Устройство контроля состояния кровли горной выработки Советский патент 1982 года по МПК E21C39/00 

I

Изобретение относится к горной промышленнЬсти и может быть использовано для контроля устойчивости обнажений кровли.

Известно устройство для определения изменения напряженного состояния пород, основанное на регистрации изменения электрического сопротивления, содержащее генератор поля и два магнитных диполя L1 .

В известном устройстве сравнивают выпрямленные токи приемных катушек диполей, разнесенных в горном массиве на величину шага измерения. Величина тока приемной катушки диполя зависит от влажности, химическО ГО состава, структуры и напряженного состояния пород горного массива, находящихся возле этого диполя При одинаковых влажности, химическом составе и структуре горных пород, окружающих основной и компенсирующий диполи, величина изменения токов приемных катушек характеризует изменение

напряженного состояния пород на расстоянии шага измерения.

Таким образом, известное устройство исключает влияние влажности на результаты измерения, если в момент их проведения влажность пород, находящихся у основного и компенсирующего диполя, одинакова. Известное устройство не может исключить влияния влажности, химического состава и структуры на результаты измерений, если величины этих факторов у пород, находящихся у основного и компенсирующего диполей, неодинаковы.

При сложном строении горного массива (например, соляного) состав, структура и влажность смежных объемов породы неодинаковы. Поэтому при применении известного устройства в данных условиях результаты измерений окажутся зависимыми от различных факторов, в том числе .и влажности. Известно также устройство контроля состояния кровли горной выработки, в котором может быть определена граница между сплошным и расслоившим ся горным массивом, включающее, генератор переменного тока, блок обработ ки информации экранный и два стержневых электрода. Устройством измеряют кажущееся электрическое сопротивление горного массива. По г эанице между значениями величин электрических сопротивлений двух смежных участ ков кровли производят заключение о появлении между ними границы расслоившегося и сплошно гЬ горного маесива 2, Влажность поступающего в шахту воздуха в разное время года не одийа koBa. Наиболее резко она изменяется в летнее время года, когда калорифер ная установка отключена. Электрическ сопротивление пород горного массива приконтурной зоны выработки, предста ленного, например, соляными породами включающими глинистые прослои, зависит не только от проявлений горного давления, но и в значительной степени от их влажности, обусловленной влажностью вентиляционной струи. При одной и той же величине изменения влажности воздуха величина изменения электрических свойств у разных горны пород неодинакова. Поэтому при сложном строении горного массива изменение влажности воздуха сопровождается изменением электрического сопротивления, которое на разных его участках неодинаковое. Из изложенного сле дует, что известное устройство реагирует не только на появление рассло ния в контролируемой области, но и на изменение влажности вентиляционной струи. Известное устройство може не реагировать на развитие протяженности отслоения,, если величина изменения электрического сопротивления вызванная изменением влажности, компенсируется изменением электрического сопротивления, вызванном появлением нарушений сплошности. Известное устрой-ство может давать также ложные сигналы о наступлении опасной ситуации, если изменение электрического сопротивления обусловлено только изменением влажности горного массива. Низкая достоверность контроля состояния горного массиваизвестным устройством далает его непригодным для использования в- качестве индикатора предупреждения о возможном обрушении кровли горной выработки. Цель изобретения - повышение точности контроля состояния горного-массива сложного строения, например,соляного, за счет исключения влияния изменения влажности поступающего в шахту воздуха. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено дополнительным экранным электродом и сигнализатором, при этом блок обработки информации выполнен в виде трансформатора с двумя первичными обмотками, которые зашунтированы диодами, причем начала первичных обмоток трансформатора подключены k источнику переменного тока, катодам диодов и через дополнительные к экранным электродам, а концы первичных обмоток подключены к анодам диодов и к стержневым эл ктродам, при этом вторичная обмотка трансформатора подключена к сигнализатору. На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит стержневые электроды 1 и 2, экранный электрод 3 дополнительный экранный электрод k, блок обработки информации, включающий диоды 5 и 6 и дополнительные диоды 7 и 8, соединенные встречно, первичные обмотки 9 и 10 трансформатора, вторичную обмотку 11 трансформатора. Устройство имеет также сигнализатор 12, Электроды 1-4 закрепляют к обнаженной поверхности горного массива. Первичные обмотки 9 и 10 трансформатора посредством клемм АВ подключают к источнику переменного тока (генератору прямоугольных импульсов - не показан), В один из полупериодов электрический ток от клеммы А (В) (здесь и в дальнейшем, указанные в скобках обозначения- - элементы электричекой схемы, через которые проходит ток, в другой полупериод движения) через дополнительный диод 7 (8) попадает к кольцевому электроду 3 С)а через первичную обмотку 9 (Ю) трансформатора к стержневому электроду 1 (2). Электрическое сопротивление диода 7 (8) в пропускном направлении близко к нулю. Поэтому потенциал электрода 2(4) становится больше потенциала электрода 1 (3). Вследствие разницы этих потенциалов происходит фокусировка электрического тока стержневого электрода 1 (2) и область его растекания по горному-массиву становится ограниченной (линии тип, ограничиваю щие область растекания). После прохождения по горному массиву электрический ток стержневого электрода 1 попадает к электроду 2 (1) и через диод 6 (5), шунтирующий первичную обмотку 10 (9) к клемме В (Д). Из изложенного следует, что через первичные обмотки трансформатора проходит только та часть тока, которая обусловлена электрическими.свойства ми горного массива, ограниченного (при плоском изображении) кривыми mn Причем на каждой из обмоток будет возникать напряжение, обусловленное только одной и той же полярностью движения тока по горному массиву. Первичные обмотки трансформатора вклю-jo при чены встречно, поэтому при одинаковой величине возникающего на их кон,цах напряжения во вторичной обмотке трансформатора ЭДС не наводится. Таким образом, в устройстве независимо от величины электрического сопротивления горного массива во вторичной обмотке трансформатора наводится ЭДС только в том случае, если величина электрического сопротивления горного массива является зависимой от направления движения по нему тока (полярности тока). Величина электрического сопротивления горного массива обусловлена электрическими свойствами слагающих его горных пород и закономерностью распределения в нем электрического тока. Разработанное устройство обеспечивает поочередную фокусировку тока стержневых электродов. В один из полупериодов движения тока фокусиров ка производится у стержневого электрода 1 (2), а в другой - у электрода 2 (1). При появлении в горном мас сиве между стержневыми электродами расслоения Р в один из полупериодов движё ния тока фокусировка тока произ водится в расслоившемся горном масси ве, а в другой - в сплошном. Поэтому закономерность распределения электри ческого тока в горном массиве в разные периоды движения тока становится неодинаковой, а величина электрического сопротивления горного массива - зависимой от направления движения по нему электрического тока (полярности тока). Вследствие этого на соединенные встречно первичные обмот + ки трансформатора поступят разные по величине напряжения, во вторичной обмотке трансформатора появится ЭДС и включится сигнализатор, информирующий о развитии протяженности отслоения в кровле до места установки электродов. Устройство предупреждает световым или звуковым сигналом о возможном обрушении кровли горной выработки, если место установки электродов в кровле обеспечивает появление между ними отслоения при развитии его протяженности до предельной величины, при которой еще не происходит обрушение пород (место установки определяется опытным путем). Устройство сравнивает величины электрического сопротивления одного и того же участка горного массива разной полярности прохождения ПО нему тока. Изменение электрического сопротивления горных пород этого участка, обусловленное изменением влажности шахтного воздуха или дегазацией горного массива, не вызывает появления зависимости величины его электрического сопротивления от направления движения тока (полярности тока). Поэтому .изменение электрического сопротивления горного массива не оказывает влияния на результаты измерений, что.повышает их достоверность и исключает возможность появления ложных сигналов. Предлагаемое устройство не требует предварительной настройки при. установке и реагирует только на изменение сплошности среды. Оно позволяет контролировать состояние горных пород как в незакрепленных горных выработках, так и в закрепленных - над заанкерованной частью горного массива. Использование устройства в горной промышленности значительно повысит безопасность ведения горных работ. Формула изобетения Устройство контроля состояния кровли горной выработки, включающее источник переменного тока, блок обработки информации, экранный и два стержневых электрода, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля состояния горного массива сложного строения, например, соляного, за счет исклю79чения влияния изменения влажности поступающего в шахту воздуха, оно снабжено допсшнительным экранным электродом и сигнализатором, при этом блок обработки информации выпол HLiH в виде трансформатора с двумя первичными обмотками, которые зашунтированы диодами, причем начала первичных обмоток трансформатора подключены к источнику переменного тока, катодам диодов и через дополнительные диоды к экранным электродам, 8 а концы первичных обмоток подключены к анодам диодов и к стержневым электродам, при этом -вторичная обмотка трансформатора подключена к сигнализатору. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 663838, кл. Е 21 С 39/00, 1977. 2. Комаров Г.С. Геофизические методы исследования скважин. М., 1973, с, 86 (прототип).