Устройство для оценки напряженного состояния массива горных пород

 

Изобретение относится к горной пром-сти и позволяет повысить достоверность оценки нагруженного состояния массива горных пород при одновременном повышении ее оперативности и детальности исследования массива, Устр-во содержит несколько каналов измерения (КИ) 1 и блок 2 обработки,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

ÄÄSUÄÄ 1629533

"I

Ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСМОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 1 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 г (21) 4483514/03 (22) 19 ..09 ..88 (46) 23.02.91, Бил. К- 7 (71),Научно-производственное обьединение ".Сибцветметавтоматика" (72) И;П..Розманов (53) 622.23.05(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 1209859, an, Е 21 С 39/00, С .01 N 29/04 ° 1983. (51) 5 E 21 С 39/00, С 01 N 29/04

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к горной пром-сти и позволяет повысить достоверность оценки нагруженного состоя-: ния массива горных пород при одновременном повышении ее оперативности и детальности исследования массива.

Устр-во. содержит несколько каналов измерения (КИ) 1 и блок 2 обработки, 16 29533 управления и регистрации, расположенный на диспетчерском пункте и соединенный шиной обмена данных с каждым их КИ 1, Каждый КИ 1 содержит преобразователь 3 сигнала акусти5 ческой эмиссии (АС) в электрический и преобразователь 4 сигнала электро- магнитной эмиссии (ЭХЭ) в электрический, к выходам которых соединены соответственно последовательно соединенные фильтры 5 и 8, усилители 6 и 9 с регулируемым коэффициентом усиления и видеодетекторы 7 и 10.

В каждый КИ 1 входят также многоотводная линия 11 задержки с регулируемым интервалом задержки, перемножители 12 и интеграторы 13 с регулируемой постоянной интегрирования в ко!

Изобретение относится к устройст- вам для контроля напряженного состоя- 25 ния горных пород вокруг выработок и может быть использовано для прогноза удароопасности и выбросоопасности горных пород с указанием очага опасности. 30

Целью изобретения является повышение достоверности оценки нагруженного состояния массива горных пород при одновременном повьппении ее оперативности и детальности исследования массива, На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для оценки напряженного состояния массива горньм пород; на фиг. 2 — функциональная 40 схема таймера;. на фиг. 3 — временные эпюры, поясняющие работу устройства в рабочем режиме; на фиг. 4 — временные эпюры, поясняющие работу устройства в режиме просмотра. 45

Устройство для оценки напряженного состояния массива горных пород реализует способ, заключающийся в сравнительном анализе сигналов акустической эмиссии (АЭ) и электромагнит- 0 ной эмиссии (ЭИЭ).

Устройство для оценки напряженного состояния массива горньм пород содержит несколько каналов 1 измерения и блок 2 обработки, управления и регистрации, расположенный на диспетчерском пункте и соединенный шиной обмена данных с каждым из каналов 1.

Каждый канал 1 измерения включает в.личестве, равном числу отводов линии

11 задержки, схема 11 выбора максимума, управляемый таймер 15 и блок

16 сопряжения. Последний содержит

АЦП 17,. субблок 18 ввода-вывода, распределитель 19 и запоминающий блок

20. Сигналы АЭ и ЭМЭ после предварительной обработки на преобразователях 3 и 4, фильтрах 5 и 8, усилителях 7 и 9, видеодетекторах 8 и 10 обрабатываются на АЦП 17 и поступают поочередно на субблок 18 ввода-вывода"по синхроимпульсам, поступающим с таймера 15, а оттуда - в блок 2, . Здесь данные различных КИ 1 идентифи цируются по длительности, чистоте следования,по форме и по амплитуде с уче) том затухания сигнала. 1 з. п.,ф-лы. 4 ил.

/ себя преобразователь 3 сигнала АЭ в электрический и преобразователь 4 сигнапа ЭМЭ в электрический, последо.вательно соединенные с преобразователем АЭ 3 первый фильтр 5 с регули- . руемой полосой пропускания, первый усилитель 6 с регулируемым коэффициентом усиления, первый видеодетектор 7 с регулируемой постоянной времени и последовательно соединенные с приемником сигналов ЭМЭ второй фильтр 8 с регулируемой полосой нропускания, второй усилитель 9 с регулируемым коэффициентом усиления, второй видеодетектор 1 0 с регулируемой постоянной времени.

В каждый информационный канал 1 входит многоотводная линия 11 задержки с регулируемым интервалом задержки Ф, перемножители 12 и интеграторы 13 с регулируемой постоянной интегрирования в количестве, равном числу отводов линии 11 задержки, схема 14 выбора максимума, управляемьй таймер 15, блок 16 сопряжения, содержащий аналого-цифровой преобразователь 17, субблок 18 ввода-вывода, распределитель 19 и запоминающий блок 20.

При этом вход линии 11 задержки соединен с выходом второго видеодетектора 10, отводы линии 11 задержки соединены с первыми входами перемножителей 12, вторые входы перемножителей 12 соединены с выходом первого

Таймер 15 содержит (фиг. 2) опорный генератор 21, первый коммутатор

22, первый 23 и второй 24 делители частоты, схему И 25, третий 26 и четвертый 27 делители частоты и второй коммутатор 28. Выход опорного генератора 21 соединен с первым входом первого коммутатора 22 и с первым входом первого делителя 23 частоты. Выход первого делителя 23 частоты соецинен с вторым входом первого коммутатора 22 и с первым входом второго делителя 24 частоты. Выход второго делителя 24 частоты соединен с вторым входом второго делителя 24 частоты, с третьим входом первого коммутатора 22 и с первым входом cxenq И 25. Первый выход первого коммутатора 22 соединен с первым входом второго коммутатора 28, второй выход первого коммутатора 22 соединен с первым входом третьего делителя 26 частоты, выход третьего делителя 26 частоты соединен с синхровходом линии 11 задержки и с первым входом четвертого делителя 27 частоты, выход четвертого делителя 27 частоты

5 16 видеодетектора 7, выходы перемножителей 12 соединены с входами интеграторов 13, выходы интеграторов 13 соединены с входами схемы 14 выбора максимума, выходы первого 9 и второго 10 видеодетекторов и первый выход схемы 14 выбора максимума соединены с первым, вторым и третьим входами

АЦП 17, выход АЦП 17 соединен с первым входом субблока 18 ввода-вывода, второй вход субблока 18 ввода-вывода соединен шиной с вторым выходом схемы 14 выбора максимума, первый выход субблока 18 ввода-вывода соединен с первыми входами запоминающего субблока 20, второй выход субблока

18 ввода-вывода соединен с первым входом таймера 15 и четвертым входом

АЦП 17. Вторые входы запоминающего субблока 20 соединены с выходами. распределителя 19, выходы запоминающего субблока 20 соединены с управляющими входами первого 5 и второго

8 фильтров, первого 6 и второго 9 усилителей первого 7 и второго 10 видеодетекторов, а выходы таймера 15 соединены с синхровходами линии 11 задержки, .схемы 14 выбора максимума, распределителя 19, АЦП 17, субблока

18 ввода-вывода и интегратора 13.

29533 б соединен с синхровходом схемы 14 выбора максимума, с синхровходом интеграторов 13 и с вторым входом вто- рого коммутатора 28. Выход коммутатора 28 соединен с четвертым входом

АЦП 17 и синхровходом субблока 18 . ввода-вывода, Третий вход второго коммутатора 28 соединен с выходом схемы И 25, третий выход первого коммутатора 22 соединен с входом распределителя 19, выход субблока 18 ввода-вывода соединен с первым входом опорного генератора 21, с вторым входом первого делителя 23 частоты, с третьим входом второго делителя

24 частоты, с вторым входом схемы .И 25, с вторыми входами третьего 26 и четвертого 27 делителей частоты, 20 а третьи входы третьего 26 и четвертого 27 делителей частоты соединены с выходом запоминающего субблока 20. устройство для оценки напряженного состояния массива горных пород

25 может работать в двух режимах: просмотровом и рабочем.

Перед началом работы с блока обработки, управления и регистрации 2 через устройство 18 ввода-вывода на

30 первый вход таймера 15 поступает команда "Ввод данных" (фиг. Зз), в течение которой по шине обмена данники через устройство 18 ввода-вывода поочередно поступают на запоминающий субблок 20 исходные данные для управляющих входов (фиг. Ça-ж) . Очередность записи исходных данных в запоминающий субблок 20 определяется импульсами, поступающими с распредели40 теля 19 в соответствии с командами на его входе (фиг. Зм). .В рабочем режиме устройство работает следующим образом.

После окончания команды "Ввод

45 данных" на первом входе таймера 15 устанавливается уровень "Лог.0" (фиг. Зз), после чего устанавливается в исходное положение распределитель 19, на него не поступают синх-

Я) роимпульсы (фиг, Зм)q cHHxpoHMIt bcbl начинают поступать на синхровход линии задержки (фиг. Зи), интеграторов 13 (фиг. Зк), схемы 14 выбора максимума (фиг. Зд), АЦП 17 и субблока 18 ввода-вывода (фиг. Зн).

Одновременно на четвертый вход

АЦП 17 поступает уровень "Лог.О".с второго выхода устройства 18 вводавывода (фиг. Зэ). При этом АЦП 17

7 162953 отключается от выходов первого 7 и . второго 10 видеодетекторов и подключается к первому выходу схемы 14 выбо- ра максимума.

Сигналы, поступающие на преобра«. зователи 3 и 4, преобразуются в электрические: сигналы АЭ вЂ” на преобразователе 3, сигналы ЭИЭ вЂ” на преобразователе 4, затем они Фильтруются 10 в регулируемой полосе частот фильтра« ми 5 и 8, усиливаются на регулируемых усилителях 6 и 9, детектируются по низкочастотной составляющей на регулируемых видеодетекторах 7 и 10.

С выхода второго видеодетектора

10 сигналы ЭМЭ поступают на вход многоотводной линии 11 задержки, а с ее отводов — на первые входы перемножителей 12, на вторые входы . 20 .перемножителей 12 .поступают сигналы АЭ с выхода nepaoro видеодетектора 7, на перемножителях 12 сигналы перемножаются друг с другом, ре зультаты сравнения накапливаются .25 на интеграторах 13 в течение времени, определяемого синхроимпульсами с таймера 15 (фиг. Зи) .

Схема 14 выбора максимума определяет с учетом затухания интегра-. 30 тор, на котором сигнал превышает остальные. Значения этого сигнала передается на третий вход АЦП 17, откуда в цифровой форме — на первый вход субблока 18 ввода-вывода, а на второй вход субблока 18 ввода-выво-, да поступает в цифровой форме номер интегратора с максимальным сигналом.

Информация с первых двух входов субблока 18 ввода-вывода по анне обмена данными поступает на блок 2 обработки, управления и регистрации при поступлении синхроимпульсов с таймера 15. формирование синхроимпульсОВ про» 45 исходит следующим образом.

Передним Фронтом команды "Ввод данных" (фиг. Зз), поступающим с второго выхода устройства 18 вводавывода, устанавливается в исходное 50 положение опорный.генератор 21, первый 23, второй 24, третий 26 и четвертый 27 делители частоты. Первый коммутатор 22 нулевым уровнем на выходе второго делителя 24 частоты ус- танавливается в положение "Ввод данных", прн этом импульсы с выхода первого делителя 23 частоты поступают на вход распределителя 19 (фиг. Зм) через первый коммутатор

22, для остальных синхроимпульсов коммутаторы 22 и 28 закрыты.

На распределитель 19 проходит семь импульсов по количеству управляющих команд (а-ж), восьмым импульсом второй делитель 24 устанавли-, ется в положение "Лог.1", блокируя . при этом свой счетный вход и переключая второй коммутатор 22 в положение "Вывод данных" прекращается поступление импульсов на распределитель 19.

В рабочем режиме на первом входе таймера 15 устанавливается уровень

"Лог.0" sa счет команды с блока 2 обработки, управления и регистрации (фиг. Зз), входы схемы И. 25 находятся в различных состояниях, выход ее остается без изменения и второй коммутатор 28 остается в исходном положении.

При этом импульсы с опорного генератора 21 проходят на второй вход первого коммутатора 22, затем на первый вход третьего делителя:26 ча,стоты, а с него на синхровход линии

17 задержки (Фиг. Зи) и на первый вход четвертого делителя 27 частоты, оттуда на интеграторы 13, схемы 14 выбора максимума (Фиг. Зк и л) и через второй вход второго коммутатора

28 на синхровход АЦП 17 и блока 18 ввода-вывода (фиг. Зн).

В режиме просмотра после окончания ввода данных на втором выходе субблока 18 ввода-вывода сохраняется уровень "Лог.1", поступающий на четвертый вход АЦП 17 .(Фиг. 4з).

3а счет этого сигналы АЭ и ЭМЭ после предварительной обработки на о преобразователях 3 и 4, фильтрах 5 и 8, усилителях 7 и 9, видеодетекторах 8.и 10 обрабатываются на АЦП 17 и поступают поочередно на субблок

18 ввода-вывода по синхроимпульсам, поступающим с второго коммутатора 28 (фиг, 4н).

В режиме просмотра вначале коммутатор аналогично рабочему режиму формирует семь импульсов на распределитель 19 (Фиг. Зм) для ввода данных (фиг. 3а-ж), восьмым импульсом второй делитель 24 устанавливается в положение "Лог. 1"., переключая второй коммутатор 22 в положение "Вывод данных". Однако уровень на первом входе тайменье 15 остается "Лог.!", мой деятельностью исследования массива, а также временными параметрами сигнала.

Главная диагональ матрицы представляет собой автокорреляционную функцию каналов от 1 до И. Сравнение одновременных членов главной диагонали разных матриц может дать представление о периоде повторения и интенсивности импульсов каждого канала; сравнение периодов повторения может выявить каналы с возможно общим источником. Далее остальные одноименные члены разных матриц сравниваются друг с другом с учетом коэффициента эатухания, затем сравниваются временные параметры автокорреляционных функций и вэаимокорреляционных функций, что позволяет сделать выводы о наличии обших источников сигналов и по известным методикам определить необходимые данные о них.

Устройство позволяет составить математическую модель массива горных пород и заложить ее в память устройства для обработки, управления и регистрации.

Формула изобретения

1629533 1О за счет чего на выходе схемы И 25 изменяется уровень сигнала. Второй коммутатор 28 через первый коммутатор 22 подсоединяется к выходу первого делителя 23 частоты (фиг. 4н)..

Таким образом, информация о сигналах АЭ и ЭМЭ непрерывно поступает на блок 2 обработки, управления и регистрации (фиг. 4у), где производится идентификация сигналов, определение возможного источника горного удара, определение ударной опасности в массиве горных пород. Такой режим работы может быть. полезен для предварительных исследований и определения предпочтительных значений регулируемых параметров.

В рабочем режиме идентификация сигналов А3 и ЭМЭ производится непоВ средственно в каналах: в блоке 2 обработки, управления и регистрации данные различных каналов идентифицируются по длительности, по частоте следования, по форме, а также по ам- 25 плитуде с учетом затухания сигнала, т.е. времени задержки или номера интегратора, с которого поступают данные из канала.

Вначале определяют матрицу ВКФ выходных данных всех каналов:

Кн Ка К(м

Rz) Rzg ° ° ° Rg

Rhhq ) М2 ° o RhhM e

rpe Р." — ВКФ каналов i u j

Затем все выходные данные задерживаются на время, и повторяется определение матрицы ВКФ с задержкой

, каждого второго члена в подынтегральном выражении для ВКФ:

R лу(й,)

R g hh((, <) R A (ла,) R 41 (л,) аю ((:,) R12 (fi ) м (б,) мг(й,) ум (й,) Затем те же вычисления повторяются с задержкой cZ и так далее до сп . л и 1М(< и)

) ам(6л) R44(б ) R42(ALn) в("и). гав.) И1(б,) МИ()„) RMM(n) Время последней задержки Оп определяется мощностью, затуханием сигнала и чувствительностью приемных пунктов 3, а шаг задержки - требуеУстройство для оценки напряженного состояния массива горных пород, содержащее последовательно соединенные датчик электромагнитных сигналов, 35 первый усилитель с регулируемыми коэффициентами усиления и резонансной частотой, первый видеодетектор, блок временных задержек и последовательно

-соединенные приемник сейсмоакустических сигналов, второй усилитель, второй видеодетектор, образующие информационный канал, и блок обработки, управления и регистрации, о т л и ч а ю—

45 щ e e с я тем что с целью повыше ния достоверности принимаемой информации при одновременном повышении ее оперативности и детальности исследования горного массива, оно снабжено

5О многоотводной линией задержки, перемножителями и интеграторами в количествах, равных числу отводов линии задержки; схемой выбора максимума, управляемым таймером блоком сопряже55 ния в составе аналого-цифрового преобразователя, субблока ввода-вывода, распределителя, запоминающего субблока, причем вход линии задержки соединен с выходом первого видеодетектора, 11 162953 выходы линии задержки соединены с первыми входами перемножителей, вторые входы перемножителей соединены с выходом второго видеодетектора, выходы перемпожителей соединены с входа- 5 ми интеграторов, выходы интеграторов— с входами схемы выбора максимума, выходы первого и второго видеодетекторов и первый выход схемы выбора максимума соединены с первым, вторым и третьим входами аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом субблока вводавывода, второй вход субблока вводавывода соединен шиной с вторым выходом схемы выбора максимума, первый выход субблока ввода-вывода соединен с первым входом запоминающего субблока, второй выход субблока ввода-выво- 2О да соединен с первым входом таймера и четвертым входом аналого-цифрового

3 l2 преобразователя, вторые входы запоминающего субблока соединены с выходами распределителя, выходы запоминающего субблока — с управляющими входа ми первых и вторых фильтров, усилителей и видеодетекторов и управляющим входом таймера, а выходы таймера соединены с синхровходами линии задержки, схемы выбора максимума, распределителя, аналого-цифрового преобразователя и субблока ввода-вывода, причем субблок ввода-вывода соединен с блоком отработки управления и регистрации. !

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что оно состоит из нескольких информационных каналов, кажпый из которых через суб блок ввода-вывода подключен к блоку обработки управления и регистрации.

1629533

Составитель M.Êèòàéñêàÿ

Редактор И.Дербак Техред Л.Сердюкова Корректор И,Муска

Заказ 420 Тираж 295 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям-при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101