Устройство для определения трещиноватости горных пород

(51) 5 1 С 39 00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ Я ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Донецкий политехнический институт(54) УГТРОИГТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯТРЕ 1 ЦИНОВАТОГТИ ГОРНЫХ ПОРО Ч(57) Изобретение относится к горному делуи м. б. использовано на предприятиях горнодобывающей пром-сти при физико-химическом упрочнении пород. Цель - повышение,ЯО 163478 2точности определения трещиноватости горных пород. Устр-во содержит зонд 1, блок 2 регистрации, блок 3 индикации. Зондсостоит из генератора 4 высокой частоты, согласующего усилителя 5, колебательного контура 6, антенны 7, приемной катушки 8, усилителя 9 высокой частоты, выпрямителя 10 и датчика 11 линейных перемещений. Блок 2 включает первый усилитель 12, регистрирующий прибор 13, компаратор 14, первый и второй пиковые детекторы 16, 8, второй усилитель 17, формирователь 5, анализатор 19, аналого-цифровой преобразователь 20, преобразователь 22 линейных перемещений, счетчик 23 и триггер 24. При продвижении зонда 1 усилитель7 и детектор 18 выделяют си нал, соответстующий неразрушенному массиву. Величина этого сигнала характеризует диэлектрическую проницаемость горного массива, в котором обнаружена трецина. Указан. ный сигнал поступает на анализатор 19 11 ил.Составитель М. КитайскаяТекред А Кравчук Корректор Н, РенскаяТираж 2961 олн ясное1 эВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ ССС 1113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д, 4 5Производствснно-издательский комбинат Патент, г Ужгород, л Гагарина. 101Изобретснис относится к горному делу,в частности к конструкции устройств для определения параметров трещиноватости горных пород в массиве, и может быть ис.пользовано на предприятиях горнодобывающей промышленности при физико-химическоч упрочнении пород, а также при строительстве горнотехнических и подземных сооружений.Целью изобретения является повышение точности определения параметров трещиноватости горных пород путем автоматизации процесса обнаружения трещины, определения ее местонахождения и анализа величины раскрытия трещины с учетом диэлс"ктрицеской проницаемости пород.На фиг. 1 показана блок-схема устройства; на фиг. 2 - диаграммы работы блоков устройства; на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема зонда устройства; на фиг, 4 - принципиальная электрическая схема анализатора; на фиг 5 принципиальная электричес кая схема запоминающего устройства и формирователя; на фиг. 6 - принципиальная электрическая схема преобразователя линейных перемещений; на фиг. 7 - принципиальная электрическая схеча блока питания; на фиг. 8 - принципиальная электрическая схема блока индикации; на фиг, 9 конструкция зонда и датчика линейных перемещений; на фиг. 1 О - вид передней панели блока регистрации; на фиг. 11 - вид передней панели блока индикации.Устройство для определения трещиноватости горных пород состоит из зонда 1, блока 2 регистрации и блока 3 индикации, соединяемых кабелем с полопцию разьечных соединений.Зонд 1 содержит генератор 4 высокой частоты, выход которого соединен с входом согласующего усилителя 5, выход которого соеди нен с колебательным контуром 6, с которым соединена антенна 7 и индуктивно связана приемная катушка 8, подключенная к входу усилителя 9 высокой частоты, выход которого соединен с входом выпрямителя 10, датчик 11 линейных перемещенийБлок 2 регистрации содержит первый усилитель 12, выход которого связан с входом регистрирующего прибора 13, первыми входами кочпаратора 14, первого пикового детектора 16, второго усилителя 17. Выод компаратора 14 соединен с вторыл входом первого пикового детектора 16, перными входа ми второго пикового детектора 18, счетцика 23, триггера 24 и формирователя 15. Выход второго усилителя 17 соединен с вторым входом второго пикового детектора 18. Выходы первого пикового детектора 16 и второго пикового детектора 18 соединены с входами анализатора 19, выход которого соединен с входом АЦП 20 Выходы А 1 Г 20, преобразователя 22 линейных перемещений и формирователя 15 соединены с входами запоминающего субблока 21. Второй выход преобразователя 22 линейных перемещений соединен с вторым входом счетчика 23, выход которого соединен с вторым входоч триггера 24. Выход триггера 24 соединен с вторым входом формирователя 15.Корпус зонда 1 представляет собой пластмассовую трубу 26 с внутренним диамет- О ром 32 мм и внешним 38 мм, длиной200 мм. Корпус имеет переднюю и заднюю заглушки. К передней заглушке крепится колесо 27 датчика 11 линейных перемещений с вклеенными магнитами 28. В пазах перед- )5 ней заглушки установлены герконы 29 датчика 11 линейных перемещений. Внутри корпуса 26 находится плата 30, на которой расположены элементы зонда 1. В задней заглушке находится отверстие для кабеля 31 и отверстие с резьбой 32 для подсоеди нения досылоцных штанг (не показаны).На передней панели блока 33 регистрации размегцены органы управления, индикатор 34 регистрирующего прибора 13, индикаторы адреса ЗУ Адрес субблока памяти (1 10) и индикатор П переполнение субблока памяти, разъем 35 для подключения блока 3 индикации и разъем 36 для подключения зонда 1. На передней панели блока 37 индикации выведена индикация величины раскрытия трещины 38 и индикация З 0 расстояния 39.Устройство работает в трех режимахПри проведении замеров в пакте устройство в составе зондаи блока 2 регистрации работает в режиме Исследование. По окончании замеров устройство З 5 переключают в режим Храненис, -.,и этомвсе элементы устройства, кроче субблока памяти 21, отключаются. На поверхности к блоку 2 регистрации подключается блок 3 индикации н устройство начинает работать в режиме (.читывание. Работа в трех режимах позволяет значительно уменьшить время сбследования одного шнура, упростить обработку информации Появлястся возможность разработать согласуюгцее устройство для автоматического считывания информа ции в конкретный тип ЭВМ. Поныпается объективность получаемой инфрчапии. Работа с устройством не требуе г в,сикскналифи.пирона нного персонала и может осуществляться одним человеком в проттипс не ченее двух человек)50 Перед началом залеров е почнь тчмблерс С,тирание субблока памяти на передней панели блока памяти рен рации про.изводится стирание содержнлеубблока 21 памяти. Кнопкой Гбреязвдится обнуление счетчика преобр; ивателя 22 линей ных перечещений При ручноч управлении(тумблер р А в положении Р).Оператор чжет вести визуальное наблюдение е нлпнцьк рс гиетрирл опего прибора 13,1 3478 д также может произнести запись ицформации вручную Например, в начал( и конце шпура). Это также позволяет более эффективно использовать Г)бъеч памяти, т е. проводить запись В субблок 2 пзчятк только в тех шнурах, где трещиновзтосгь представляет интерес. При переключении тумблера Р - А в положение А запись информации о трецине происходит автоматически. АвтоматичеГ кое обнаружециГ трещины, анализ ее параметров и запись информации в субблоке 21 пдчяти по:(воляет значительно увеличить произьолительность труда оператора, так кдк огпалдет необходимость внимательно следит, зд регистрирующим устройством и п роизволить запись информации вручнук. Пролвижецие зонда 1 по шпуру осуцествл 5 ется с помощью досылочных 11 танг. С генератора 4 высокой частоты через соглдсуюц(ий лсиги- тель 5 напряжение высокой частты пол-гу пает в колебательцый контур 6. 1 асть эн ргии колебательного контура о изгучяется антенной 7 в окружающую срелу В приемной катушке 8 наволится Э,гС, которая усиливается усилителем 9 высокой и;(с-оты, с выхола которого поступает ця В 1,1 р 5 л(и- тель 10. С выхода выпрямителя 1 О через кабель 31 сигнал поступает в блок " регистрации на вход первого усилителя2. При лвижении с)нлд 1 по шгур, вр;ается колесо 27 с чдгнитачи 28 лдгчикд 1 линейных перечецеций, прч этом срабатывают герконы 29. Сигнал Г датчика 11 линейных переменений через кдбель 31 поступает в блок 2 регистрации и вхо ) преобразователя 22 линейных цер. л(ец(л нии, который формирует через каждый 1 с чи гндлы перемецения, анализирует направление движения и вырабатывает цд Выходе цифровой кол, соответствующий рассояцию от устья шпура ло зонда 1 Это значительно повышает точность опрелелеция честонахождения трещины При изменении лиэлектрической проницаемости срелы изменяется емкость антенны 7, что вызывяГт рас. стройку колебательного контура 6слеловательно, изменение величины ( . злы цз выходе выпрямителя 10. Л)агг;)л(лд изменения сигнала показана на фиг. 2 Ил(с нение сигнала ня выхоле перво(о у(илителя 2 отображается регистрирлкицич прибором 13. Как только величина сигнала нд выходе первого усилителя станет выше порогового напряжения 11, лействуюшего ня вто.ром Вхоле компараторд 4, что булет сот- ВететВОВатЬ НаЛИЧИК) тРЕШИЦЫ. На ВЫХОЛЕ компаратора 14 появится напряжение, СОГтветствующеелля цифровы микросхем. По этому сигналу происхолит обнуление первого пикового детектора6, второго пикового детектора 18, в результате чего вхол. ные напряжения анализатора 19 равны нулю. На выхоле АЦ 1 20 цифровой кол, СГответствующий величине раскрытия трещины,5равен нулю Нд вы л прОГр;11;)гГ,я 22 линейных напряжений (ифрсВ и к.( сотВетству)ощеч рс(тоянцк) От чстья ц(рср)1 л( зонда. Си на. с Вьхо,(д компарат(р, 14 также пГступает н; вх л форл(ирндтсля 13), который форчируГт игцдл здциси и 111.лерживдет его цз врлл(я, рдяное циклу работы АЦП. По сигндлл записи происхолит запись цифрГ.вых колон АПГ 20 и преобразователя 22 линейцых перс чешГ ний В субц блок памяти 21. Запись информации о местоцдхожлеци цадлз трещины позволяет, в СЛУЧЯЕ Г.Л 1 Т)Ш)ИЬ 1 Ц. ОЛИНОЧНДЯ, РПРЕ- делитпанины 1)ззрл ценного участка ма сина П( мере приближения дцтенны 7 ,5 з(снлд 1 к р(лине трепНны прои.холит1 ярястзци( .иг(.лд Первьй пиковый летектор 16 этлеживаГТ и здгол(идет максима,ь.ный лровень сигналя Зятел. сигнал цачи.идет уменьшаться 1 И)и у.(1)ГГ нии антенны 7 от трещины) и при лостижении значения 20 п(рогового напряжения Г кочпардтор 14ноздряцяется в исхолцое состояние, при этом сигнал с его Выхолд обцуляет счетчик 23 и триггер 24. 1-1 я вход счетчика 23 поступают сигналы через каждый сзнтиметр пролВижеция зонал; 1 от преобразователя 22 лицейцых цзпряжГ ции. Нд выхоле счетчика 23 сигналы пявляк)тся через кажЛые 3 сч движения з)цдд 1, оЛцдко Ло тех пор, пока тр(1 " р 24 ИГ)ходился в со.стОЯИи 1, цд (Г) Выходе си)Н 11 л це ИОЯВ. ЗГ) лялся Го(гн обну.(ения триг)ерд 24 при продвижении зоцЛд 1 ня 3 сл( ца его выло.лс поянля(т я игцдл, который цостл идетфорлирГ)ВдтГхзь 1;, цд ныхо.( котор)- го формируется сигнал записи. Р;)с(тояцис 3 л( Выбрано из ре,),Ьцых у(ловий. В рсзу,ьтдте ис(леловдний Выяснилось, чго нзчеИцие сигналя цд олицочцой трещине от минимума ло максимума и затем опять ло ъ(ицил)ул(д составляет примерно 6 см.11 ри пролвижении ца 3 см Второй усилител), 17 и второй пиковый детектор 18 4 О Вылеляют сигнал, соответствлкцций неразрл.Иенцому массиву Величина этго сигнала хдрдктери.)уст лиэлектрическую проницаемость горцого чассивя, В котороч обнаружена треница. Этот сигцдг) поступает ня анализатор 19, ца,(ругой вхо 1 анализатора 19 )цнтупдет сигнал с первого пикового летектора 16, соответГтвук)ший максимальному сигналу нд трещине. Анализатор 1, преЛстднляет собой усилитель с переменным коэффи(ие 1 то ч л си зс,ни 51 и 10 рОГОВыч на пря жением.50 На Вход у или геля поступает сигнал с перВого пикового летекторд 16. хдряктери.уюшии максимальное увеличеци( сигналя н- ла 1 на трепине. Си Нд хдрдктерилк- щий лиэлектрическук) пронин;Смость цор лы. В которой нахолится трГциц;1, с Выло 55 лд второго пиковоп) лт кторз 18 уцр,Вляет изчГ нс циеч ко )ффишента у( ил(ч и я ц и - личины Г 1 оОноп) 1 я 11 р 51 жец и 51;)ти и .О(ти- ГДЕТСЯ сЧЕТ З)НИ 1 Л 1 ОС ТИ Вл Н 1 Н (И ГН(1 1634781на трецине от диэлектрическои проницаемости породы, в которой трещина находится, В результате на выходе анализатора 19 появляется аналоговый сигнал, соответствующий величине раскрытия трещины, который преобразуется АЦП 20 в цифровой кол. По сигналу записи с формирователя 15 происходит запись цифрового кода соответствующего величине раскрытия трегцины, и цифрового кода, соответствующего расстоянию ло трещины, в субблок 21 памяти По окончании замеров оператор, переводит устройство в режим Хранение. В этом режиме субблок 21 памяти полключается к аккумуляторам 6 В 2, АЙВЗ (см. фиг. 7), а все остальные блоки устройства отключаются. В этом режиме информация в субблоке памяти 21 может храниться в течение двух суток. Этого времени достаточно, чтобы считать хранящуюся информацию. При подключении к блоку 2 регистрации блока 3 индикации устройство автоматически переходит в режим Считывание. Включив тумблер набора адреса суб блока памяти НА на передней панели блока регистрации, оператор в зависимости от положения тумблера МП - СР набирает соответственно младшие пять или старшие пять разрядов адреса субблока 21 памяти кнопкой Зап., наблюдая визуально адрес на табло блока регистрации. Набор отлельно старших и младших разрядов позволяет быстро набрать любой необходимый адрес Олновременно на табло блока индикации булет высвечиваться информация, хранящаяся в ячейке субблока 21 памяти по этомх адресу.АЦП 20 можно реализовать на микросхеме К 572 ПВ 1 Л 1.с.240, компаратор на микросхеме К 521 СА 2 ЛЗ.с.34, пиковый летектор по схеме на фиг. 8.12 (3) с. 208, усилитель по схеме фиг. 4.81 а (3) с. 142, счетчик на микросхеме К 176 ИЕЗ (2), с. 237, триггер на микросхеме К 176 ТВ (2) с 233.фор.чила изобретенияУстройство лля определения трешинонатости горных пород, включающее блок регистрации, содержащий усилитель, регистри 5 10 15 20 25 30 35 40 рующий прибор блок питания и зонд, содержащий последовательно соединенные генератор высокой частоты, согласующий уси литель, колебательный контур, соединенный с антенной и приемной катушкой, усилитель высокой частоты, выход которого соединен с входом выпрямителя, соединенного с блоком регистрации, отличающееся тем, что, с цепью повышения точности определения трещиноватости горных пород. в устройство дополнительно введены блок индикации, датчик линейных перемещений, компаратор, первый и второй пиковые детекторы, второй усилитель, счетчик, триггер, первый и второй анализаторы увеличения напряжения, аналого-цифровой преобразователь, преобразователь линейных перемещений, формирователь сигнала записи, субблок памяти, первый и второй генераторы порогового напряжения, причем датчик линейных перемещений соединен с блоком регистрации, первые входы компаратора, первого пикового летектора и второго усилителя связаны с выходом первого усилителя, выход компаратора соединен с вторым входом первого пикового детектора, первыми входами второго пикового детектора, счетчика, триггера и формирователя сигнала записи, выход второго усилителя соединен с вторым входом второго пикового детектора, выход которого соединен с первым входом анализатора увеличения напряжения, второй вход которого связан с выходом первого пикового детектора. выход анализатора увеличения напряжения соединен с вхолом аналого-цифрового преобразователя, выходы аналого-цифрового преобразователя, преобразователя линейных перемещений и формирователя сигнала записи соединены с входами субблока памяти, второй выход преобразователя линейных перемещений соединен с вторым входом счетчика, выход которого соединен с вторым вхолом триггера, выход которого соединен с вторым входом формирователя сигнала записи, вторые входы компаратора и второго усилителя соединены с ,ыхолами первого и второго генераторов порогового напряжения, блок регистрации соелинен с блоком индикации.