Способ контроля нарушенности горного массива и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для неразрушающего контроля структуры горного массива. Цель повышение точности и эффективности контроля нарушенное™. Импульсным источником возбуждают упругие колебания определенной длительности. Возбуждение упругих колебаний производят однократно. Колебания регистрируют и запоминают. Затем определяют время спада амплитуды от максимального значения на момент возбуждения до выбранного уровня. По значениям уровня оценивают степень нарушенное™ горного массива. Устр-во для реализации данного способа содержит блок памяти, включающий последовательно соединенные первый аналого-цифровой преобразователь, широкополосной усилитель , запоминающий блок и цифроаналоговый преобразователь. Устр-во имеет датчик момента возбуждения, измеритель затухания , делитель напряжения, первый и второй компараторы, триггер, генератор опорной частоты, счетчик импульсов и индикатор затухания . 2 с.п. ф-лы, 1 ил. Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 С 39/00, G 01 V 1/00

ГОСУДАРСТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ii

al, °

I 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ л

Ф» О

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4646492/03 (22) 06.02.89 (46) 30.11.91. Бюл. М 44 (71) Украинский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института горной геомеханики и маркшейдерского дела (72) А.И.Комаров и А.В.Цвиркун е (53) 622.23.05 (088 8) .. (56) Патент Франции N 2133283, кл. 6 01 V 3/00, 1972.

Авторское свидетельство СССР

М 732135, кл. Е 21 С 39/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР

N 879530, кл. G 01 Ч 1/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР

: hh 1105838, кл. G 01 Ч 1/00, 1984. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ НАРУШЕННОСТИ

ГОРНОГО МАССИВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к горному делу и предназначено для неразрушающего контроля структуры горного массива. Цель—

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для неразрушающего контроля структуры горного массива, из горных выработок в частности для контроля нарушенности и расслоения пород кровли, а также неоднородности строения кровли горных выработок.

Целью изобретения является повышение точности и эффективности контроля нарушенности горного массива.

На чертеже представлена структурная схема устройства контроля нарушенности горного массива.

При воздействии источника упругих колебаний на массив в нем возбуждаются за„„ 4 „„1694892 А1 повышение точности и эффективности контроля нарушенности. Импульсным источником возбуждают упругие колебания определенной длительности. Возбуждение упругих колебаний производят однократно.

Колебания регистрируют и запоминают. Затем определяют время спада амплитуды от максимального значения на момент возбуждения до выбранного уровня. По значениям уровня оценивают степень нарушенности горного массива. Устр-во для реализации данного способа содержит блок памяти, включающий последовательно соединенные первый аналого-цифровой преобразователь, широкополосной усили. тель, запоминающий блок и цифроаналоговый преобразователь. Устр-во имеет датчик момента возбуждения, измеритель затухания, делитель напряжения, первый и второй компараторы, триггер, генератор опорной частоты, счетчик импульсов и индикатор затухания. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

0 тухающие периодические колебания, которые, как известно, определяются выражением

Х = Ае + . sin (в t + p),, О где P — коэффициент затухания. зависящий К) от коэффициента сопротивления, которое характеризует сцепление между слоями пород и отдельными элементами кровли при нарушенности монолитности массива, в обг щем случае р = —, где m — масса резониру-

m ющего элемента.

Огибающая пачки колебвнйй описывается выражением на интервале длительности сигнала Т, Если выбрать два

1694892

40 сейсмоприемник 2, широкополосный усили- 45 тель 3, блок памяти 4, полосовой фильтр 5, 50

55 фиксированные значения (уровни) огибающей, отличающиеся между собой в е (2.7) раз, например, 01 = 09 Ао, U2 = 0,17 Ар, где

Ао — максимальное значение огибающей, и измерять время, в течение которого огибающая проходит через зти значения (U> и Uz), получим временной параметр r, обратно пропорциональный затуханию Р. Изменение затухания P во всем частотном диапазоне совместно с амплитудным спектром колебаний позволяет оценивать размеры и массу колеблющихся элементов исследуе, мой среды и степень связанности, сцепления, демпфирования этих элементов средой. Информация о наличии таких объектов, об их размере, массе, степени сцепления со средой повышает точность и эффективность выделения эон нарушенности кровли, определения их размеров и сте. пени опасности.

Сущность способа заключается в следующем, На исСледуемом участке горного массива производится однократное возбуждение упругих колебаний, приема этих колебаний, усиление, запоминание с последующей многократной регенерацией акустического импульса, измерение амплитудного спектра и одновременно с ним декремента временного затухания, характеризующего затухание колебания во времени, определяемо -о времейем спада (уменьшения) амплитуды эарегистрирован«ого сигнала от максимального значения на момент возбуждения до выбранного уровня, например, уменьшением амплитуды в

"е" раз. В результате этих измерений получают зависимости амплитуды затухания сигнала от частоты, что дает более полную информацию о структуре нарушенности и степени опасности исследуемого участка горного массива.

Устройство содержит последовательно соединенные источнйк упругих колебаний с датчиком отметки момента возбу>кдения 1, измеритель амплитуды 6 и измеритель затухания 7.

Измеритель амплитуды 6 ",.îäåðæèò последовательно соединенные пиковый детектор 8, второй аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9 и индикатор амплитуды 10.

Блок памяти 4 состоит из последовательно соединенных первого АЦП 11, запоминающего блока 12, цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 13 и блока управления 14, L)xo oë подключенного K датчику момента возбуждения источника упругих

30 колебаний 1, а выходами к управляющим входам первого АЦП 11, запоминающего блока 12 и ЦАП 13.

Измеритель затухания 7 содержит узел выделения огибающей 15, делитель напряжения 16, два компэратора 17 и 18, триггер 19, генератор опорной частоты 20, счетчик импульсов 21 и индикатор затухания 22, Узел выделения огибающей 15 входом соединен с выходом полосового фильтра 9, а выходом — с первыми входами компараторов 17 и 18, вторые входы которых соединены с выходом делителя напряжения 16, входом соединенного с выходом пикового детектора 11. Выходы компэраторов 17 и 18 соединены со входами установки триггера 19, который последовательно соединен с генератором опорной частоты 20, счетчиком импульсов 21 и индикатором затухания 22, Широкополосный усилитель 3 совместно с полосовым фильтром 5 и измерителем амплитуды 6 является анализатором амплитудного спектра, а широкополосный усилитель 3, полосовой фильтр 5 и измеритель затухания 7 является анализатором спектра затухания упругих колебаний, Устройство работает следующим образом, После установки сейсмоприемника и включения аппаратуры производится возбуждение упругих колебаний в исследуемой зоне с помощью источника упругих колебаний 1. Упругая волна преобразуется с помощью сейсмоприемника 2 в электрический сигнал, который усиливается широкополосным усилителем 3 и по управляющему сигналу„формируемому в блоке управления 14 из синхроимпульса, поступающего отдатчика момента возбуждения, установленного на источнике упругих колебаний 1, в аналогоцифровом преобразователе 11 производится его преобразование в цифровой код. В запоминающем блоке 12 производится последовательное запоминание кодов, а по- сле окончания цикла записи по сигналу от блока управления .14 производится считывание записи с одновременным преобразованием кодов в цифроаналоговом преобразователе 13 в аналоговый сигнал с выводом на полосовой фильтр 5 и последующем обработкой. Восстановление (регене-. рация) сигнала из памяти запоминающего блока 12 производится непрерывно и многократно без потери исходной информации на вход полосового фильтра 5 вместо одного сигнала поступает, последовательность импульсов в течение времени, необходимого для полного анализа, Перестраивая полосовой фильтр 5 в пределах частотного

1694892 диапазона, производится измерение амплитуды и декремента затухания на каждой гармонике спектра. Для этого после фильтрации производится аналоговое запоминание амплитуды гармоники, преобразование ее в цифровой вид в аналого-цифровом преобразователе 9 и отображение на цифровом индикаторе 10.

Одновременно с этим производится измерение декремента затухания сигнала нэ установленной частоте настройки, Для этого узел выделения огибающей 15 из поступающего от полосового фильтра 5 затухающего импульса выделяет огибающую и подает ее на первые входы компараторов 17 и 18, На вторых входах компараторов устанавливаются заданные уровни напряжения (например 0,9 и 0,17 от максимальной амплитуды импульса), которые формируются делителем напряжения 16, иэ напряжения вырабатываемого пиковым детектором 8.

При изменении огибающей от максимального до нулевого значения компараторы 17 и 18 поочередно срабатывают при равенстве Оогиб. = Одел (0,9) и Оогиб. = Одел (0,17), в момент срабатывания компаратора 17 возбуждается триггер 19, а при срабатывании компаратора 18 триггер 19 восстанавливается в исходное состояние. Выработанный триггером 19 временной интервал соответствует времени т затухания сигнала, например в е, т. е. 2,7 рээ. Разрешение, выдаваемое триггером 19 на заполнение счетчика 21 в течение времени т от генератора частоты 20 позволяет преобразовать временной интервал в цифровой код счетчика с последующей цифровой индикацией соответствующего значения декремента затухания на индикаторе затухания 22.

Устройство, реализующее способ может быть выполнено, например, следующим образом.

В качестве сейсмоприемника может быть использован серийно выпускаемый сейсмоприемник, например С — 10 или С — 20.

Широкополосный усилитель можно выполнить на операционном усилителе, например К140 УД 14, включенном на схеме масштабного усилителя с коэффициентом усиления К е 100.

Аналого-цифровой преобразователь

АЦП может быть серийным, например

К1113ПВ1, по известной схеме включения.

Запоминающее устройство предпочтительнее выполнять на микросхеме К537РУ10 ввиду достаточно большого объема памяти и удобства ее организации.

В качестве цифроаналогового преобразователя ЦАП может быть использована серийная микросхема К572ПВ1, включенная по типовой схеме.

Устройство управления выполняет функцию синхронизации от устройства возбуж5 дения, управление записью, управление считыванием записи (регенерацией) с сохранением записи, стиранием записанной информации. Устройство управления содержит тактовый генератор, выполненный на

10 микросхеме К561ЛА7, адресный регистр на

К561ИР6, триггер запуска и триггер режима (запись-считывание) на микросхеме

К561ТМ2, Полосовой фильтр может быть выпол15 нен по схеме активного фильтра и содержит последовательно включенные каскады фильтра высоких и фильтра низких частот третьего порядка с Чебышевским приближением. с крутизной характеристики при20 мерно 20-22 дБ на октаву. Выполнены фильтры HB операционных усилителях

К140УД6, перестройка фильтров по частоте производится дискретно переключением времязадающих RC-цепей, 25 Пиковый детектор может быть выполнен в виде последовательно соединенных повторителя напряжения на операционном усилителе К140УД6 зарядного диода и запоминающего конденсатора, при этом конден30 сагор соединен отрицательной обратной связью с инвертирующим входом операционного усилителя, Постоянная времени каскада должна быть достаточно большой, например значительно больше периода по35 вторения импульсов сигнала.

Аналого-цифровой преобразователь, входящий в состав измерителя амплитуды. может быть выполнен на серийной микросхеме К572ПВ2, включенной по типовой

40 схеме. Индикатором амплитуды может быть устройство, выполненное на матрицах

АЛ С324.

Узел выделения огибающей, входящий

45 в состав измерителя затухания, может быть выполнен аналогично пиковому детектору, причем постоянная времени каскада выбирается оптимальной.

Делитель напряжения может быть вы50 полнен в виде последовательно соединенныхтрех резисторов R<, Rz, Кз с соотношением г. — 0,9, R1 R t + R2 2 + 3 3

=0,17, удовлетворяющих равенству Р1+ Rz+

+ Вз м5 кОм.

Компараторы напряжения 17 и 18 могут. быть выполнены на серийных микросхемах, например К557САЗ, включенных по типовой схеме.

1694892

В качестве триггера 19 может быть реализована серийная микросхема, например

К561ТМ2, включенная по типовой схеме триггера.

Генератор опорной частоты 20 может быть выполнен как кварцевый генератор, составленный по известной схеме с использованием трех, последовательно включенных вентилей серийной микросхемы

К561 ЛА7 с обратной связью в виде кварцевого резонатора, включенного между выходом второго вентиля и входом первого, Выходной сигнал генератора снимается с выхода третьего вентиля, Счетчик импульсов 21 может быть выполнен на нескольких микросхемах

К176ИЕ4, соединенных последовательно, при этом все выходы счетчика снабжены усилителями тока на транзисторах, например, КТ315А с целью повышения их нагрузочной способности. Индикатор затухания

22 выполнен,," например, на нескольких цифровых индикаторах типа АЛС324Б, Формула изобретения

1. Способ контроля нарушенности гор ного массива, при котором импульсным ис точником возбуждают упругие колебания определенной длительности, регистрируют упругие колебания в течение времени взаимодействия между источником и горным массивом на поверхности массйва с последующим спектральным анализом зарегистрированных колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и эффективности контроля нарушенности, возбуждение упругих колебаний производят однократно, зарегистрированные колебания запоминают, а затем определяют время спада (уменьшения) амплитуды от максимального значения на момент возбуждения до выбранного уровня, по значениям которых оценивают степень нарушенности горного массива.

20 ,25

2, Устройство для контроля нарушенности горного массива, содержащее источник упругих колебаний с датчиком момента возбуждения, сейсмоприемник и спектроанали:затор, содержащий последовательно соединенные широкополосный усилитель, полосовой фильтр и измеритель амплитуды, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и эффективности контроля нарушенности, оно содержит блок памяти, включающий последовательно соединенные первый аналого-цифровой преобразователь, одним входом соединенный с выходом широкополосного усилителя, запоминающий блок и цифроаналоговый преобразователь, а также блок управления, выходы которого соединены с входами управления первого аналого-цифрового преобразователя, запоминающего блока и цифроаналогового преобразователя, а вход — с датчиком момента возбуждения; измеритель затухания, состоящий из узла выделения огибающей, делителя напряжения, первого и второго компараторов, триггера, генератора опорной частоты, счетчика импульсов и индикатора затухания, причем вход узла выделения огибающей измерителя затухания соединен с выходом полосового фильтра, выход соединен с первыми входами компараторов выход одного из которых соединен с одним из входов триггера, последовательно соединенного со счетчиком импульсов и индикатором декремента затухания, вход делителя напряжения измерителя затухания соединен с выходом измерителя амплитуды, содержащего последовательно соединенные, пиковый детектор, второй аналого-цифровой преобразователь и индикатор амплитуды, а

d выходы соединены соответственно с входами первого и второго компараторов, причем выход второго компаратора соединен с вторым входом триггера.

1694892

Составитель М. Китайская

Техред М,Моргентал Корректор М. Кучерявая

Редактор Н, Горват

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

Заказ 4142 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5