Пристрій для оцінки напруженного стану масива гірничих пород

Изобретение относится к горному делу и м . б . использовано для прогноза удароопасности и выбросоопасности массива горных пород. Цель - увеличение оперативности определения местоположения зоны с поттетюн концентрацией напряжения о гносиіельно контура выработки и упрощение этого процесса, Устр-во содержит приемник сейемоакустическнх сигналов, с о е д и ненный с усилителем.Последний соединен с первин anплигудным дискриминатором, связанным с элементом ИЛИ. Устр-во имеет приемник электромаг 2 ннтных сигналов, соединенный с в т о рым амплитудным дпскртшна гор ом, с в я занным с таймером. Устр-во также имеет первый и второй элементы И, перестранваемие по частоте генератор импульсов, адресный н многоканальный счетчики-, переключатель вибора к о л ва интервалов, D-триггер, элемент •задержки, блок индикации и шипу "Пуск со сбросом". Лчя заданной легальности и глубшш оценки гьрного массива определяют по фор?*у те кол-во интервалов. Округленную до целого числа в е личину устанлвлішаізг на переключателе кол-ва ннтерпалов. Затем определяют вреіія распросгранения сейсмоакус•гического сигнала с конца зоны оценки до пункта приема. В последующем определяют максимально допустимую частоту следования сейсмоакустнческих и электромагнитных сигналов. Сейсмоакустическно и электромагнитные сигнали, возникшие в зоне оценки при росте микро- и макротрещин в регистрируются соответственно геофоном и широкополосной пепенгацпопиой антенной. Преобразованные в напряжении :сигналы усиливаются соотоетствуздццвш усилителями* На выходных пинах, поступающих в блок индикации, будет информация о номере ячейки -запоминающего устр-ва и ее содержимом. 8 ил. Изобретенне относится к горному делу, предназначено для контроля на'пряжешюго состояния массива горных пород вокруг выработки и могсет быть использовано для прогноза удароопасностн и выбросоопасносгл массива горных пород. Целью изобретения является увеличение оперативности определения rtec і 1645512. тополояешія зони с потешенной концентрацией напряжении относительно контура выработки и упрощение этого процесса. На Лиг. 1 приведена структурная схема устройства оценки напряженного состояния массива горних пород; на фиг. 2 - 6 - возможные структурные схемы: многоканального счетчика 9 блока управления многоканальным счетчиком, таймера, первого и второго бор- 1 мирователей сигнала; на фиг. 7,8 временная диаграмма работы устройства и внепняя диаграіаіа, поясняющая работу многоканального счетчика и его блока управления. Устройство оценки напряженного с о стояния массива горных пород состоит из приемника 1 сєйсмоакусгических сигналов,усилителя 2, лервого амплитудного дискриминатора 3 с первым з а датчпком 4 уровня дискриминации, первого (Ьормировагеля 5 сигнала, широкополосного приемника 6 электромагнитного излучения, состоящего из широкополосной пеленглцнониой антенны 7 и широкополосного усилителя 8, второго амплитудного днекртшна гора 9 с вторым эадатчиком 10 уровня дискриминации, второго йормирователя 11 сигнала, D-трнггер.э 12, первого э л е мента И 13, второго элемента И 14, перестраиваемого по частоте генератора 15 импульсов, таммера 16, адресного счетчика 17, многоканального счетчика 13, переключателі 19 выбора количества интервалов, элемента ИЛИ 20, элемента 21 задержки и блока 22 индикации. Многоканальный счетчик 18 (фиг.2і состоит из зз.поминающего устройства 23, счетчика 24 с предварительной установкой информации и блока 25 управления, который в свою очередь с о с тоит (фиг. 3) из первого генератора 26, первого инвертора 27, первого D-трнггера 28, первых адресных ключей 29, третьего элемента И 30, третьего формирователя 3 1 , четвертого элемента И 32, внутреннего адресного с ч е т чика 33, первого мультиплексора 34, счетчика-распределителя 35 импульс о в , второго элемента ИЛИ 36, вторых адресных КЛПЧРЙ 37, второго мультиплексора 38, третьего муль гиплексора 39, четвертого формирователя 40, пятого Лормирователя 4 2 . Таймер 16 (фиг, 4) состоит из второго генератора 43, стабиличарованного кварцем, шестого элемента И 44, второго счетчика 45 и второго RS-• триггера 46. Первый формирователь 5 сигнала (фиг. 5) состоит из первого одновибратора 47 и второго инвертора 48. Второй формирователь 1I сигнала (фиг, 6) состоит из второго 49 и третьего 50 одновибраторов, третьего 51 и четвертого 52 инверторов и второй линии 53 задержки. На фиг» 7 приведена временная 15 диаграмма работы устройства оценки напряженного состояния массива горных пород. Устройство имеет два режима работы - "Накопление" и "Индикация" 20 поннтервального распределения количества пар электромагнитных и сейсмоакустических сигналов, В режиме "Накопление" устройство 25 работает следующим образом. С блока 22 индикации в многоканальный счетчик 18 подают сигнал (сЬнг. 7а), готорый переводит его в резким "Накопление". После этого ка30 ким-либо известным способом определяют скорость распространения сейсмоакустического сигнала. Задают требуемую детальность и глубину оценки горного массива, после чего рассчитывают для заданной детальности оценки и скорости распространения сейсмоакустического сигнала период, а затем и частоту тактовых импульсов для перестраиваемого по частоте генератора 15 по формулам 4U Д Т = ді/v и f = 1/ДТ, где &Т - период следования тактовых импульсов; _ Д.1 - детальность оценки горного массива; v - скорость распространения сейсмоакустического сигнапа в горном массиве; f - частота следования тактовых импульсов, и устанавливают на нем эту частоту (фиг. 76). Для заданных детальности и глубину оценки горного массива' определяют количество интервалов по формуле п = 1/Д1, 1645512 • где п - количество интервалов; выхода первого 3 и второго 9 ампли1 - глубина оценки горного тудных дискриминаторов не превышала массива j , максимально допустимую частоту F устанавливают округленную до целого (частотомеры на структурной схеме числа величину на переключателе 19 фиг. 1 условно не показаны). выбора количества интервалов. ОпПо сигналу "Пуск со сбросом" ределяют время распространения сейс(фиг. 7в) таймер 16, адресный счетчик моакустического сигнала с конца зо17 и многоканальный счетчик 18 у с т а ны оценки до пункта приема, а понавливаются в нулевое состояние, а 10 том и максимально допустимую частоту по заднену фронту этого же сигнала следования сейсмоакустических и злек таймер переходит в рен^им счета и на тромагнитных сигналов по формулам: его выходе устанавливается сигнал л о г . " Г " (фиг. 7 г ) , который поступа1/v и F - 1/Т, 15 ет на один из входов первого элемента И 13, \ где Т - время распространения с е й Устройство готового к определению смоакустического сигнала с для каждой прошедшей дискриминацию конца зоны оценки; лары сигналов номаря интервала 9 в F - максимально допустимая час20 котором возникло излучение, и к тота следования сейсмоакусподсчету пар а каждом интервале за тнческих и электромагнитных время, определенное таймером 16О сигналов„ Если теперь электромагнитный сигНа штативе на расстоянии поряднал (фиго 7д) проходит амплитудную ка 1 м от поверхности забоя горной дискриминацию па втором амплитудном выработки устанавливают широкоподискриминаторе 9 (©иг. 7 е ) , то он лосную пеленг^ционную антенну 7 и поступает на второй формирователь 11, широкополосный усилитель 8 для регде из последовательности импульсов гистрации электромагнитных сигналов, формируется по чепвому выколу один а на поверхности забоя жестко закрепинформационный иьтульс (.Фиг. 7ж), ляют геофон 1 с предварительным усиа по второму - гцц\люштульс ( ф и г . 7 э ) , лителем 2, причем пространствёнтяе Передний фронт информационного имоси диаграмм направленности широкопульса соответствуем первому перепаполосной пелекгационной антенны 7 ду с пог, " 1 " в л о г . "О" на выходе н геофона 1 совмещают и фиксируют второго амплитудного дискриминатора в нужном направлении. 9 в возникшей последовательносіи Сейсмоакустнческие и электромагимпульсов. нитные сигналы, возникающие в зоне Синхроимпульс короче информационоценки при росте микро- и макрогреного к сдвинут относительно переднеаин, регистрируются соответственно го фронта информационного импульса геофоном 1 и широкополосной пелекгана £ 5 . Информационные импульсы п ционной антенной 7. Преобразованные синхроимпульс поступают с о о т з е т г г з напряжение сигналы усиливаются с о венно па информационный и синхроответствующими усилителями: сейсмонизирующий входы Э-триггера 12. По аісус тичес КІШ сигнал - предварительпереднему фронту синхроимпульса на ным усилителем 2, а электромагнитнеинве^тирующем выходе D-триггйра 12 l s ный - широкополосным усилителем 8, появляется л о г . " 1 (фиг. 7и) 9 котоУсиленные сигналы поступают на перрая разрешает прохождение импульсов вые входы амплитудных дискриминатонаперед заданной частоты (фиг. 7о) с ров 3 и 9, где они дискриминируютперестраиваемого по частоте генерато50 ся по амплитуде относительно сигнара 15 импульсов через первыГ» элемент лов первого и второго задатчиков 4 и И 13 (фиг.7к) на счетный вход адрес10 дискриминации» которые поступают ного счетчика 17 и сигналов с элена вторые входы амплитудных дискримента И И через второй элемент И 14. Л минаторов 3 и9, После этого задают Через некоторое время, соответст55 минимально возможные пороговые уров-вующее зременч запаздывания сеисмонн дискриминации так, чтобы частота акусг&гчест'.ого сигнала относительно следования как сейсмоакустическнх^ злекгромігїштногоj, с данного интертак и 'ілектромагнитнь'х сигнагсов с вала, ном?р которого указывает ад 7 16455 ресньій счетчик 17, геофон регистрирует сейсмоакустический сигнал (фиг. 7 л ) . Усиленный усилителем 2 сейсмоакустический сигнал поступает wa первый амплитудный дискриминатор 3 , с выхода которого сигнал (фиг,7м) поступает на формирователь 5. Первый формирователь 5 с последовательности импульсов формирует один импульс 10 (фиг. 7 н ) . Причем передний фронт э т о го импульса соответствует первому перепаду с л о г . " Г ' в л о г . " 0 " на выходе первого амплитудного дискриминатора 3 в возникшей последовательности импульсов. Этот импульс поступает на первый вход элемента ИЛИ 20 и далее на сбросовый вход D-триггера 12, через второй элемент И 14 - на информационный вход многоканального 20 счетчика 18, а также через элемент 21 задержки на счетный вход адресного счетчика 17. По переднему фронту этого импульса 5 во-первых, на неинвертирующем выходе ^-триггера 12 у с - 25 танавливается л о г . " 0 й (фиг. 7и) , который запрещает прохождение импульсов с перестраиваемого по частоте г е нератора 15 импульсов на счетный вход адресного счетчика 17 через пер- ^0 вый логический элемент И 13 .(фиг. 7к) На выходных шинах адресного счетчика 17 устанавливается код, соответствующий номеру интервала зоны оценки, откуда пришли электромагнитный и с е й 35 смоакустический сигналы. Во-вторых, на выходе второго элемента И (фиг.7с) возникает импульс, который поступает на информационный вход многоканального счетчика 18, где он суммирует40 ся с предыдущей информацией по а д р е с у , установившемуся на данный момент на выходных шинах адресного счетчика 17. В-третьих, осуществляется сброс в нулевое состояние адрес- «г ного счетчика 17 с задержкой, определяемой элементом 21 задержки. Устройство готово к новому циклу регистрации электромагнитного и сейсмоакусгнческого сигналов 12 8 " 1 " , который поступает на третий вход логического элемента И И 20 * выЛ > полняет ту же функцию, что" к сейсмоакустнческий сигнал. По истечении времени оценки напряженного состояния горного массива на выходе таймера появляется сигнал, соответствующий л о г . " 0 " (фиг. 7 г ) , который janpeiuaeT прохождение импульсов при наличии электромагнитного сигнала с перестраиваемого по частоте генератора 15 импульсов через первый логический элемент И 13, тем самым запрещая дальнейшее накопление информации в многоканальном счетчике 18. В р.слиме индикации поннтервального распределения количества пар электромагнитных и сейсмоакустических сигналов, пришедших от одних источников, устройство работает следующим образом. С блока 12 индикации в многоканальный счетчик 18 поступает сигнал, соотвегствугоций л о г . " 0 м , который разрешает индикацию накопленной информации г многоканальном счетчике 18 о распределении интенсивности пар электромагнитных и сейсмоакустических сигналов в зоне оценки горного массива. На фиг. 8 приведена временная ди~* аграмма, поясняющая работу многоканального счетчика 18 и его блока 25 управления. Многоканальный счетчик 18 имеет три режима работы - обнуление, накопление и индикацию накопленной информации. В режиме "Обнуление информации" многоканальный счетчик работает следующим образом. Из блока 22 индикации поступает сигнал в блок 25 управления многоканальным счетчиком 18 (фиг. 7а, 8а) на разрешение режима "Накопление". По этому сигналу блок 25 управления разрешает прохождение информации с адресного счетчика 17 на адресные 50 входы запоминающего устройства 23. В случае, если сейсмоакустический При поступлении сигнала "Пуск со сигнал не пришел, то адресный счетчик сбросом" (фиг. 86) в блок* 25 управ17 продолжает последовательный перелення многоканальным счетчиком 18 бор адресов до адреса, который задапоследний вырабатывает последовательется переключателем 19 выбора количества интервалов По достижении э т о - 55 ность импульсов на управление запоминающим устройством 23 и счетчиком го адреса на выходе переключагегтя і 9 24 с параллельной предустановкой инвыбора количества интервалов появ(Ьормации. Последовательность импульляется сигнал, соответствующий лог 1645512 'О формируемый четвертым формироватесов включает в себя: во-первых, сбролем 4 0 , по переднему фронту которого совый импульс (фиг. 8в) , который посна выходных шинах запоминающего усттупает на сбросовый вход счетчика 24 с параллельной предустановкой инфорройства, а следовательно, и на вхомации, в результате чего на весь педах параллельной записи счетчика 24 риод действия сигнала "Пуск со сброустанавливается информация, содерсом" на выходных шинах, а следоважащаяся в запоминающем устройстве по тельно, и на всех информационных входанному адресу^ в-третьих» импульс дах запоминающего устройства 23 будет (фиг. 8л) на параллельную запись инл о г . "О" (фиг. 8 г ) ; во-вторых, имформации с запоминающего устройстпульс запрета (фиг. 8 д ) , запрещающий ва 2 3 ; в-четвертых, информационный прохождение информации с адресного импульс (фиг. 8м), в результате чесчетчика 17 и разрешающий ее прого на выходных шинах счетчика 27, а хождение с внутреннего адресного следовательно, и на входах запоминасчетчика 33 на адресные входы запоющего устройства устанавливается номинающего устройства 23; в-третьих, вій код, отличающийся от предыдущего импульс (фиг. 8 е ) , разрешающий з а на единицу; в-пятых, синхроимпульс пись информации в запоминающее уст(фиг. 8з) на запись информации со ройство 2 3 ; в-четвертых, импульс счетчика 24 в запоминающее устройст20 сброса (фиг. 8ж) внутреннего адресво 2 3 ; в-шестых, импульс на включеного счетчика 3 3 , который формируетние счетчика-распределителя 35 имся третьим формирователем 3 1 ; в-пяпульсов. Накопление информации бутых, синхроимпульс (фиг. 8з) на каждет продолжаться до тех пор, пока дый адрес, формируемый внутренним 25 таймер 16 не выдаст сигнал запрета, адресным счетчиком 33 из тактовых В режиме "Индикация информации" импульсов (фиг. 8н) генератора 26. многоканальный счетчик 18 работает После того как внутренний адресный следующим образом. счетчик 33 переберет все адреса, наПо прекращении режима "Накопление чиная с первого, и в запоминающем информации" с блока 22 индикации в 30 устройстве по каждому адресу будет блок 25 управления многоканальным записан л о г . " О " , а сигнал "Пуск со счетчиком 18 поступает сигнал, соотсбросом" прекратит свое действие, ветствующий л о г . " 0 " (фиг. 8 а ) , в многоканальный счетчик 18 выходит из результате чего блок 25 управления режима "Обнуление информации" и перезапрещает прохождение информации с 35 ходит в режим Г|Накопление информаадресного счетчика 17 и разрешает ции". ее прохождение с внутреннего адресВ режиме "Накопление информации" ного счетчика 33 на адресные входы, многоканальный счетчик 18 работает запоминающего устройства 2 3 , при следующим образом. этом блок 25 управления формирует . 40 От адресного счетчика 1? поступасигнал на считывание информации ет информация на адресные входы з а (фиг. 8е) и синхроимпульсы ( ф и г . 8 з ) . поминаюцего устройства 23 через перВ результате на выходных шинах, посвые адресные ключи 29 блока 25 управтупающих в блок индикации, будет инления. Если теперь по какому-либо формация о номере ячейки запоминаю45 адресу на информационный вход блока щего устройства 23 и ее содержимом. 25 управления многоканального счетФ о р м у л а и з о б р е т е н и я чика 18 придет информационный импульс (фиг. 7с, фиг. 8 к ) , то счетУстройство для оценки напряженночик-распределитель 35 импульсов бло- 50 го состояния массива горных пород, ка 25 управлення выдаст серию импульсодержащее приемник сенсмоакустисов на управление работой запоминаческих сигналов, соединенный с усиюшего устройства 23 и счетчика 24 лителен, выход которого соединен с с параллельной записью информации. входом первого амплитудного дискриПоследовательность импульсов включа55 минатора, соединенного с первым вхоет в себя: во-первых 8 импульс (фиг. дом элемента ИЛИ, приемник электро8 е ) , который устанавливает в запомимагнитных сигналов, соединенный с нающем устройстве 23 режим "Чтение"J входом второго амплитудного дискрнми-' во-вторых^ синхроимпульс (фиг. 8 а ) , 11 12 1645512 натора, выход которого соединен с таймером t причем выход таймера с о е динен с вторым входом элемента ИЛИ, о т л и ч а ю щ е е е я тем, что, с целью увеличения оперативности определения местоположения зоны с повышенной концентрацией напряжений относительно контура вьфабсткн и упрощения этого процесса, введены первый и второй формирователи сигнала, первый и второй элементы И, перестраиваемый по частоте генератор импульсов, адресный счетчик, многоканальный счетчик, переключатель выСора количества интервалов, D-триггер, э л е мент задержки, блок индикации и шина "Пуск со сбросом", причем выходы первого її второго амплитудных дискриминаторов подключены соответственно к первому и второму формирователям сигналов, при этом первый выход второго формирователя сигнала соединен с информационным входом D-триггера» а второй выход этого же формирователя сигнала подключен к іпкювому входу D-трнггера, неинверсный выход к о торого соединен с входом первого и второго элементов И, второй вход пер вого элемента И подключен к выходу перестраиваемого по частоте генератора импульсов, а третий вход этого с элемента И соединен с выходом таймера, выход же первого элемента И подключен к счетному входу адресного счетчика, выходы которого подключены к адресным входам многоканального 10 счетчика и переключателю выбора количествл интервалов, аыход второго формирователя соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого через переключатель выбора количе15 ства интервалов подключен к одному из входов счетчика, а шина "Пуск со сбросом" соединена с третьим входом элемента ИЛИ, с входом таймера и сбросовым входом многоканального 20 счетчика, в то же время выход элемента ЇШИ подключен к сбросовому входу адресного счетчика через элемент задержки, к сбросовому входу D-триггера и к второму входу второ25 го элемента И, выход которого соединен с информационным входом многоканального сметчика, а блок индикации - с его выходными шинами. I , S ІZ Ш. запись fvmm_ ФиеЛ Фог.З 1645512 \* ФаёЛ Фиг. 5 ""I •» 5 a Ж 3 и к п л л м •5*» ПД .7 1645512 U К Фиг 8 Г Редактор А.Маковская Составитель М в Китайская Техред С.Кигунова Корректор'Л,Пилнпенко Заказ 1332 Тираж 302 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, ь Ж-35, Раушская н а б . , д . 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент'% г . Ужгород!, ул. Гагарина, 101