Устройство для определения степени удароопасности горных пород по акустической эмиссии Советский патент 1993 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для прогноза горных ударов при подземной разработке полезных ископаемых.

Известно устройство для определения степени удароопасности горных пород по акустической эмиссии, содержащее последовательно соединенные датчик упругих колебаний, фильтр, усилитель, блок счетчиков и формирователь.

Недостатком устройства является низкая оперативность определения удароопасности, поскольку для определения степени удароопасности горных пород по результатам регистрации необходим расчет показателя амплитудного распределения импульсов акустической эмиссии.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является устройство для определения степени удароопасности горных пород по акустической эмиссии, содержащее последовательно соединенные датчик упругих колебаний, предусилитель, фильтр, амплитудный селектор, формирователь, первый вход которого соединен с выходом усилителя, а выход - с вторым входом амплитудного селектора/ первого, второго счетчика, подключенных входами к первому и второму выходам амплитудного селектора, первого и второго делителей числа импульсов, подключенных к первому выходу амплитудного селектора, блока ввода числа импульсов, первого и второго дополнительных счетчиков, подключенных к выходам первого и второго делителя числа импульсов, первого, второго и третьего блоков сравнения, подключенных к выходам счетчиков и блока числа импульсов.

Устройство имеет таймер, элемент ИЛИ, первый, второй и третий элементы И, первый, второй и третий индикаторы.

Недостатком устройства является недостаточная точность определения степени удароопасности участка массива горных пород, т.к. используется упрощенная формула вычисления коэффициента амплитудNai

ного распределения

-низкая также

Ё

VI CD 00

ю ся

информативность устройства, т.к. индуцируется только степень (категория) удароопасность, являющаяся практически эмпирической величиной, конкретной для различных горно-геологических условий, также не предусмотрена автоматическая регистрация измеренных параметров, что затрудня- ет дальнейшую их обработку.

Целью изобретения является повышение точности определения степени удароо- пасности.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения степениудароопасности горных пород по акустической эмиссии, содержащее датчик упругих колебаний, соединенный с предусилителем, фильтр через усилитель, подсоединенный к амплитудному селектору, выход которого подключен к соответствующим входам трех счетчиков, таймер и блок индикации введены аттенюатор, первый и второй вычислители и блок памяти, при этом предусилитель подсоединен к аттенюатору, первый выход которого подсоединен с фильтру, а второй - к первым входам первого вычислителя, блоков памяти и индикации, выход первого счетчика подключен к первому входу второ- го вычислителя и вторым входам первого вычислителя и блоков индикации и памяти, выход второго счетчика подключен к второму входу второго вычислителя и к третьему входам первого вычислителя и блоков инди- кации, выход третьего счетчика подключен к четвертым входам блоков индикации и памяти и первого вычислителя, первый выход таймера подключен к соответствующим управляющим входам счетчиков, второй и третий входы - к управляющим входам вычислителей, четвертый - к пятым входам блоков п амятй и индикации, выход первого вычислителя подключен к шестым входам блоков индикации и памяти, а выход второго вычислителя - к пятому входу первого вычислителя и седьмым входам блоков памяти и .индикации.

Введение дополнительных элементов позволит повысить точность и оперативность определения степени удароопасности горных пород за счет того, что устройство автоматически в процессе измерения определяет степень удароопасности.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из последовательно соединенных датчика упругих колебаний 1, предусилителя 2, аттенюатора 3, фильтра 4, усилителя 5 и амплитудного селектора 6, три выходакоторого параллельно соединены с первыми (информационными) входами первого 7, второго 8 и третьего 9 счетчиков, выводы которых параллельно соединены с соответствующими (1-м, 2-м, 3-м) входами

блока индикации 10 и первого вычислителя 11, выход которого параллельно соединен с 4-м входом блока индикации 10 и третьим входом второго вычислителя 12, первый и второй входы которого параллельно соединены с выходами первого 7 и второго 8 счетчиков, а выход - с пятым входом блока индикации 10, причем второй выход аттенюатора 3 соединен с шестым входом блока индикации 10, а первый выход таймера 13 параллельно соединен со вторыми (управляющими) входами первого 7, второго 8 и третьего 9 счетчиков, второй выход с четвертым (управляющим) входом первого вычислителя, третий выход с третьим (управляющим) входом второго вычислителя, а четвертый выход с седьмым входом блока индикации. Все информационные выходы первого 7, второго 8 и третьего 9 счетчиков, а также первого 11 и второго 12 вычислителей, аттенюатора 3 и таймера 13, которые соединены с соответствующими входами блока индикации, также параллельно соединены с соответствующими входами ОЗУ (блок записи и хранения информации).

Устройство работает следующим образом.

Датчик упругих колебаний 1 принимает и преобразует упругие импульсы акустической эмиссии в электрические импульсы,которые после предварительного усиления в предусилителе 2 поступают на вход ступенчатого аттенюатора 3, в котором устанавливают требуемую степень ослабления сигнала и после фильтрации в фильтре 4 и усиления в усилителе 5 поступают на вход амплитудного селектора 6, в котором в зависимости от величины амплитуды огибающей волнового потока сигнал поступает на один из трех счетчиков 7, 8, 9. Эти счетчики в общем виде представляют собой накопитель информации об количестве импульсов акустической эмиссии, распределенных по трем амплитудным уровням за время (цикл) измерения, равный 20 мин, NI, N2, N3 здесь и далее конкретные цифры взяты из источника Методические указания по определению степени удароопасности участков массива горных пород методом акустической эмиссии, Уральский филиал ВНИИ- МИ, Свердловск, 1987 г.

Первый вычислитель 11 определяет показатель амплитудного распределения импульсов акустической эмиссии (АЭ) по формуле:

Ni

In

In

32

ai

(1)

где Ni - количество импульсов, максимальная амплитуда огибающей которых превышает самый нижний порог (ai) регистрации и не превышает второй порог,

N2 - количество импульсов, максимальная амплитуда огибающей которых превышает второй порог (а2),

ai, за - величина амплитудных порогов в мВ (например, мВ, мВ), тогда при заданных значениях а1 и а2 формула (1) принимает вид:

По формуле (2) и производится вычисление показэтеля амплитудного рэспределения в в первом вычислителе

11, Вычисление значений

In N 0,7

в данном

конкретном случае выполняются с помощью ПЗУ, в котором N задают адрес ячейки, в котором заранее зашиты записаны значения логарифмов I и N (целых чисел), деленное на 0,7. Значение коэффициента в определяется один раз за цикл измерения (например 20 мин), задаваемый таймером 13, второй выход которого соединен с 4-м (управляющим) входом вычислителя 11, а 4-й выход с 7-м входом блока индикации 10. Значение в с выхода первого вычислителя 11 поступает на 4-й вход блока индикации и на 3-й вход второго вычислителя 12, на первый и второй входы которого поступают значения NI и N2 с выходов 1-го и 2-го счетчиков 7,8, а на 4-й вход направляющие сигналы с 3-го выхода таймера 13 и на пятый вход значение установленного (заданного) коэффициента ослабления К0сл со второго выхода аттенюатора 3, причем значение Косл. параллельно подается на 6-й вход блока индикации 10.

Затем определенные значения

|П N2 „ow

и -грт- из ячейки ПЗУ переписываются в реверсивные счетчики, которые после перезаписи начинают работать в режиме вычитания (в данном случае с частотой 1 мГц) до момента обнуления второго счетчика

In N2

0,7

, при этом число, записэнное в

первом счетчике, соответствует вычисляемому значению в, которое подается на 4-й

вход блока индикации 10 и 3-й вход второго вычислителя 12.

Вычислитель 12 представляет собой дешифратор, который по команде на 5-й вход

из таймера 13 и по значениям NI, N2, N3, поступающим на первый, второй и третьи входы из 1-го, 2-го и 3-го счетчиков по значению , поступающему на 4-й вход из 1-го вычислителя 11 и по значению (коду) задаваемого коэффициента ослабления К Осл. с его выхода аттенюатора 3, которое подается на 6-й вход, определяют степень (категорию) удароопасности участка массива горных пород по задаваемым критериям,

например, приводимым в таблице.

Определенное значение степени (категории) удароопасности К с выхода 2-го вычислителя 12 подается на 5-й вход блока индикации, на котором по окончании цикла

измерения будет представлены значения параметров , N2, N3, в, К, К0сл. и Т - текущее значение времени измерения, поступающее на 7-й вход блока индикации с 4-го выхода таймера 13. При этом вся эта

информации параллель но заносится в ОЗУ (блок записи и хранения информации) 14, что позволяет в дальнейшем (в лабораторных условиях) зарегистрировать эту информацию на бумажном или магнитном

носителе, а также обработать при необходимости зарегистрированную информацию на ЭВМ.

Введение дополнительных элементов позволяет повысить точность оперативного

(автоматического) определения степени удароопасности участка массива горных пород, т.к. устройство позволяет достаточно просто, т.е. без применения сложных микропроцессорных устройств -обработки информации практически реализовать более точную формулу вычисления коэффициента амплитудного распределения в, т.е.

In

N2

In

32

ai

0)

по сравнению с упрощенной формулой, при- 50 нятой в прототипе

Ь

N31

N32

(3)

Вывод полного объемз информации (т.е. м-к N2, NS, в, К, Косл.) на блок индикации и тем более запись этой информации в ОЗУ позволяет регистрировэть эту информацию на бумэжном или мэгнитном носителях, а также обрзбатывэть эту информацию на

ЭВМ. При этом возможно использование для расчета коэффициента в.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Устройство для определения степени удароопасности горных пород по акустической эмиссии, содержащее датчик упругих колебаний, соединённый с предусилителём, фильтр, через усилитель, подсоединенный к амплитудному селектору, выход которого подключен к соответствующим входам трех счетчиков, таймер и блок индикации, о т л и ч а ю щ ё ее я тем, что, с целью повышения точности определения степени удароопасности, в него введены аттенюатор, первый и второй вычислители и блок памяти, при этом предусилитель подсоединен к аттенюатору, первый выход которого подсоединен к фильтру, а второй - к первым входам первого вычислителя, блоков памяти и индика-

цйи, выход первого счетчика подключен к первому входу второго вычислителя и вторым входам первого вычислителя и блоков индикации и памяти, выход второго счетчика подключен к второму входу второго вычислителя и к третьим входам первого вычислителя и блоков индикации, выход третьего счетчика подключен к четвертым входам блоков индикации и памяти и первого вычислителя, первый выход таймера подключен к соответствующим управляющим входам счетчиков, второй и третий входы - к управляющим входам вычислителей, четвертый - к пятым входам блоков памяти и индикации, выход первого вычислителя подключен к шестым входам блоков индикации и памяти, а выход второго вычислителя - к пятому входу первого вычислителя и седьмым входам блоков памяти и индикации.

Изобретение относится к горной промышленности. Устройство содержит: датчик упругих колебаний (1), предусилитель (2), аттенюатор (3), фильтр (4), усилитель (5), амплитудный селектор (6), счетчики (7,8,9), блок индикации (10), вычислитель(11,12), таймер