Способ контроля границы "уголь-порода Советский патент 1981 года по МПК E21C35/24 

(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ГРАНИЦЫ «УГОЛЬ-ПОРОДА

Изобретение предназначено для контроля границы двух твердых сред с последующим воздействием на систему автоматического управлениягорной машиной в профиле пласта и может быть реализовано в устрой ствах, применяемых в горнодобывающей промышленности при автоматизации добычных механизированных комплексов, струговых агрегатов и других горнодобывающих мащин. Известны способы контроля границы «порода-уголь, основанные на преобразовании упругих волн, возникающих в разрущаемом материале при взаимодействии с ним исполнительного органа, в электрические сигналы с последующей обработкой элект-рических сигналов и определением момента врезания исполнительного органа во вмещающие породы 1). Одним из известных способов является способ контроля границы «уголь-порода, основанный на преобразовании упругих волн, возникающих в разрушаемом материале при взаимодействии с ним исполнительного органа, в электрические сигналы с последующим сравнением этих сигналов при измереНИИ упругих волн в пЬчве, кровле пласта и в пласте полезного ископаемого. Наиболее близким, к данному способу является способ контроля границы «угольпорода, основанный на преобразовании упругих волн, возникающих при взаимодействии исполнительного органа горной машины с разрушаемым материалом, в электрический сигнал и последующим его сравнении с заданным значением для определения момента врезания исполнительного органа во вмещающие породы, контролируя при этом соотношение амплитуд сигналов -двух различных частот, отличающихся в 3-4 раза. Способ отличается тем, что соотношение амплитуд сигналов определяют по формуле .А, К - соотношение амплитуд сигналов двух различных частот; А, - амплитуда сигнала меньщей частоты;А, - амплитуда сигнала большей часстоты (2. Однако в известном способе амплитуда сигналов зависит от побочных факторов

за счет изменения расстояния между исполнительным органом и датчиками в процессе работы добычной машины, за счет изменения качества акустического контакта между, например, основанием секций крепи и вмещающими боковыми породами, за счет изменения крепости вмещающих пород как в разных лавах, так и по длине одной,а также и другие факторы. Проводят аналоговую обработку амплитуд сигналов, что снижает точность вычислений и усложняет техническую реализацию способа.

Цель изобретения - повышение точности контроля.

Поставленная цель достигается тем, что выделяют частоты, характеризующие основное колебание и его высокочастотное заполнение, генерируют заданную опорную частоту, а момент врезания исполнительного органа во вмещающие породы определяют из соотношения частот.

А также тем, что соотношение частот сигналов определяют по формуле fi

К-Pz-Fi -Po

К - соотношение частот; р - частота основного колебания; р ...., заполнение основной частоты; Гд генерируемая опорная частота.

Прсд.1агаемый способ состоит из следующих ()гк()аций; преобразование упругих волн, возникающих при взаимодействии исполнительного органа горной машины с разрушаемым материалом в электрический сигнал; сравнение электрического сигнала с заданным значением для определения момента врезания; выделение частоты, характеризующей основное колебание; выделение частоты, ха)актеризующей высокочастотное зйполнение основной частоты; генерирование заданной опорной частоты; определение соотношения частот; определер ие по соотношению частот момента врезания исполнительного органа во вмещающие породы, наг1))нмср, с помощью порогового устройства.

Течение технологического процесса выемки угля можно характеризовать не одним параметром, а несколькими, например, двумя частотами, лежащими в различных частях контролируемого диапазона. В частности, при сейс.моакустическом или акустическом контроле границы «уголь-порода можно выделять огибающую и ее высокочастотное заполне ние, возникающие при обработке резцами вмещающих пород. Соотношение частот, характеризующее резание породы, определяется по форму.1е

PZ Р2-Рг Го

где К - соотношение частот;

р частота основного колебания; Р - высокочастотное заполнение основной частоты;

Fg-генерируемая частота, определяющая диапазон изменения величины.

Для определения отношения частот выделяют с помощью фильтров сигналы частоты FI, характеризующей основное колебание, и частоты FZ - характеризующей высокочастотное заполнение импульсов частоты Ft и по отношению частот определяют момент врезания исполнительного органа машины в породу, например, с помощью порогового устройства, реагирующего на величину К.

Величина К определяется из следующих соотнощений: Р , учитывья, что р2 FI и FO О, получаем К I. Измеряемые частоты F и F связаны с известной FQ.

KF, + (1-K) F2 KFo.

Из этого равенства видно, что при малых К О можно контролировать только наличие F, а при К 1 - только F). Крайние случаи соответствуют двум алгоритмам обработки сигналов: К 0 - измеряют только высокочастотную

составляющую и по ее наличию определяют начало врезания в породу; - измеряют только низкочастотную часть сигнала (касание резца породы).

В случае К О высокочастотная С9ставляющая маскируется другими колебаниями,

возникающими при работе конвейера, электродвигателей, редукторов и не может однозначно определять начало резания породы. В случае низкочастотная составляющая маскируется ударами и сколами

при резании угля и также не может однозначно служить показанием начала резания породы.

Если принять О К 1, то этим самым можно значительно повысить информативность обработанных сигналов. Так, при

К 0.5

0,5F, -f 0,5F2 0,5Fo или F, + F2 Fo.

Алгоритм обработки сигналов: генерируют частоту FO, определяют наличие частоты FI, если «да то:.измеряют частоту Fj, сравнивают F2 и FO. если f FO, то «порода.

Если. К 0.2, то; 0,2F,-f 0,8F2 0,2Fe или : F, -f4F2 FOАлгоритм обработки сигналов: генерируют частоту 4Fo и т. д.

Таким образом, видно, что меняя частоту генерации FO можно найти в каждом конкретном случае наиболее информативный порог.

На чертеже дана блок-схема, реализующая данный способ.

Устройство состоит из сейсмодатчиков I, укрепленных в основаниях секций 2 крепи. Каждый из сейсмодатчиков соединен с одним из усилителей 3, который при помощи коммутирующих устройств 4 подсоединен к линии передачи 5 сигнала на штрек. Сигнал, проходящий на щтрек, выделяется на соответствующих частотах с помощью блоков 6 и 7, например фильтров. Наличие сигнала с частотой F, определяет блок 8 (усилитель), который дает разрещение на работу блока 9, где сравниваются частоты р2 и FO, которые генерируются в блоке 10 (генератор). Если , то сигнал поступает в выходной блок 11.

В качестве коммутационных устройств применяются, например, магнитоуправляемые контакты, соединенные с электромагнитным реле. Воздействие на магнитоуправляемые контакты осуществляется магнитом, установленным, например, на горной мащине.

При приближении исполнительного органа к сейсмодатчику 1 на определенное расстояние коммутирующее устройство 4 подключает выход усилителя 3 этого сейсмодатчика к линии передачи 5, сигналы от которого поступают в блоки 6 и 7, например фильтры.

При входе исполнительного органа в зону действия следующего сейсмодатчика коммутирующее устройство последнего подключает выход его усилителя 3 к линии передачи 5, а усилитель 3 предыдущего сейсмодатчика отключается от линии передачи.

Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с известными преимущество, которое заключается в том, что при изменении расстояния между исполнительным органом и сейсмодатчиком или изменении качества акустического контакта секций крепи с горным массивом, а также при изменении крепости вмешающих пород, сохраняется неравенство .

Таким образом, технико-экономический эффект способа определения границы «угольпорода заключается в простоте его технической реализации и в возможности легко (оперативно) регулировать порог отношения высокочастотных и низкочастотных составляющих измеряемого сигнала. В последнем случае порог отношения изменяется путем изменения опорной частоты. По сравнению с известны.м способом кро.ме упрощения аппаратуры значительно повышается точность измерений и надежность всего устройства.

Формула изобретения

I. Способ контроля границы «уголь-порода, основанный на преобразовании упру, гих волн, возникающих при взаимодействии испол.нительного органа горной машины с разрушаемым материалом, в электрический сигнал и послед)4ющим его сравнением с заданным значением для определения момента врезания исполнительного органа во вмещающие породы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, выделяют частоты, характеризующие основное колебание и его высокочастотное заполнение, генерируют заданную опорную частоту, а момент врезания исполнительного органа во вмещающие породы определяют из соотношения частот.

к

f2-F,ro

30

где К - соотношение сигналов;

р - частота основного колебания, Гц; р.- заполнение основной частоты, Гц; Гд - генерируемая опорная частота, Гц. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

№ 585287, кл. Е 21 С 35/24, 1975 (прототип).