Устройство контроля состояния горных пород

 

Изобретение относится к горной пром-ти. Цель изобретения - повышение надежности контроля. Устройство содержит расположенные в шпуре 1 реперы 3, соединенные между собой штангой 5, на которой укреплен измеритель 6 смещений репера 3, выход которого соединен с блоком 7 преобразования , времязадающий блок 9, блок 10 управления блоком 11 выборки и запоминания значений смещений, включающий регистры. Устройство содержит блоки 16 и 18 определения текущего и предыдущего значений дисперсий смещений , блоки 31 и 32, 36 сравнения с минимальным, максимальным и предыдущим значениями дисперсий смещений , блоки 33,34 установки максимального и минимального значений, сигнализаторы приближения неустойчивого состояния, критического и устойчивого состояний, элемент 39 совпадения, первый и второй инверторы 41,42.Блоки 16 и 18 содержат сумматор смещений . Показания, соответствующие значениям смещений в различные моменты времени, передвигаются последовательно на одну ячейку памяти, и в первый регистр заносится значение смещений. На блоки 31,32,36 подается сигнал с блока 16 о текущем значении дисперсии смещений. Через инверторы 41 и 42 запрещается сигнализация неустойчивого и критического состояний. 2 3 . п. 4г-лы, 3 ил. с (Л со ч

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1373812 А1 (51)4 E 21 С 39/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1) 4090443/22-03 (22) 05 ° 05.86 (46) 15.02.88.Бюл. У 6 (71) Московский горный институт (72) А.С, Вознесенский, Г,Б.Довгань, И.Ш,Коган, А.В.Корн, JI.JI.Павлов и H. Ñ.ßìùèêîâ (53) 622.35 (088.8) (56) Семевская Н.В. Определение скорости и ускорения смещения кровли горных выработок. - Иэв. ВУЗов ° Горный журнал, 1976 Р 12, с.49-51. запоминания значений смещений, включающий регистры. Устройство содержит блоки 16 и 18 определения текущего и предыдущего значений дисперсий смещений, блоки 31 и 32, 36 сравнения с минимальным, максимальным и предыдущим значениями дисперсий смещений, блоки 33,34 установки максимального и минимального значений, сигналиэаторы приближения неустойчивого состояния, критического и устойчивого состояний, элемент 39 совпадения, первый и второй инверторы 41,42.Блоки 16 и 18 содержат сумматор смещений. Показания, соответствующие значениям смещений в различные моменты времени, передвигаются последовательно на одну ячейку памяти, и в первый регистр заносится значение смещений.

На блоки 31,32,36 подается сигнал с блока 16 о текущем значении дисперсии смещений. Через инверторы 41 и 42 запрещается сигнализация неустойчивого и критического состояний.

2 з. a. ф-лы, 3 ил. (54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ

ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к горной пром-ти. Цель -изобретения - повышение надежности контроля. Устройство содержит расположенные в шпуре l реперы 3, соединенные между собой штангой 5, на которой укреплен измеритель 6 смещений репера 3, выход которого соединен с блоком 7 преобразования, времязадающий блок 9, блок

l0 управления блоком 11 выборки и

В1"Г = . -:: .-;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 13,,13

К A ВТ{;)РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ r„yP J yI} г, -,, 4

13738!2

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в устройствах контроля состояния горных пород, в частности в устройствах, предсказывающих неустойчивые состояния горных пород.

Целью изобретения является повышение надежности контроля.

На фиг,l изображена структурная схема устройства контроля состояния горных пород; на фиг. 2 — структурная схема блока выборки и запоминания; на фиг. 3 - структурная схема блоков определения текущего и предыдущего !5 значений дисперсий смещений, аналогичных друг другу

Устройство контроля состояния горных пород включает расположенные в шпуре 1, пройденном в массиве 2 гор- 20 ных пород, реперы 3 и 4, соединенные между собой штангой 5 с измерителем

b смещений реперов, выход которого соединен с входом блока 7 преобразования сигнала. К входу 8 управления 25 блока 7 преобразования сигнала подключен первый выход времязадающего блока 9, который подключен также к входу 10 управления блока 11 выборки и запоминания значений смещений. Блок 30

11 выборки и запоминания значений смещений содержит ряд регистров 12, соединенных последовательно друг эа другом. Входы 13 управления соединены друг с другом через элементы 14 задержки и с входом 10 управления блока 11 выборки и запоминания значений смещений. Каждый из регистров

12 имеет выход, являющийся одним из выходов блока 11 выборки и запомина- 40 ния значений смещений. Выходы 15 регистров 12 блока 11 выборки и запоминания результатов измерений соединены с входом блока lb определения текущего значения дисперсии смещений, 45 а выходы 17 регистров 12 - с входом блока 18 определения предыдущего значения дисперсии смещений. Вход 19 управления блока ib определения текущего значения дисперсии смещений сое50 дннен с вторым выходом времязадающего блока 9. Блоки 16 и 18 определения соответственно текущего и предыдущего значений дисперсий смещений выполнены одинаково и имеют вид блока 20. В них входы 21 соединены с входами 22 сумматора 23 значений смещений и входами 24 блоков 25 вычитания, другие входы которых через блок

2h масштабирования соединены с выходом сумматора 23 значений смещений.

Выходы блоков 25 вычитания соединены через квадраторы 27 с сумматором

28 квадратов значений смещений и через блок 29 масштабирования с выходом 30 блоков определения текущего

16 и предыдущего !8 значений дисперсий смещений. Вход 19 управления соединен с блоком 29 масштабирования.

Блоки сравнения с минимальным 31 и максимальным 32 з начениями дисперсий смещений соответственно соединены с блоками установки минимального 33 и максимального 34 значений, Снгнализатор 35 приближения неустойчивого состояния подключен через блок 36 сравнения с предыдущим значением дисперсии смещений к блоку 16 определения текущего значения дисперсии смещений, блокам сравнения с минимальным 31 и максимальным 32 значениями дисперсий смещений. Сигнализатор 37 неустойчивого состояния соединен с блоком 32 сравнения с максимальным значением дисперсии смещений. Сумматор 38 своим выходом соединен с блоком 36 сравнения с предыдущим значением дисперсии смещений, а выходами— к блоку 18 определения предыдущего значения дисперсии смещений и блоку

31 сравнения с минимальным значением дисперсии смещений ° Элемент 39 совпадения своим выходом соединен с входом 40 управления блока 36 сравнения с предыдущим значением дисперсии смещений. Входы инверторов 41, 42 подключены соответственно к блоку 32 сравнения с максимальным значением дисперсии смещений и сигналнзатору 37 неустойчивого состояния.

Выходы инверторов подключены соответственно к сигнализатору 35 приближения неустойчивого состояния и через элемент 39 совпадения к сигнализатору 43 критического состояния. Сигнализатор 44 устойчивого состояния через инвертор 45 соединен с элементом

39 совпадения, выхоДом блока 31 сравнения с минимальным значением дисперсии смещений, входом 46 управления блока 32 сравнения с максимальным значением дисперсии смещений. Блоки определения текущего 16 и предыдущего 18 значений дисперсий смещений связаны с выходами !5 и 17 регистров

l2 блока 11 выборки и запою;;-:ения значений смещений. Выход инвертора з !

37

42 и блока 31 сравнения с минимальным значением дисперсии смещений соединены соответственно с входами 47 и 48 сигналиэатора 35 приближения неустойчивого состояния и сигналиэатора 37 неустойчивого состояния.

Устройство работает. следующим образом.

Времязадающий блок 9 подает сиг- нал на блок 7 преобразования сигнала и блок 11 выборки и запоминания значений смещений. Блок 7 преобразования сигнала преобразует сигнал с измерителя 6 смещений реперов 3, 4 в величину, соответствующую их смещениям в момент измерения. Это может быть, например, преобразование аналогового сигнала (напряжение, частота) в цифровую форму. Кроме того, он может осуществлять масштабирование с учетом базового расстояния между реперами 3 и 4 для последующего оперирования с величинами, соответствующими смещениям в единицах относительных деформаций. Сигнал с выхода бло-, ка 7 преобразования сигнала поступает на вход блока 11 выборки и запоминания значений смещений. После некоторой задержки, определяемой элементами 14 задержки и необходимой для преобразования сигнала, подаются последовательно во времени сигналы управления на входы 13 регистров 12.

При этом показания, соответствующие значениям смещений в различные моменты времени, передвигаются последовательно на одну ячейку памяти, а в первый регистр 12 заносится текущее значение смещений. После проведения количества измерений, равного числу регистров 12 в блоке 11 выборки и запоминания значений смещений, и заполнения тем самым всех регистров 12 сигналом с времязадающего блока 9, подаваемым на вход 19 управления блока 16 определения текущего значения дисперсии смещений, разрешается выдача на выходе этого блока, В бло-. ках определения текущего 16 и предыдущего 18 значений дисперсий смещений сигналы с выходов регистров 12 подаются на входы 22 сумматора 23 значений смещений, Если суммирование производится в аналоговой форме, то каждому значению соответствует одна линия, если в цифровой - то несколько. После сум»мирования значений смещений на выхо»

3812

5

35 де блока 2b масштабирования с коэфтфициентом деления, равным числу входов 21, получается среднее значение смещений за время усреднения, охватывающее отсчеты значений смещений,содержащиеся в соответствующих регистрах 12.

После вычитания среднего значения в блоках 25 вычитания из значений смещений, подаваемых на входы 24,возведения во вторую степень в квадраторах 27, суммирования в сумматоре

28 квадратов значений и прохождения через блок 29 масштабирования с коэффициентом деления, равным числу входов 21, на выходе 30 блоков определения текущего 16 и предыдущего

18 значений дисперсий смещений образуется величина, равная дисперсии смещений за соответствующий промежуток времени. Сигналом, подаваемым на вход 19 управления блока 16 определения текущего значения дисперсии смещений, можно закоротить выход 30 блоков определения текущего 16 и предыдущего !8 значений смещений, исключая тем самым работу дальнейшей схемы. Блоки сравнения с минимальным 31, максимальным 32 и предыдущим 36 значениями дисперсий смещений имеют входы сравнения, на которые подается сигнал с выхода блока 16 определения текущего значения дисперсии смещений; опорные входы, на которые подается сигнал с блоков установки минимального 33 и максимального 34 значений и с выхода сумматора 38. Если величина сигнала на входе сравнения превышает величину опорного напряжения, то на выходе блоков 31,32,36 сравнения образуется сигнал "1", если же нет - то "0", При подаче на входы 40,46 управления

"1" на выходе образуется сигнал,соответствующий результату операции сравнения, при подаче "0" сигнал на выходе равен нулю независимо от результатов сравнения.

При реализации предлагаемого устройства аналоговым способом этот элемент может быть выполнен на компараторе со стробированием. Сигнал, соответствующий дисперсии последних значений смещений, подается на вход сравнения блока 31 сравнения с минимальным значением дисперсии смещения.

Минимальное значение дисперсии смещений, задаваемое блоком 33 установки

1373812 минимального значения, определяется погрешностью всего устройства, а также деформационными процессами, которые могут считаться незначительными и характеризовать устойчивое со стояние горных пород. Это значение определяется на основе метрологических характеристик аппаратуры и из опыта, накопленного при контроле на анало- 10 гичных участках.

Если текущее значение дисперсии смещений не превышает установленной величины, заданной блоком 33 установки минимального значения, то на выходе блока 31 сравнения с минимальным значением будет сигнал "0 . На вход сигналиэатора 44 устойчивого состояния будет подаваться "1".Сигнализаторы 35, 37, 43, 44 соответствен- 20 но неустойчивого состояния, приближения неустойчивого состояния, критического состояния, устойчивого состояния при подаче на их входы и входы 47,48 управления логической едини» 25 цы сигналиэируют о соответствующем состоянии горных пород путем зажига- . ния лампочки или появления надписи на экране дисплея ° Поэтому сигналиэатором 44 устойчивого состояния в этом случае отмечено устойчивое сос» тояние. На вход 46 управления блока

32 сравнения с максимальным значени ем дисперсии смещений подан "0",который поступает с выхода этого блока на вход сигналиэатора 37 неустойчи35 вого состояния, не вызывая индикацию этого состояния. Хотя на вход 47 управления сигнализатора 35 приближения неустойчивого сосуояния при этом 40 подается " 1", на е го вход поступает

"0", так как на выходе элемента 39 совпадения также нуль, который поступает на вход 40 управления блока

36 сравнения с предыдущим значением 45 дисперсии смещений, Сигнализации критического состояния и приближения неустойчивого состояния при этом не производится. При превышении дисперсией смещений максимального значения, задаваемого блоком 34 установки мак 50 симапьного значения, с выхода блока

31 сравнения с минимальным значением дисперсии смещений поступает сигнал управления на вход 46 управления блока 32 сравнения с максимальным знече- 55 кием дисперсии смещений. На выходе этого блока появляется "1" и через сигналиэ атор 37 неустойчивого состояния поступает информация о неустойчивом состоянии. Этим же сигналОм через инверторы 41,42 запрещается сигнализация приближения неустойчивого состояния и критического состояния.

Если же значение дисперсии находится в промежутке между минимальным и максимальным значениями, то на выходе блока 31 сравнения с минимальным значением образуется "1", а на выходе блока 32 сравнения с максимальным значением - "0". На вход элемента 39 совпадения поступают логические единицы, включающие сигналиэатор 43 кри» тического состояния. Эта же единица поступает на вход 40 управления блока Зб сравнения с предыдущим значением дисперсии смещений. Если сигнал с выхода блока 16 определения текущего значения дисперсии смещений превышает величину сигнапа с блока 18 определения предыдущего значения дисперсии смещений на величину, задаваемую блоком 33 установки минимального значения (что достигается суммированием этих двух величин в сумматоре

38), то на выходе блока 36 сравнения с предыдущим значением образуется " 1", включающая сигналиэатор 35 приближения неустойчивого состояния, на вход 47 управления которого подается "1" с выхода инвертора 42.

Устройство может быть реализовано как аппаратным, так и программным путем.

Формула иэ обретения

1. Устройство контроля состояния горных пород, включающее расположенные в шпуре реперы, соединенные меж-" ду собой штангой, на которой укреплен измеритель смещений реперов, выход которого соединен с входом блока преобразования сигнала, времяэадающий блок, первый выход которого подключен к управляющим входам блоков преобразования сигнала и блока выборки и запоминания значений смещений, вход которого соединен с выходом блока преобразования сигнала, сумматор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности контроля, оно снабжено блоками определения текущего и предыдущего значения дисперсии смещений, блоками сравнения с минимальным, максимальным и предыдущим значениями дисперсий смещений, 1313812

15

25

35

40 блоками установки минимального и максимального значения, сигнализаторами приближения неустойчивого состояния, неустойчивого состояния, критического и устойчивого состояния, элементом совпадения, первым, вторым и третьим инверторами, причем первые и вторые выходы блока выборки и эапоминания значении смещении соединены соответственно с входами блока определения предыдущего значения дисперсии смещений и входами блока определения текущего значения дисперсии смещений, управляющий вход которого подключен к второму выходу времязадающего блока, выход соединен с первыми входами блоков сравнения с минимальным значением дисперсий смещений, предыдущим значением дисперсий смещений и максимальным значением дисперсий смещений, второй вход которого подключен к блоку установки максимального значения, выход одновременно соединен через первый инвертор с первым входом элемента совпадения, через третий инвертор - с управляющим входом сигнапиэатора приближения неустойчивого состояния и с входом сигнализатора неустойчивого состояния, управляющий вход которого одновременно соединен с выходом блока сравнения с минимальным значением дисперсии смещений, управляющим входом блока сравнения с максимальным значением дисперсии смещений, через второй инвертор - с сигналиэатором устойчивого состояния и вторым входом элемента совпадения, выход которого подключен к сигнализатору критического состояния и управляющему входу блока сравнения с предыдущим значением дисперсий смещений, выход которого соединен с входом сигнализатора приближения неустойчивого состояния, второй вход подключен к выходу сумматора, первый вход которого соединен с выходом блока установки минимального значения и вторым входом блока сравнения с минимальным значением дисперсий смещений, второй вход подключен к выходу блока определения предыдущего значения дисперсии смещений.

2. Устройство по п.1, о т л и чающее с я тем, что блок выборки и запоминания содержит последовательно соединенные регистры и элементы задержки, причем выходы регистров являются первыми н вторыми выходами блока, управляющие входы регистров соединены между собой через элементы задержки, вход первого элемента задержки является управляющим входом блока.

3. Устройство по п.1 о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блоки определения текущего и предыдущего значений дисперсий смещений содержат сумматор значений смещений, сумматор квадратов значениИ смещений, первый и второй блоки масштабирования,блоки вычитания и квадраторы, причем первые входы блоков вычитания являются входами блока определения дисперсий смещений и одновременно соединены с соответствующими входами сумматора значений смещений, выход которого через первый блок масштабирования соединен с вторыми входами блоков вычитания, выходы которых через квадраторы подключены к соответствующим входам сумматора квадратов значений смещений, выход которого соединен с входом второго блока масштабирования, управляющий вход которого и выход являются соответственно управляющим входом и выходом блока определения дисперсий смещений, 1373812

Фиг. У

Составитель А. Рыбаков

Техред М. Ходанич

Корректор А.Зимокосов

Редактор Н. Слободяник

Тираж 459 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытии

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

Заказ 543/24

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.11роектная, 4