Способ мониторинга процесса разрушения горных пород в массиве и автоматизированная система для его осуществления

 

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 сейсмоакусгическнх сигналов. Определяют их интенсивность. За выбранный интервал регистрации определяют гра

СОЮЗ СОВКТО Ва

РЕСПУБЛИК (51)5 E 21 С 39/00

ГОСУД1Ч СТОЕННЫЙ КОМИТЕТ

ГМ И flOIT СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОММ СВИДВТВ ЬСТВУ блО (21) 4699495/03 (.2) 31 ° 05.89 (46) 30.04.91. Бюл. й- 16 (71) Институт физики и механики горных пород АН КиргССР (72) И.А.Торгоев и B.Ã.Àëåíèí (53) 622.831 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

8- 1208959, кл. E 21 С 39/00, 1984.

Кузнецов С.В. Совместная регистрация электромагнитных и сейсмоакустических сигналов. — В сб. Геофизические способы контроля напряжений и деформаций. Новосибирск, 1985, с. 31-34.. SU .1645514 А1

2 (54) СПОСОБ МОНИТОРИНГА ПРОЦЕССА РА3РУЫЕНИЯ ГОРНь|Х ПОРОД В МАССИВЕ И АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к горному делу, Цель — повышение достоверности контроля. В процессе мониторинга осуществляют непрерывную регистрацию электромагнитных и сейсмоакустических сигналов разруш ™ия в пределах заданной зоны контроля. осуществляют селекцию пар электром гнитных и сейсмоакустических сигналов. Определяют их интенсивность. За выбранный интервал регистрации определяют гра3

1645- диент интенсивности пар и при его превышении заданной нормы в двух последоватепьных интервалах регистрации определяют опасное состояние мас5 сина. Система для осуществления способа включает блок 1 приема и обработки, блок 2 селекции, блок 3 распознавания разрушения и блок 4 оповещения. С помощью антенны 5 и пре-,0 образователя 6 сейсмоакустических сигналов, входящих в блок 1, принимают электромагнитные и акустические сигналы. Последние после усиления

20 (БСР), который содержит запатчик 16 длительное ги временной задержки, соединенный с вторым входом формирователя 15, селектор 17 сейсиоакустичес25 ких сигналов разрушения, к первому входу которого подключен амплитудный дискриминатор 14 сейсмоакустического канала БОС, а к второму — задатчи 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 сиг3 налов разрушения, выход схемы И 19 подключен к сче гному входу счетчика

20 пар электромагнитных и сейсмоакустических сигналов, входящего в состав блока 3 распознавания разрушения, 4 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 генерато45 ра опорной частоты, и три выхода, IIo которым электрические импульсы подаются последовательна на входы "Перезапись" регистра 24 сдвига, "Сброс" счетчика 20 импульсов и параллельно на вход Перезапись" арифметическологическогс устройства (АЛУ) 37, а также на ахоп "Сдвиг вправо" регистров 24-26 сдвига, подклоченных снснии информационными выходами к соответствующем входам АЛУ, к четверто55 ,иу информационному входу АЛУ 27 подключен запатчик 28 нормы контроля, выход АЧУ подключен к зходу блока 4 оповещения, ко горюй с эдержит исполниИзобретение относится к горному делу и предназначено для осуществления непрерывного контроля за состоянием массива горных пород и обеспечения безопасности ведения горных работ.

Цель иэьбретения — повышение достоверности контроля.

На чертеже представлена функциональная схема автоматизированной системы мониторингa процесса .разрушения горных пород н массиве.

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

Блок 1 приема и обработки сигналов (БОС) содержит направленную антенну (преобразователь электромагнитного сигнала) 5 и преобразователь

6 сейсмоакустического сигнала, подключенные к каналам регистрации, каждый иэ 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 принаддежность элемента к элек гроиагнитному сигналу), причем выход амплитудного дискриминатора 13 электромагнитного канала БОС соединен с входом формирователя 15 временной задержки, входящего в состав блока 2 селекции парных сигналов разрушення и фильтрации поступают иа схему И 19 блока 2. Количество пар электромагнитных и акустических сигналов определяют с помощью счетчика 20 блока 3 за интервал, задаваемый таймером 22, Градиент интенсивности пар и сравнение его с нормой осуществляют с помощью арифиетическо-логического устрна 27. При установлении опасного состояния массива с помощью блока 4 осуществляют оповещение горнорабочих в шахте, 2 з.п, ф-лы. 1 ип.

164551 тельный элемент 29, соединенный с звуковым сигнализатором 30 и радиомаяком 31, а также приемники-сигнализаторы 32.

Способ осуществляют следующим об-. разом.

Предварительно в целях выбора оптимальных параметров режима регистрации электромагнитных и сейсмоакустических сигналов (частотные диапазоны, уровни амплитуднсй дискриминаций) „формирования нег бхсдимой конфигурации зоны контроля и сведения к минимуму в про.II cce монитсринга как ложной тревоги, так и пропуска цели, с помощью серийной аппаратуры (например, регистратора акустической н электрсмагH)ITHcf1 эмисс ий типа б.ЭР-2Ш, выпускаемого в ИСК! П At: Кирг СГР) 70 осуществляют измерение параметров вызванной сейсмоакустической и -,?ектромагнитной эмиссий, Дгя этого в окрестности предполагаемой зоны контроля возбуждают, например, с помогаю взрывов сейсмоакусгические и элект-.

РОМаГНИтНЫЕ СНГНаЛЫ II l?zI?e,.?ÅËßÞ I Наряду с частотными и амп.нлтудныгли параметрами этих сигналов, но-иервгг скорость распространения сейсгоакус- 30 тических импульсов, которая с . вместно с максимальной протя бренностью зоны контроля используется для расчета вреглени задержки прихода се?лсчоакустического сигнала относитель?г? электромагнитного, устанавливае:лсгс в эадатчнке 16 врсглеиной задержки. Рс?вторых, оI?ðåäåë?IM r nopoI.oroe значение градиента ив теис..вности парных электромагнитных и се??сглоакуст?глеских сигналов как разность между числом парных сигналов, зарегистрированных непосредственно до H после взрыва эа время, равное длитсл,Hocl.H одного ин-.ервала рег?лстрчции, устанавлиыаемoI о в гаймере 2 зри мониторинге. t екомендуемое время ?дного интернаяа регистрац?ги не долж??о преньппа гь 10-15 гл?лн . Полученное значение градиента интенсивности п3р электромагнитных и сейсм ?акусгичес- ких сигналов служит заранее заданной нормой контроля и вводится в задатчик 78 нормы контроля градиента интенсивности блока 3 распознана?лгля разру?пения. Затем в задатчике 16 предельной длительности сейсмоакустических сигналов разрушения блоха 2 сепекпии устанавливают длительг?ость

4 6 сейсмоакустических сигналов pasPynI.iIIIII, КОтс РаЯ, КаК ПРаВИЛО, НЕ превьппает 5 мс ° После установки необходимых режимов регистрации и размещения на обнажении потенциально опасного участка направленной антенны 5 и преобразователя 6 САЭ. с учетом их диаграмм направленности автоматизированная система считается подготовленной к работе и включается в дежурный режим. Весь персонал, временно гсгн постоянно находящ?лися вблизи контролируемой зоны, снабжается индивидуальными приемниками-сиги:?лизатсрам?:. срабатывающими от радиосигн ?ла. излучаемого радиомаяком

t пока оповещения в случае возникновения угрозы разруг«ения горных пород.

В процессе,.ониторинга в блоке 3 распознавания раэруп,е?лия автоматизированной системы осуществляется автоматический циклический контроль отнссител? ного изменения интенсивности пар электромагнитных и сейсмоакустича.ких c»l.nалов разрушения, выделенных блском 2 селекции парных сигналов. В случае, если градиент инте; спнноеги в;.рных сигналов разрушения н двух пс в «дева гелг«ных интер-Вапак РЕГИС I PaIz? И npeI b?C НОРМУ контроля, т.с и c.,I ° ае резкого всзрастаHHH интеисин юсI t nàð электрс— ма нитных и с ей новку стических сигна— лов ра зруиеии I z свидетельству?Ощс го о иа -але гер??ода повышенной верог1тности макрсра ?pymеиия, автоматичес,:и в?глю ?;ы?гся устройства аварийной сигнализации, вход ?гале в блок 4 оповецгния, например местный звуковой сигнал»затор 30 и ус гройство оповещения диспетчера обьекг а, а также радиомаяк 3!, от сигналов когс рого срабатывают гидинидуальныс приемникисигиализа гог?ы 32, вручаемые иерсона??у, и тем самым (?Irt спочинается заблагонрег1еня< е пред. прежление и вывод персо Iëëë чз оп; .ной зоны, ci-.îäÿùèå к гли? ?плуму опасность травмирования и гибели людей.

Автоматизированная сис гемн мониторинга работает слсдуюгппч образом.

Электромагнит??ый с??гнал от источника разруиения горной поропы ..f?IK-. ро- или макрс трещ?г??ы) I ocnp?II«aIaerся направленной антенной 5„предварительно уси;.нвается в предуси гителе

7 и поступает через фильтр 9, основной усилитель 11 и ампл?лтудный диск1645514 риминатор 13 на первый вход блока 2 селекции парных электромагнитных и сейсмоакустических сигналов, а именно на первый вход формирователя 15

5 временной задержки, который вырабатывает импульс задержки, длительность которого относительно входного сигнала задается задатчиком 16 длительности временной задержки, подключенным 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 выходного сигнала усилителя 12. С выхода амплитудного дискриминатора 14 сигнал подается в блок 2 селекции парных электромагнитных и сейсмоакустических сигналов на первый вход селек- 25 тора 17 сейсмоакустических сигналов разрушения, который осуществляет выделение сейсмоакустических сигналов разрушения по их длительности, котоpcs не должна превышать предельное значение, устанавливаемое в подключенном к второму входу селектора 17 задатчике 18 предельной длительности.

Выделенный селектораи 17 сейсмоакустический сигнал разрушения поступает на второй вход схемы И 19. При совпадении временного положения выходного сигнала селектора 17 сейсмоакустических сигналов разрушения с временныи положением выходного сигнала 40 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- 45 ных и сейсмоакустических сигналов разрушения. Счетчик 20 в течение установленного в таймере 22 времени интервала регистрации, например 10 мнн, ведет счет количества выходных сигналов схемы И 19, т.е. подсчитывает

Число пар электромагнитных и сейсмоакустических сигналов разрушения в следующих друг за другом интервалах.

Информация о количестве И парных сигналов каждого интервала записывается по его окончании ао сигналу распределителя 23 импульсов в первый регистр 24 сдвига. Вслед за этим по сигналу на втором выходе распределителя 23 импульсов проводится обнуление счетчика 20 и перезапись содержимого регистров 24-26 памяти в оперативную память АЛУ. 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 любсго j-ro (где j 3) интервала регистрации в регистрах 24-26 сдвига будет храниться информация об

O интенсивностях парных импульсов акустической и электромагнитной эмиссий, соответственно N>, N;, Б g 3a ус4 тановленный 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 5Iit = à — N -2 и 6 1Я = N

,1 J< 3 — N <, и сопоставляются полученные значения с нормой контроля 5N* задаваемой подключенным к АЛУ задатчиком 28. При одновременном превышении градиентами интенсивности парных сигналов !, иц N порогового значения, т.е. нормы контроля, на выходе АЛУ

27 формируется сигнал, которьш 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.

Формул а изобретения.

1. Способ монн г эринга процесса разрушения горныг: пород в массиве,.

1645514

20

30

35 со звуковым сиг«ал!!«второ".! и радиомаяком, ко горый посредством радиоканала связан с пр!!ем!!!!клмн-е :.гиализагорами.

Составитель K.Лыков

Техред С.Мигунова

Еоррei "uр П.Пн!,:;лепко

Редактор А.Мако«сная

Заказ 1332 Тираж 302 П!од«иска

ВНИИПИ Государ твенного комитета по изобретениям и отко тиям ври ГК11Т СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауш! хая наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101 включающий непрерывную регистрацию электромагнитных н сейсмоакустических сигналов разрушения в пределах заданной зоны контроля и определение интенсивности пар электромагнитных и сейсмоакустнческих сигналов, по которой определяют опаг.ное состояние массива, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, определяют градиент интенсивности за определенный интервал регнс-.рации, а опасное состояние массив" определяют по превышению градиента интенсивности заданной нормы в двух последовательных интервалах регистрации.

2. Автоматизированная система мо" ниторинга процесса разрушения горных пород в массиве„ включающая блок приема и обработки электромагнитных и сейсмоакустическнх сигналов разрушения, соединенный с блоком селекции пар электромагнитных и сейсмоакустических сигналов и счетчиком пар сигналов, при этом блок приема и обработки содержит преобразователи электромагнитного и сейсмоакустического сиги апов, последовательно соединенные с предусилителями, фильтрами, усилителямн и амплитудными дискриминаторами, а блок селекции соде;:— жит формирователь временной мцержки

3 эадатчик длительнос ти времен«ой задержки, временной селск гор сейсмоакустических сигналов и схему И, причем первый вход формировате.!я соединен с выходом амплитудного дискриминатора электромагнитногo сигнала, его второй вход — с задатчиком длнтельности времен.roA задержки, а выход — с первым входом схемы И, второй вход которой подключен к выходу селектора, вход которого соединен с выход<и амплитудного дискриминатора сейсмоакустического сигнала, отличающаяся тем, что о и а с на бжен а блоком ра с по эн ав ания разрушения и блоком оповещения, причем блок распознавания разрушения содержит счетчик числа пар электромагнитных и сейсмоакустических сигналон, генератор опор oA !астоты, таймер, распределитель импульсов, гри регистра сдвига, арифметическологическое устройство и задатчик нормы„ при этом «ходы распрецелителя импульсов соединены с выходами генератора опорной частоты и таймера, выходь. распределителя — с входами регистров сдвига, вторым входом счетчика пар импульсов и входом арифметическо-логическогo устройства, первый «ход счет!ика подключен к выходу схемы И,,elo выход соединен с информационным входам первого регистра сдвига, а информационные выходы регистров сдвига - с тремя входами арифметическо-логического устройства, к четвертому инф т ."т!!!о«ному входу которого подключе з, дат э!к нормы.

3, Лн тома ти !ир;..", н на я сис гема по п.2,о тли чякщаясятем, что блок опон! е«ня ключает исполнитель:;ьп! элем н r, звуков и сигналила rop, радиои",як и приемники-сигнал!!заторы, при те!! вхгд нс !ол. ительного элемента сог: !и!!е!! с выходом арнфме !!чес!.:о-лог!!чс скс . усто эйсти» блока р!!спознанання азпу!!!ения, а выход исполнится: !. г о!!«мента