Способ мониторинга процесса разрушения горных пород в массиве и автоматизированная система для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для осуществления непрерывного контроля за состоянием массива горных пород и обеспечения безопасности ведения горных работ.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля.

На чертеже представлена функциональная схема автоматизированной системы мониторинга процесса -разру- иення горных пород в массиве.

Автоматизированная система мониторинга процесса разрушения горных пород в массиве состоит из четырех последовательно соединенных блоков - блока 1 приема и обработки сигналов, блока 2 гелекции парных электромагнитных и сейсмоакустических сигналов разрушения, блока 3 распознавания разрушения и блока 4 оповещения.

Блок 1 приема и обработки сигналов (БОС) содержит направленную антенну (преобразователь электромах- нитного сигнала) 5 и преобразователь 6 сейсмоакустического сигнала, подключенные к каналам регистрации, каждый из которых включает последовательно соединенные предусилители 7 и 8, фильтры 9 и 10, усилители 11 и 12 и амплитудные дискриминаторы 13 и 14 (нечетная цифра означает принадлежность элемента к электромагнитному сигналу), причем выход амплитудного дискриминатора 13 электромагнитного канала БОС соединен с входом формирователя 15 временной задержки, входящего,в состав блока 2 селекции парных сигналов разрушения

0

5

0

5

0

5

(БСР), который содержит запдгчик 16 длительности временной задержки, соединенный с вторым входом формирователя 15, селектор 17 сейсмоакустических сигналов разрушения, к первому входу которого подключен амплитудный дискриминатор 14 сейсмоакустического канала БОС, а к второму - задат- чи-с 18 предельной длительности сейс- моакустических сигналов разрушения, схему И 19, первый вход которой соединен с выходом формирователя 15 временной задержки, а второй - с выходом селектора 17 акустических сигналов разрушения, выход схемы И 19 подключен к счетному входу счетчика 20 пар электромагнитных и сейсмоакустических сигналов, входящего в состав блока 3 распознавания разрушения, который содержит генератор 21 опорной частоты, таймер 22, распределитель 23, имеющий два входа, на один из которых подается сигнал с выхода таймера, а на другой - с выхода генератора опорной частоты, и три выхода, по которым электрические импульсы подаются последовательно на входы Перезапись регистра 24 сдвига, Сброс счетчика 20 импульсов и параллельно на вход Перезапись арифметическо- логичаского устройства (АЛУ) 7, а также на вход Сдвиг рпрано регистров 24-26 сдвига, подключенных мн информационными выходами к соответствующим входам АЛУ, к четверто- ,му информационному входу АЛУ 27 подключен задагчик 28 нормы контроля, выход АЛУ подключен к зходу блока 4 оповещения, который содержит исполни5164551

тельный элемент 29, соединенный с

звуковым сигнализатором 30 и радиомаяком 31, а также приемникн-сигнапи- эаторы 32.

Способ осуществляют следующим об- - разом.

Предварительно в целях выбора оптимальных параметров режима регистрации электромагнитных и сейсмоакус

тическнх сигналов (частотные диапазоны, уровни амплитудной дискрими- нацки), формирования необходимой кон фигурации зоны контроля и сведения к минимуму в процессе мониторинга ка ложной тревоги, так и пропуска цели, с помощью серийной аппаратуры (например, регистратора акустической ч электромагнитной эмиссий типа ЛЭР-2Ш выпускаемого в ИФиМП АН КиргССР) осуществляют измерение пап метров вызванной сейсмоакустической и лект- ромагнитной эмиссий , Для этого в окрестности предполагаемо зоны контроля возбуждают, например, с помощью взрывов сейсмоакустические и электромагнитные сигналы и --ппеделяют наряду с частотными и амплитудными па раметрами этих сигналов, во-первыу,. скорость распространения сейсмоэкус- тических импульсов, которая слчмест- но с максимальной протяженностью зон контроля используется для расчета времени задержки прихода сейсмоакустического сигнала относительно тромагннтного, устанавливаемого в

задатчике 16 врсмрчной задержки. Ро- вторых, определяют пороговое значение градиента интенсивности парных электромагнитных и сейсмоакустичсс- ких сигналов как разность между числом парных сигналов, зарегистрированных непосредственно до и после взрыва за время, равное длительности одного интервала регистрации, устанавливаемого в таймере 22 при мониторинге. 1 екомендуемое время одного интервапа регистрации не должно превышать 10-15 глин. Полученное значение градиента интенсивности пар электромагнитных и сейсмоакусгичес- ких сигналов служит заранее заданной нормой контроля и вводится в задат- чик 8 нормы контроля градиента интенсивности блока 3 распознапан)1я разрушения. Зчтем в задатчикс- 16 предельной длительности сейсмоакусти- ческих сигналов разрушения блоха 2 сепекпии устанавливают длительность

0

s о 5 о

s

0

5

0

сейсмоакустических сигналов разрушения, которая, как правило, не превышает 5 мс. После установки необходимых режимов регистрации и раз- мещения на обнажении потенциально опасного участка направленной антенны 5 и преобразователя 6 САЭ. с учетом их диаграмм направленности ав- томатиз фованная система считается подготовленной к работе и включается в дежурный режим. Весь персонал, временно или постоянно находяпишся вблизи контролируемой зоны, снабжается пндивилуатьными приемниклмн-сиг- нтлизаторамн. срабатывающими от ра- диосигн ша. излучаемого радиомаяком бпока оповещения в случае возликнове- ння угрозы разрушения горных пород. В процессе мониторинга в блоке 3 распознавания разрушения автоматизированной системы осуществляется автоматический циклический контроль относительного изменения интенсивности пар электромагнитных и сейсмо- акустичаскнх сигналов разрушения, выделенных блоком 2 селекции парных сигналов. В случае, если градиент интенсивности гтг.рных снгнллов разрушения в двух пг педгвагелъных интервалах регистра1 :н поег:ыспт норму контроля, т. г- и c.nvjae резкого во; -- растания интенсивное и пар электро- ма нптных и tейгмоакустических сигналов разрушение, свидетельствующех о о периода повышенной вероятности макрорачрушрмия, автоматичес- i«.ii лключ;илгся устройства аварийной сигнплнзаци, вход-u Die в Спок 4 оповещения, например местный звуковой сигнализатор 30 и устройство оповещения диспетчера объекта, а также радиомаяк 31, от сигналов которого сра- блтывают 1«1Д1 видуальныр прнемникн- снгкализагопы 32, вручаемые персоналу, и тем самым обеспечивается заблаговременное предупреждение и BtJBOfl персонала чз опа %.ной зоны, сводящие к минимуму опасность трав о рования и гибели людей.

Автоматизированная система мониторинга работает следукндим образом.

Электромагнитный сигнал от источника разрушения гэрной породы Смикро- или макротрещшш) воспринимается направленной антенной 5, предварительно усиливается в предусшттеле 7 и поступает через фильтр 9, основной усилитель 11 и амплитудный диск716

риминатор 13 на первый вход блока 2 - селекции парных электромагнитных и сейсмоакустических сигналов,- а именно на первый вход формирователя 15 временной задержки, который вырабатывает импульс задержки, длительность которого относительно входного сигнала задается задатчиком 16 длительности временной задержки, подключен- ным к второму входу формирователя 15„ Выходной сигнал последнего поступает на один из входов схемы И 19. Сейсмоакустический сигнал разрушения воспринимаемый преобразователя САЭ 6; также предварительно усиливается предусилителем 8 и поступает через фильтр 10, основной усилитель 12 на вход амплитудного дискриминатора 14, который выделяет огибающую выходно- го сигнала усилителя 12. С выхода амплитудного дискриминатора 14 сигнал подается в блок 2 селекции парных электромагнитных и сейсмоакустических сигналов на первый вход селек- тора 17 сейсмоакустических сигналов разрушения, который осуществляет выделение сейсмоакустических сигналов разрушения по их длительности, которая не должна превышать предельное значение, устанавливаемое в подключенном к второму входу селектора 17 задатчике 18 предельной длительности. Выделенный селекторам 17 сейсмоакус- тнческий сигнал разрушения поступает на второй вход схемы И 19. При сор- падении временного положения выходного сигнала селектора 17 сейсмоакусги- ческнх сигналов разрушения с временным положением выходного сигнала формирователя 15 временной задержки на выходе схемы И 19 появляется сигнал, который, подается в блок 3 распознавания разрушения на счетный вход счетчика 20 пар электромагнит- ных и сейсмоакустических сигналов разрушения. Счетчик 20 в течение установленного в таймере 22 времени интервала регистрации, например 10 мин, ведет счет количества выходных сиг- налов схемы И 19, т.е., подсчитывает число пар электромагнитных и сейсмо акустических сигналов разрушения в следующих друг за другом интервалах. Информация о количестве N парных сиг- налов каждого интервала записывается по его. окончании но сигналу распределителя 23 импульсов в первый регистр 24 сдвига. Вслед за этим по

14

8

сигналу на втором выходе распределителя 23 импульсов проводится обнуление счетчика 20 и перезапись содержимого регистров 24-26 памяти в опертивную память МГУ. По окончании процесса перезаписи по сигналу на третьем выходе распределителя импульсов происходит сдвиг информации вправо в регистрах сдвига таким образом, что содержимое регистра 24 переносится в регистр 25, а содержимое последнего в регистр 26. Таким образом, по окончании любого j-ro (где j J) интервала регистрации в регистрах 24-26 сдвига будет храниться информация об интенсивностях парных импульсов акустической и электромагнитной эмиссий, соответственно N:, N; , за установленный временной интервал. В АЛУ 27 после перезаписи информации с регистров 24-26 определяется приращение числа импульсов в каждом из двух смежных интервалов, т.е. разности ДК| г1:, - N 1-2 и Л N2 N 1 - - , и сопоставляются полученные значения с нормой контроля UN, задаваемой подключенным к АЛУ задатчиком 28. При одновременном превышении градиентами интенсивности парных сигналов &N | иДМ порогового значения, т„во нормы контроля, на выходе АЛУ 27 формируется сигнал, который поступает в блок 4 оповещения на вход исполнительного элемента 29, который включает звуковой сигнализатор 30 и радиомаяк 31. Радиомаяк излучает сигналы, воспринимаемые антенной приемников-сигнализаторов 32, от которых срабатывает световое сигнальное устройство, закрепленное, например, на каске горнорабочего и оповещающее о возникновении угрозы разрушения горных пород.

Использование предлагаемых способа и автоматизированной системы мониторинга процесса разрушения горных пород в массиве обеспечивает по сравнению с существующими способами распознавание начала стадии макроразрушения и своевременное предупреждение об этом персонала, что позволяет уменьшить опасность травмирования и гибели людей, т.е. повысить безопасность горных работ.

Формула изобретения

1. Способ мониторинга процесса разрушения горных пород в массиве,

включающий непрерывную регистрацию электромагнитных и сейсмоакустичес- ких сигналов разрушения в пределах заданной зоны контроля и определение интенсивности пар электромагнитных и сейсмоакустических сигналов, по которой определяют опасное состояние массива, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, определяют градиент интенсивности за определенный интервал регистрации, а опасное состояние массива определяют по превышению градиента интенсивности заданной нормы в двух последовательных интервалах регистрации.

2. Автоматизированная система мониторинга процесса разрушения горных пород в массиве, включающая блок приема и обработки электромагнитных и сейсмоакустическпх сигналов разрушения, соединенный с блоком селекции пар электромагнитных и сейсмо- акустнческих сигналов и счетчиком пар сигналов, при этом блок приема и обработки содержит преобразователи электромагнитного и сейсмоакустичес- кого сигналов, последовательно соединенные с ггр ед усилите л ямм, фильтрами, усилителями и амплитудными дискриминаторами, а блок селекции содержит формирователь временной члцержки задатчик длительности временной задержки, временной селектор сейсмоакустических сигналов и схему И, причем первый вход формировате гя соединен с выходом амплитудного дискриминатора электромагнитного сигнала, его второй вход - с задатчиком длительности временной задержки, а выход - с первым входом схемы И, второй вход которой подключен к выходу

5

0

5

0

5

0

селектора, вход которого соединен с выходам амплитудного Дискриминатора сейсмоакустического сигнала, отличающаяся тем, что она снабжена блоком распознавания разрушения и блоком оповещения, причем блок распознавания разрушения содержит счетчик числа пар электромагнитных и сейсмоакустических сигналов, генератор опорной частоты, таймер, распределитель импульсов, гри регистра сдвига, арнфмотическо- логическое устройство и задатчик нормы, при этом входы распределителя импульсов соединены с выходами генератора опорчой частоты и таймера, выходы распределителя - с входами регистров сдвига, вторым входом счетчика пар импульсов и входом арифмети- ческо-логнческого устройства, первый гчетч ка подключен к выходу схемы 1,.его тзыхоц соединен с информационным входом первого регистра сдвига, а информационные выходы регистров сдвига - с тремя входами ариф- метическо-логнческого устройства, к четвертому ннфти-тщонному входу которого подключеч з, кормы.

3, Лвтоматн шр. , нная система по п. 2, о т л и ч а к- щ а я с я тем, чго блок оповг кии11 пключает исполнительным элемент, звуковой сигнали- чатор, радиомаяк и приемники-гигна- лп зз горы, при атсм вх(.д исполнительного элемента СООЦИМРН с выходом а рифме г ичсг.ко-логнчс скг гч устаойст- РЛ блока распозьчр-шня патпушения, а выход исполнитеп1 нчч -элемента - со звуковым сигнализатором и радиомаяком, который посредством радиоканала связан с приемниками-с г.тна- лизагорами.

Изобретение относится к горному делу. Цель - повышение достоверности контроля. В процессе мониторинга осуществляют непрерывную регистрацию электромагнитных и сейсмоакустических сигналов разруш° я в пределах заданной зоны контроля. Осуществляют селекцию пар электромагнитных и сейс- моакусгическнх сигналов. Определяют их интенсивность. За выбранный интервал регистрации определяют гра