Устройство для оценки напряженного состояния массива горных пород

 

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, соединенныйс усилителем.Последний соединен с первым амплитудным дискриминатором , связанным с элементом ИЛИ. Устр-зо имеет приемник электромаг . шпнмх сигналов, соединенный с вторьп чмппигудпым дискриминатором, с.вязаншгм с таймером. Устр-во также имеет первый и второй элементы И, перестранваемче по частоте генератор импульсов , адресный и многоканальный счогчнкк, переключатель выбора колва интервалов, D-триггер, элемент зздергасн, блок индикации и шину Пуск со сбросам. Для званной детальноеги и глубины оценит --.«рного массива определяют по форм л-с ьол-во ннтерчллов. Округленную до - елого числа величину устанавливаем на переключателе коа-пл пнторпалов. Затем определяют время распространения сейсмоакусгическсго сигналя с конца зоны оценки до пункта прнег а. В последующем определяют максимал-ыю допустимую частоту следования сеисмоакус гнчески:: и электромагнитных сигналов. Сейсмоакусгнческпе и электромагнитные сигналы , возникшие в зоне оценки при росте микрои макротрецнн, регистрируются соответственно геофоном и широкополосной пеленгацнонной антенной . Преобразованные в напряжения (сигналы усиливаются соответствующими усилителями. На выходных шинах, поступаюшх в блок индикации, будет шкЬормация о номере ячейки запоминающего устц-ва и ее соцерх.н ом . 8 «п. % СП ел го

щ)5 E 21 С 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ AOfI СССР (21) 4676965/03 ("2) 11, 04. 89 (46) 30.04. 91. Бюл. Г" 16 (71) Коммунарский горно-металлург»ческий институт (72) О.В.Бакаев и А.Ц.Спот<аки» (53) 62 .23.05 (088.8) (56) ГОСТ 21153.7-75 Породь> горньн .

11етод определения скоростей распространения упругих продольных t! поперечных волн. Введен 01,07.75 — 1>.:

Изд-во стандартов.

Авторское свидетельство СССР

М 1209856, кл. Е 21 С 39/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР

1>> 1543076, кл. В 21 С 39/00, 1988. (5 >) УСТРОПСТВО Д>1Я ОЦЕНКИ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к гор»г>иу делу и >>.б. использовано для прогноза ударооиасности и выбросоопасности массива горных пород. Цель — увеличение оперативности определения местоположения зоны с повью>енной концентрацией напряжения относительно контура выработки и упроцение этого процесса. Устр-во содержит приемник сейсмоакустическ:х сигналов, соеди— ненный с усилителем. Последний соеднI нен с первым аиплигудню> дискрииинаторои, связанным с эле»ентnrt ИЛИ.

Устр-во имеет приемник электромагИзобретение относится к горнону делу, предназначено для контрол>1 на пря>кеииого состояния массива горных пород вокруг выработки и может бь>ть.«БО» - 1645512 А1

>>it>»>tx сигналов, соединенинй с вторьг> >>tt>t>>ãóäíü>и дис>:р>н>ина >оро>>, связан»ым с таймером. Устр-во также имеег ttep»tt>t » t.r-орой эле»енть> Н, пераст1»» ваеи».е по частоте генератор импульсов. адресн>,»> н многоканальный с >с тчики, переключатель выбора колва интервалов, >>-триггер, элеиент

»„ валер>кки, блок индикации it пину Пуск со сброс: и .,Чля за.",анв.>й деталь tr>св ги и глубины оценк>..— ..риого массив 1 опредсл»» г по y!>p>г> i с t: îë-во интерза-.

:>ов. Округлеи >ую д. »ет>ого числа величину устанввливаюг»3 иереключате— ле коч-ва >интервалов. Затеи определяк>т в1>еия раслрос гранеш.я сейсмоакусгическо; о сигнала с конца зоны оценки до пункта прие..а. В последуюце"> определяют максима>;ьно допустимую часто гу следования сейсмоакус ги >ес>;и.: и электромагнитных сигналов. Сейсмодкустичес>-ие и электромагнитные сигналы, возникшие в зоне оценки при рос те микро- и макро треции, ре ги с трируютсл соответственно геофонои и

»>ирокополосно>1 пеленгацнонной антенной. Преобразованные в напря;кения

1 сигналы усиливаются соответствуюц щн усилителями. На выходных иннах, поступающгх в блок индикац>пг, будет инфор>1ацил о номере ячейки запоминаюцего устр-ва it ee содер>т;»>ом.

Е tm. использовано длл прогн;за удсрооласности и выбросоопасности массива горных пород:

Целью изобретения лвляе rcë у >ели чение оперативности опрег>ег>ени» иес—

16455 " где ДТ—

Д1 и = 1/Ь1, тоположе»»»»п зоны с повышенно»» концентрацией напряжений относительно контура выработки и упроценпе этого процесса.

Нл Лиг. 1 приведена структурнап схег»а устройства оценки напряженного состоя»»ип г»ассива горных пород; на фиг. 2 - 6 — возг»ож»»ые структурные схег»ы: многоканального счетчика, бло- 10 ка управлепип многоканальным счет и»ком, таПг»ерл, первого и второго фар-. г»ировлтелей сигнала; на фиг, 7,8 временная дилграмма работы устройства н внепняч диагрлг»г»а, поясняюцлп работу многоканального счегчика и его бло»;л упрлвленич.

Устройство оценки напряженного состояния массива горных пород состоит пз приег»г»инл 1 сейсмолкустических сигналов усилителя 2, первого амплитудного дискригпп»лтора 3 с первь»г» злдатчиком 4 уровня дг»скриг»гшац»п», первого Ьормирова геля 5 сигнала, шг»рог»ополосного приемника 6 электромагнит- 25 ного излучения, состопцего пз иирокополосной пеленглционной» антенны 7 и гз»»рокополосг»ого усилителя 8, второгп аг»плитудного дг»скрг»г»г»надзора 9 с вторым злдлтчиком 0 уровня дискрпг»»»нащ»г», второго формировагелп 11 сигнала, D-триггера 12, первого элемента И 13, второго эле:»ента И 14, перестрлпвлемого по частоте генератора 15 импульсов, тл.п»ера 16, адресного счетчика 17, многоканаль35 ного счетчнкл 13, переключателя 19 выбора коли гествл интервллов, элементаа 1П1И 20, элемента 21 задержки и блока 22 пндгп:лции.

Многоканальный счетчик 18 (фиг.2) состоит нз запоминаюп»его устройства

23, счетчика 24 с предварительной установкой информации и блока 25 управления, который в свою очередь состоит (фиг. 3) из первого генератора

26, первого инвертора 27, первого

D-триггера 28, первых адресных ключей

29, третьего элемента И 30, третьего формирователя 31, четвертого элемента И 32, внутреннего адресного счегчика 33, первого мультиплексора 34, счетчикл-распределителя 35 импульсов, второго элемента ИЛИ 36, вторых адресйых кличей 37, второго мульгиппексора 38, трегьего нуль гиплексора

39, четвертого форг»провагеля 40, пятого форг»»»рователя 42.

Таймер 16 (фиг. 4) состоит из второго генератора 43, стабилизированного кварцем, »шестого элемента И 44, второго счетчика 45 и второго RSтриггера 46.

Первый формирователь 5 сигнала (фиг. 5) состоит из первого одновибратора 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 диаграж»а работы устройства оценки напряженного состояния массива горных парад.

Устройство имеет два режима работы — "Накопление и "Индикация" поинтервального распределения количества пар электромагнитных и сейсмоакустических сигналов.

В режиме "Накоппение" устройство работает следуюцим 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 сейсмоакустического сигнала. Задаюг требуемую детальность и глубину оценки горного массива, после чего рассчитывают для заданной детальности оценки и скорости распространения сейсмоакустического сигнала период, а затем и частоту тактовых импульсов для перестраиваемого по частоте генератора

15 по формулам

ДТ = Д1/ч и f = 1/ДТ, период следования тактовых импульсов; детальность оценки горного массива; скорость распространения сейсмоакустического сигнала в горном массиве; частота следования тактовых нмпульсон, и устанавливают на нем эту частоту (фиг. 7б). Дпя заданных детальности и глубину оценки горного массива определяют количество интервалов по формуле

1645512 6

30

S0 где п - количество интервалов;

1 — глубина оценки горного ..ассива, устанавливают округленную до целого числа величину на переключателе 19 выбора количества ингервалов. Ог.— ределяют время распространения сейсмоакустического сигнал. с конца зоны оценки до пункта пг,нема, а потом и максимально допустимую частоту следования cpttct>оакустических и элеь тромагнитных сигналов по фор;,улам:

Т = 1/г и Е = 1/Т, где Т вЂ” время распространен>. я сеисмоакустического сигнала с конца зоны оценки;

Р— максимально допустимая час.— тота следования сейсмоакустических и электромагнитвы;. сигналов.

На vuтa сивe на расстоянии порядка 1 м от поверхности забоя. геp:tr>IE выработки устанавливают широко>.олосную пеленгационную антек> у ? и широкополосный усилитель 8 для р"..гистрацпи электромагнитнь.х с»гH Eot>, а на поверхности забоя жестко закре>ляют геофон 1 с предварительным усилителем 2, причем пространственные оси диаграмм направленности дироксэполосной пеленгационной анте> ны 7 и геофона 1 совмещают и фиксируют в нужном направлении, Сейсмоакустические и злектромаrнитные сигналы, возы>кающие в зоне оценки прн росте микро- и макротр» г ип> регистрируются соответственно геофоном 1 и широкополосной пепенгационной антенной 7. Преобразованньс в напряжение сигналы успп.",ваются соответствующими усилителнмп: с :гсмоакустический сигнал - предвар>ггельHbM yeti>I.t recce 2, а электромагни>ный — широкополосным усилителем 8.

Усиленнь;.е сигналы поступают на первые входы амплитудных дискриминаторов 3 и 9„где они дискрнминируются по амплитуде относительно снгналоп первого и гторогo задат fxoB 4 и

1) дискриминации, Ко Toрые поступают на вт орые вход > амплитудных лис кр нминаторов 3 и 9. После этого зада>от минимально возможные пороговые уров-. ни дискриминац. и так, чтобы частота следования Kàê сейсмоакустических, так и электромагнитных сигналов с выхода первогс 3 и второго 9 амплитудных дискриминаторов не превьппапа 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 эадне>гу фронту этого же сигнала таймер переходит в ре II счета ч на его выходе у<.танавливается сигнал лог."1»,ф;г 7г), который поступаег на один из входов первого элемента И 13, Устр<.йство готово;-о к опредепению дчя каждс и прошсгшей дискриминацию пары с.игналоз номера интервала, в котор,>» во;никло излучение, и к подсчет, пар в кажпом ин гервале эа время, определенное таймером 16.

Если тепер*.: электромагнитный сигнал (фиг. 7д) прс.содит ампли гуднув дис>сримпнацню на втором амплитудном дискриминаторе 9, фиг..7е), то он поступает на в -орой фс рмн1>озатель 11, где из после,:о >ьт.>льностн импульсов с>>ор> п>рус т::я pt>;.;:iB. цму выходу один информационныи .>. E. у . ьс (фиг., ж), а по второму — сн:< .;>импульс (фиг.7з)

Передний ф»онт,:нфзрмапионного нмпульс= соответ:.твуе >- первому перепаду с лог. "1" н лег. "0 на выходе второгi амплн удногo дискримина > ñðà

9 в Bo÷írtêèåé последовательности импульсов, Синхроимлульс кс:роче информацпонногс и сдвинут о: иосительно переднего фронта информационногэ импу Ibc:. л

>.а „11нформационнь>е импульсы н синхро:>мп льс носгупают соогвеrcтвоHEEO ва информацион>п>й н синхрс;— ннзирующпй влоды D-триггера 12. !10 переднему фс>он."у синхроимнул,ьса на неинвертнрующем выходе D-триггера 12 появляется лог. (фиг. 7и,, которая разрешает прохождение импульс >в наперсд задан ой частоты (фиг, ?б) с перестрапваемого по частоте:-евера "oра 15 импульсов через п pBt. эдеме> т

>1 13 (фиг.7к} на счс .ныи вх -,t; адрес>ого счетчика 1 ? н сиг í ", >в с элемента ИГЫ через в-орой э»еме.: т 11 14

Через неко"-орое время, соо, ветсгВующоf . Epe. E, .ц зала ль эания: ийсмо агсустичс.ског ° сигнала .>; нос > E ельно электромдг>п>тього, с данного интервала, номер которого указь."ает ад1645 12 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. "0" на выходе первого амплитудного дискриминатора 3 в возникшей последователь15 ности импульсов. Этот импульс поступает на первый вход элемента ИЛИ 20 и далее на сбросовый вход D-триггера

12, через второй элемент И 1й — на информационный вход многоканального счетчика 18, а также через элемент

21 задержки на счетный вход адресного счетчика 17. Ilo переднему фронту этого импульса, во-первых, на неиивертирующем выходе -триггера 1? ус в 25 танавливается лог. "0" (фиг. 7и), который запрещает прохождение импульсов с перестраиваемого по частоте генератора 15 импульсов на счетный вход адресного счетчика 17 через пер- 30 вый логический элемент И 13 .(фиг. 7к)

На выходных шинах адресного счетчика

17 устанавливается код, соответствующий номеру интервала зоны оценки, откуда пришли электромагнитный и сей35 смоакустический сигналы. Во-âòîðûõ, на выходе второго элемента И (фиг.7с) возникает импульс, который посэ упа-ет на информационный вход многок анально1 o счетчика 18, где он суммируется с предыдущей информацией по адресу, установившемуся на данный момент на выходных шинах адресного счетчика 17. В-третьих, осуществляется сброс в нулевое состояние адрес- 45 ного счетчика 17 с задержкой, определяемой элементом 21 задержки. Устройство готово к новому циклу регистрации электромагнитного и сейсмоакустического сигналов.

В случае, если сейсмоакустический сигнал не пришел, то адресный счетчик

17 продолжает последовательный перебор адресов до адреса, который зада- ется переключателем 19 выбора количества интервалов По достижении эт 1— го адреса на выходе-переключагеля 19 выбора количес гва интервалов появЛяется сигнал, соответствующий лог

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

По истечении времени оценки напряженного состояния горного массива на выходе таймера появляется сигнал, соответствующий лог. "0" (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 поинтернального распределения количества пар электромагнитных и сейсмоакустических сигналов, пришедших от одних источников, у< гройство работает следующим образом.

С блока 12 индикации в многоканальный счетчик 18 поступает сигнал, соответствующий лог. "0", 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 информациив многоканальный счетчик работаег следующим образом.

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 нПуск со сбросом" (Фнг. 8б) в блок 25 управления многоканальным счетчиком 18 последний вырабатывает последовательность импульсов на управление запоминающим усгройством 23 и счетчиком

24 с параллельной предустановкой информации. Последовательность импуль1645512

25

cos включает в себя: но-первых, сбросовый импульс (фиг. Bв), который поступает на сбросоный вход счетчика 24 с параллельной предустановкой информации, в результате чего на весь пе5 риод действия сигнала "Пуск со сбросом" на выходных шинах, а следовательно, и на всех информационных входах запоминающего устройства 23 будет лог. "0" (фиг. Bг); во-н» орых, импульс запрета (фиг. Bд), запрег ающг . прохождение информации с адресного счетчика 17 н разрешающий ее прохождение с внутреннего адресного f5 счетчика 33 на ацресные нходы запоминающего устройства 23; н-третьих, импульс (фиг. Bе), разрешающий запись информации в запоминающее устройство 23; в-четвертых, импульс сброса (фиг. Bж) внутреннего адресного счетчика 33, который формируется третьим формирователем 31; в-пятых, синхроимпульс (фиг, 8э) на каж— дый адрес, формируемый внутренним адресным счетчиком 33 иэ тактовых импульсов (фиг. 8и) генератора 26.

После того как внутренний адресный счетчик 33 переберет все адреса, начиная с первого, и в эапомннак ем 30 устройстве по каждому адресу будет записан лог."0", а сигнал "Пуск со сбросом" прекратит свое действие, многоканальный счетчик 18 в::. одит и з режима "Обнуление информации и nepeIt

35 ходит в режим Накопление информации".

В режиме "Накопление информации" многоканальный счетчик !8 работает следующим образом.

От адресного счетчика 17 поступает информация на адресные входы запоминающего устройства 23 через первые адресные ключи 29 блока 25 управления. Если теперь по какому-либо 45 адресу на информационный вход блока

25 управления многоканального счетчика 18 ггридет информационный имггульс (фиг. 7с, фиг. Bк), то счетчик-распределитель 35 импульсов бло50 ка 25 управления выдаст серию импульсов на управление работай запоминающего устройства 23 и счетчика 24 с параллельной записью информации.

Последовательность импульсов включает в себя: во-первых, импульс (фиг.

Be) который устанавлинает в запоминающем устройстве 23 режим "Чтение", во-вторых, синхроимпульс (фиг. Bа), формируемый четвертым формировате" лем 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. Bл) на параллельную запись информации с запоминающего устройства 23; в-четвертых, информационный импульс (фиг. Bм), н результате чего на з.,модных шинах счетчика 27, а следовательно, и на входах запоиинаюг4его устройства устанавливается новый код, отличающийся от предыдущего на единиц;; в-:;втык, синхроимпульс (фиг. оз) на запись информации со счс-тчика 24 н запоминающее устройсгно 23„ в-шесгьг.:, импульс на включение счетчика-распределителя 35 импульсон. Накопление информации будет продолжаться до тех пор, пока гаймер 16 не выдаст сигнал запрета.

В режиме "Индикация информации" многоканальный счетчик 18 работает следующим образом.

По прекраг; . и режима Накопление информации" с блл,. а 22 индикации в блок 25 управления многсканальным счетчиком 18 пост уг;ает сигнал, соответствующий лог. "0" (<риг. Bа), н 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 устройсгва 23, при этом блок 25 управления формирует сигнал на считывание информации (фиг. Bе) н синхроимпульсы (фиг.Bз).

В результате на выходных шинах, поступающих в блок индикации, будет информация о номере ячейки запоминающего устройства 23 и ее содержимом .

Формула изобретения

Устройство цля оценки на :ряженноrG состояния массива горных l Gðîä, содержащее приемник сейсмоакустнческих сигналов, сосдиненнь и с усилителем, выход которого соединен с входом первого амглитудногG дискриминатора, соединенного с первым входом элемента ИЛИ, приемник электромагнитных сигналов, соединенный с входом второго амплитудного дискриии-

1645512 натора, выход которого соединен с таймером, причем выход таймера соединен с вторым входом элемента ИЛИ, - о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения оперативности определения местоположения зоны с повьг щенной концентрацией напряжений относительно контура выработки и упрощения этого процесса, введены первый и 1О второй формирователи сигнала, первый и второй элементы И, перестраиваемый по частоте генератор импульсов, адресный счетчик, многоканальный счетчик, переключатель выбора коли- 15 чества интервалов, D-триггер, элемент задержки, блок индикации и шина

"11уск со сбросом", причем выходы первого н второго амплитудных дискриминаторов подключены соответственно к 20 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 актовому входу

D-триггера, неинверсный выход которого соединен с входом первого и второго элементов И, второй вход первого элемента И подключен к ь:ходу перестраиважого по частоте генератора 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 адресиым входам многоканального счетчика и переключателю выбора количества интервалов, выход второго формирователя соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которо"о череэ переключатель выбора количества интервалов подключен к одному из входов счетчика, а шина Пуск со сбросом" соединена с третьим входом элемента ИЛИ, с входом таймера

if сбросовым входом многоканального счетчика, в то же время выход элемента ИЛИ подключен к сбросовому в:к>ду адресного счетчика через элемент задержки, к сбросовому входу

D-триггера и к второму входу второго элемей та И, выход которого соединен с информационным входом многоканального счетчика, а блок индикации — с его выходными шинами.

1645512

Фаад

164551"

Фи8.4 фиг. 6 а

3

2 д и

Фиг. 7

1645512

PgN fg C6P6COFi цдра,, ИнйШМЭ

I )Магию I

Фиг. д

Составитель М. Китайская

Техред C.Èèãóíîâà

Корректор Л,Пилипенко

Редактор А.Маковская

Заказ 1332 Тираж 302 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета по иэрбретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Проиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101