Способ контроля положения исполнительного органа горной машины относительно границы уголь-порода и устройство для его осуществления

 

Союз Советскик

Социеписткческми

Республик

Oll ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ttti977770 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 21.04.80 (21) 2914989/22-03 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 30.11.82. Бюллетень № 44

Дата опубликования описания 30.11.82 (5l }M. Кл.

Е 21 С 35/24

9кударотоеиый комитет СССР ао делам иэобретеиий н открытий (53} УДК 622.232..72 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. B. Ильюша и В. Б, Солнцев

Ордена Октябрьской Революции н ордена Трудового Красного

Знамени институт горного дела им. А.А. Скочинского (71) Заявитель (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПОЛОМЖНИЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА

ГОРНОЙ МАШИНЫ ОТНОСИТЕЛЬНО ГРАНИЦЫ УГОЛЬ-ПОРОДА

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к средствам и устройствам контроля и .дистанционного управления горными машинами, а более конкретно к способам .для контроля границы уголь-порода.

Известен способ контроля границы уголь-порода, основанный на преобразовании упругих волн, возникающих при взаимодействии исполнительного органа горной машины с разрушаемым материалом, 1О в электрический сигнал и последуюшим его сравнении с заданным значением для определения момента врезания исполни- . тельного органа во вмешаюшие породы (1I

Однако т и сйособ не обеспечивает 15 необходимых точности и надежности контроля в различных горногеологических и технических условиях.

Известен способ контроля границы уголь-порода, основанный на преобразова-уо нии упругих волн, возникаюших при взаимодействии исполнительного органа горной машины с разрушаемым материалом, в электрический сигнал и последуюшим

2 его сравнении с заданным значением для определения момента врезания исполни тельного органа в вмешаюшие породы, отличаюйийся от предыдущего тем, что контролируют соотношение амплитуд сигналов двух различных частот, отличаюшихся в 3-4 раза j2$, Однако способ недостаточно эффектывен, так как воспринимаются акустические сигнапы, распространяемые в атмосфере выработки, т.е. приемник непосредственно не связан ни с исполнительным органом, ни с разрабатываемым массивом, а сравнение производится по амплитуде сигналов, получаемых на разных частотах.

Бель изобретения - повышение точности контроля положения исполнительного органа относительно границы уголь-породае

Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля положения исполнительного органа горной машины относительно границы уголь-порода, основанном

3 9777 не измерении упругих волн, воэникаюших при работе, горной машины сейсмоакустическими датчиками, установленными в кровле (в деве) и в массиве угольного пласта дополнительно определяют вероят5 ность превышения сигналами, получаемыми при рабочей нагрузке горной машины с кровли (почвы) .и угольного массива одного и того же постоянного или изменяюшегося по заданному закону уровня, сравнивают эти вероятности и по сигналу рассогласования судят о местоположении исполнительного органа относительно границы уголь-порода, причем положительный знак сигнала рассогласования соот- >5 ветствует.положению исполнительного органа в породе, а отрицательный в массиве угольного пласта.

Известно устройство для контроля положения исполнительного органа горной машины относительно границы угольпорода, включаюшее сейсмоакустические датчики, усилители сигналов, пороговые блоки, генератор заполняюших импульсов, цифровые интеграторы, включаюшие логи- 5 ческие элементы И, НЕ, ПАМЯТЬ и реверсивные счетчики i3 3.

Однако устройству присуши те же недостатки, что и способу.

Поставленная цель достигается также тем, что устройство снабжено двумя дополнительными цифроввтми интеграторами, причем выходы цифровых интеграторов, соответствуюших сигналам, кровля(почва)-уголь, в противофазе подключены

35 ко входам дополнительных цифровых интеграторов, Цифровые интеграторы выполнены в виде схемы коммутации входов на элемен-! тах И, выходы которых подключены к входам реверсивного счетчика, а выходы последнего подключены к двум схемам совпадения, выходы которых соединены соответственно с входами элемента ПАМЯТЬ и через инверторы HE с вторыми входами элементов И схемы коммутации.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства, Способ контроля реализуется следуюшим образом, Пример 1. Пусть исполнительный орган горной машины движется вдоль границы уголь-порода кровли с оставлением пачки угля. Сейсмоакустические приемники 1 и 2, установленные в массиве угля и в породе впереди забоя, восприни- 45 мак т ьс1.1::бения, возбуждаемые исполнителен,в.: . рг: ом, и преобразуют их B электрические сигналы. При движении ис

70 4 полнительного органа в массиве угля колебания, распространяюшиеся в этом массиве, по амплитуде больше, или равны колебаниям в породе, так как колебания в угле распространяются непосредственно от испоЛнительного органа, е для распространения в породу проходят через границу уголь-порода, т.е. границу раздела двух сред с разными физическими свойствами (крепостью, упругостью, аниэотропностью) где происходит частичное отражение колебаний в массив и прочие явления, уменьшаюшие их амплитуду.

Таким образом, если задать какойлибо определенный уровень и сравнить превышение этого уровня сигнелами от сейсмоакустических приемников в угле и сейсмоакустических приемников в породе между собой, то при движении исполнительного органа в массиве угля превышение над заданным уровнем сигналом от сейсмоакустического приемника в массиве угля будет больше превышения над заданным уровнем сигналом от сейсмоакустического приемника в породе. Тек как получаемые от сейсмоакустических приемников сигналы носят случайный характер, то для оценки их превышения над заданным уровнем необходимо вычислить обшую длительность всех превышений нед заданным уровнем эа заданный промежуток времени, представляющую собой вероятность превышения сигналом нед заданным уровнем, тогда, согласно чертежу, для определения вероятности превышения сигналом над заданным уровнем

Я(1 xgj, где f о - заданный уровень; необходимо вычиспить сумму всех превышений Е«за промежуток времени Т .

Вычисляются отдельно вероятности превышения сигналом над заданным уровнем от сейсмоакустического приемника в угле P ЯИ) >Хо) го„ и вероятность превышения сигналом над заданным уровнем от сейсмоакустического приемника в породе

P f f (<) >Хо „ Затем эти вероятности сравнивают между собой, и в случае наличин зависимости Pg(t.) )Хо годь p ) y (<) >XojnOecea исполнительный орган движется по границе уголь-порода кровли. с оставлением пачки угля.

В устройстве для реализации предлагаемого способа воспринимаются сейсмоакустическими приемниками с усилителями 1 и 2 затем получс:нные сит неды

5 97777 сравниваются с заданным уровнем в.пороговых устройствах 4 и 5 . Вероятность превышения сигналом иэ породы кровпи над заданным уровнем вычисляется в цифровом интеграторе 8, а вероятность превышения сигналом из угольного массива нвд заданным уровнем вычиспяется в цифровом интеграторе 10. Далее обе полученные вероятности сравниваются в цифровом интеграторе 9с», на выходе которо- »0 го индикация укажет, что исполнительный орган горной машины находится в массиве угля, Пример 2. Пусть исполнительный орган горной машины производит при-» сечку породы кровли, например, около 2 см.

Сейсмоакустические приемники 1 и 2, установленные в массиве угля и в породе впереди забоя, воспринимают колебания, возбуждаемые исполнительным ор- 0 ганом, и преобразуют их в электрические сигналы. При присечке исполнительным органом породы кровли колебания, распространяюшиеся в породе, по амплитуде и частоте больше колебаний в массиве угля, так как воспринимаемые сейсмоакустическими приемниками колебания распространяются непосредственно в породе кровли и в массиве угля, т.е. не проходят через границу уголь-порода, в крепость породы выше чем, крепость угля. Таким образом, при движении испопнитепьного органа с присечкой породы превышение над заданным уровнем сигналом от сейсмо-, акустического приемника в породе кровли выше, чем превышение над заданным уров33 нем сигналом от сейсмоакустического приемника в массиве угля. Если вероятность превышения сигналом из массива угля над заданным уровнем и вероят«

40 ность превышения сигналом иэ породы кровли над заданным уровнем подчиняютсЯ зависимости P ((т.) )Xg пор(, » +

) Р(ф (1} )Хо утодь, исполнительный ор« ган производит присечку породы.

В устройстве дпя реализации предлагаемого способа колебания воспринимаются сейсмоакустическими приемниками с усилителями 1 и 2, затем полученные сиг50 нвлы сравниваются с заданным уровнем в пороговых устройствах 4 и 5, Вероятности превышения сигналом из породы кровли над заданным уровнем вычисляется в цифровом интеграторе 8, а вероят-. ность превышения сигналом иэ угольного массива над заданным уровнем вычисляется в цифровом интеграторе 10, Далее

0 6 обе полученные вероятности сравниваются в цифровом интеграторе 9а,нв выходе которого индикация укажет, что исполнительный орган горной машины производит присечку породы.

Устройство, реализуюшее способ, содержит сейсмоакустические датчики 1-3 с усилителями, пороговые устройства 4-6, генератор 7 заполняюших импульсов, автоматические цифровые интеграторы 811, включвюшие логические . элементы И

12-19, логические элементы HE 20-26, логические элементы ПАМЯТЬ 27 и 28 и реверсивные счетчики 29 и 30, Устройство работает следующим образом.

Сигналы с сейсмоакустических датчиков с усилителями 1-3 поступают на пороговые устройства 4-6. С выхода пороговых устройств сигналы поступают на логические элементы И 13, а с элементов HE сигналы поступают на логические элементы И 12, т.е, в логический элемент И 13 поступают сигналы, амплитуды которых превышают заданный уровень, сформированные пороговыми устройствами в виде прямоугольных импульсов, а в логический элемент И 12 эти же импульсы, но только инвертированные. В этих элементах производится эапопнение вышеуказанных импульсов импульсами высокой частоты с генератора 7 эвпол . няющих импульсов. Затем сформированные суммарные импульсы поступают в реверсивный счетчик 29, При этом„если сигнал с усилителя выше заданного порогового импульса, то. эаполняюшие сигналы с генератора заполняющих импульсов через элемент И 13 поступают на суммируюший вход реверсивного счетчика 29, в противном случае эти импульсы через элемент И 12 проходят на вычитаюший вход счетчика 29.

Таким образом, если сигнал, например, с кровли, превысит установленный уровень сигнала в течение заданного времени (или больше), то в реверсивном счетчике 29 накапливается соответствующее количество импульсов и на выходе элемента И 14 появится сигнал, ко торый устанавливает в единичное папожение элемент ПАМЯТЬ 27, в также через элемент НЕ 23 и элемент И 13 блокируют дальнейшее поступление импульсов на суммирующий вход реверсивного счетчика 29. Если же теперь сигнал с датчика в кровле станет ниже заданного уровня, то эаполняклцие импульсы с генератора 7 заполняюших импульлом с датчика в угопьном пласте над этим же уровнем, то на суммируюший вход реверсивного счетчика 30 начинают поступать импульсы с генератора 7 запопняюших импульсов. При достижении дпитепьности этого превышения заданного уровня в реверсивном счетчике," .3 накапливается определенное копичество импульсов и на выходе схемы элемента И

18 появпяется сигнал, устанавпиваюший выходной элемент ПАМЯТЬ 28 автоматического цифрового интегратора 9 в состояние "Порода, а также через элемент

HE 25 и эпемент И 16 блокируют дальнейшее поступление импульсов на суммируюший вход реверсивного счетчика 30.

В спучае, когда вероятность превышения сигналом с массива угольного пласта нвд заданным уровнем больше, чем соответствуюшвя вероятность сигнала, поступвюшего с датчика в кроите, то импульсы генератора 7 запопняюших импульсов через элемент И поступают на вычитаюший вход реверсивного счетчика 30. Как только эта разность достигнет заданной величины, то из реверсивного счетчика 30 автоматически вычтется заданное количество импупьсов и на выходе элемента

И 19 появится сигнал, который установит элемент ПАМЯТЬ 29 в состояние "Уголь .

Одновременно этот же сигнал через эпе» менты HE 26, И 17 эабпокирует дальнейшее поступление импульсов на вычитаюший вход реверсивного счетчика 30.

Аналогично работают автоматические цифровые интеграторы BK,IO, 11 при обработке сигналов, поступаюших с угопьного массива и почвы.

Основной положительной особенностью предпагаемого способа и устройства является высокая информативность процесса контроля, обеспечиваемая интегральной обработкой поступаюших сигналов, а также высокой точностью сравнения реэупьтатов вычислений, осуществляемых автоматически непосредственно s процессе поступления сигналов от сейсмоакустических датчиков, установленных в кровле, почве и угольном массиве. Реализация предлагаемого устройства нв современной микроэлектронной базе обеспечивает высокую надежность, приемлемые габариты и искробезопасность аппаратуры контроля.

7 9777 сов через элемент И 1 2 начнут поступать

На вычитаюший вход реверсивного счетчика 29. Когда промежуток времени, в течение которого сигнал с датчика кровли будет меньше заданного уровня, достигнет определенной величины, на выходе эпемента И 15 появится сигнал, который перебросит элемент ПАМЯТЬ 27 в исходное (нулевое) состояние. Следовательно, автоматический цифровой интегра-тр тор 8 осушествпяет непрерывное автоматическое слежение за длительностью превышения сигнала над заданным уровнем или длительностью, в течение которой сиГнал меньше заданного уровня, т.е. 15 автоматический цифровой интегратор 8 вычиспяет вероятность превышения сигнала, получаемого при рабочей нагрузке горной машины, с кровпи над заданным уровнем. Соответственно этому на выхо- щ де эпемента ПАМЯТЬ 27 попучают импульсы, длительность которых пропорционапьна длительности, в течение которой поступающий сигнал выше или ниже заданного уровня, Анапогичным образом ра-д5 ботают автоматические интеграторы 10 и 1 1, обрабатывая сигналы с датчиков в угольном массиве и почве.

Выходные сигналы автоматических цифровых интеграторов 8, 10 и 10, 11 подаются .на две допопнитепьных автоматических цифровых интегратора 9. В частности,.с единичного выхода элемента ПА

МЯТЬ 27 и с нулевого выхода элемента

ПАМЯТЬ автоматического цифрового ин35 теграторв 10, а также с нулевого выхода элемента ПАМЯТЬ 27 и единичного выхода элемента ПАМЯТЬ автоматического цифрового интегратора 10 сигналы подаются соответственно на элементы И

16 и 17, на которые поступают также импульсы генератора эапопняюших импульсов. Выходные сигналы эпементов И 16, и 17 подаются соответственно на суммируюший и вычитаюший входы реверсивно45 го счетчика 30 автоматического цифрового интегратора 9. Последний, аналогично описанному выше, осуществляет сравнение вероятностей противоположного события дпя сигналов, поступающих с датчиков в

SO кровле и в угопьном пласте, в частности, при равенстве указанных вероятностей на выходе элементов И 16 и 17 будут нулевые сигналы в реверсивный счетчик

30 с генератора 7 эапопняюших импупь55 сов последние не поступают. Если же дпитепьность превышения сигналом с датчика в кровпе нвд заданным уровнем больше, чем дпитепьностт. превъптй ния с«.гна70 8

Фарглупа изобретения

1. Способ контроля почожения исполнитепьного органа горной .1аш .ны относи-9 977770 10 тельно границы уголь-порода, основан- что, с целью повышения точности контроный на измерении упругих волн, возника- ля, оно снабжено двумя дополнительными ющих при рабоуе горной машины, сейсмо- цифровыми интеграторами, причем, выхоакустическими датчиками, установленны- ды цифровых интеграторов, соответствуюми в кровле (в почве) и в массиве уголь-> щих сигналам кровпя-(почва)-уголь, в ного пласта, о т л и ч а ю ш и и с я противофазе подключены к входам дополтем, что, с целью повышения точности нительных цифровых интеграторов. контроля границы уголь-порода, определя- 3. Устройство по и. 2, о т л и ч ают вероятность превышения сигналами, ю щ е е с я тем, что цифровые инте получаемыми при рабочей нагрузке гоР- 1й граторы выполнены в виде схемы коммуной машины с кровли (почвы) и угольно- тации на элементах И,входы которых го массива. одного и того же постоянно- подключены к входам реверсивного счвтго или изменяющегося по заданному за- чика, а выходы последнего подключены кону уровня, сравнивают эти вероятности к двум схемам совпадения, выходы котои по сигналу рассогласования судят о 15 рых соединены соответственно с входами местоположении исполнительного органа элемента ПАМЯТЬ и через инверторы относительно границы уголь-порода при» НЕ - с вторыми входами элементов И чем положительный знак сигнала рассог- схемы коммутации. ласования соответствует, поцржению ис- Источники информации, полнительного органа s породе, а отри» ® принятые во внимание при экспертизе цательный - в массиве угольного пласта., 1. Авторское свидетельство СССР

2, Устройство для контроля положения ¹ 149895, кл, 5 01Ч 1/08, 1961. исполнительного органа горной машины 2. Авторское свидетельство СССР относительно границы уголь-порода,вклю- № 585287, кл. Е 21 С 35/24, 1977. чающее сейсмоакустические датчики, уси- 3. Создание опытного образца аппалители сигналов, пороговые блоки, re- ратуры автоматического управления ком нератор заполняющих импульсов, цифровые байнами по границе уголь-порода с сейс; интеграторы, включающие логические эле- моакустическими и радиоволновыми датчи менты И, НЕ, ПАМЯТЬ и реверсивные ками. Отчет Ж Б245386. Автоматгорсчетчики, о т л и ч а ю щ е е с я тем, Зй мащ. Донецк, 1973.

977770

flepodcr Уга

Яровою Iud/О

ВНИИПИ Заказ Bl.59l46 Тираж 623 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, уп. Проектная, 4