоканального счетчика, в то же время выход элемента ИЛИ подключен к сбросовому входу адресного счетчика через элемент задержки, к сбросовому входу D-триггера и к второму входу второго элемента И, выход которого соединен с информчционным входом многоканального счетчика, а блок индикации - с его выходными шинами.

Изобретение относится к горному делу и и.б. использовано для прогноза удароонасности и вибросоопасносiи массива горных пород. Цель - увеличение оперативности определения местоположения зоны с попиленной концентрацией напряжения относительно контура выработки и упрощение этого процесса. Устр-во содеркит приемник сеисмоакустическпх сигналов, соеди- ненныйс усилителем.Последний соединен с первым амплитудным дискриминатором, связанным с элементом ИЛИ. Устр-зо имеет приемник электромаг. шпнмх сигналов, соединенный с вто- рьп чмппигудпым дискриминатором, с.вя- заншгм с таймером. Устр-во также имеет первый и второй элементы И, пере- странваемче по частоте генератор импульсов, адресный и многоканальный счогчнкк, переключатель выбора кол- ва интервалов, D-триггер, элемент зздергасн, блок индикации и шину Пуск со сбросам. Для званной детальное- ги и глубины оценит --.«рного массива определяют по форм л-с ьол-во ннтерчл- лов. Округленную до - елого числа величину устанавливаем на переключателе коа-пл пнторпалов. Затем определяют время распространения сейсмоакус- гическсго сигналя с конца зоны оценки до пункта прнег а. В последующем определяют максимал-ыю допустимую частоту следования сеисмоакус гнчески:: и электромагнитных сигналов. Сейсмо- акусгнческпе и электромагнитные сигналы, возникшие в зоне оценки при росте микро- и макротрецнн, регистрируются соответственно геофоном и широкополосной пеленгацнонной антенной. Преобразованные в напряжения (сигналы усиливаются соответствующими усилителями. На выходных шинах, по- ступаюшх в блок индикации, будет шкЬормация о номере ячейки запоминающего устц-ва и ее соцерх.н ом . 8 «п. % СП ел го

со сбросом

Фиг. 1

18

Номер интервала I

25

т

enm /запись

Синяроимлулкн

Имрорнация

/Kre. запись /счет

Накопление/индикация

Фие.2

интервала I

nil

Информация Ј

27 №

30

33

37

,1 .0

1

J4

.1

А .о

-t5

л

Cvum запись

Сброс

П

щ,

{

JJ

-,

f-txtf.

38

4/

2

№ Jjir

I

Фаг. в