Устройство для определения напряженного состояния массива горных пород

СОЮЗ СОВЕТСКИХ цИАлистических УБЛИК з(50 Е 21 С 39/00 ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ БРЕТЕЫИ ТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(56) 1. Техника контроля напряжений и деформаций в горных породах. Под ред. В. В. Ржевского. Л., Наука, 1978, с. 100 - 104.2. Проскуряков В. М. Оценка напряженного состояния горных пород методом вызванной высокочастотной акустической эмисии. В кн. Прогноз горных ударов. Л., 1982 (прототип).(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД, содержащее последовательно соединенные приемник упругих колебаний, усилитель и аттенюатор, измерительный канал, включающий усилитель, соединенный с одним из входов порогового блока, и счетчик, причем аттенюатор соединен с входом усилителя измерительного канала, а разрешающий и запрещающий выходы таймера соединены с управляющими входами порогового блока измерительного канала, и дешифратор, соединенный с блоком индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения напряженного состояния массива горных пород, оно снабжено измерительными каналами, не именее двух, и коммутатором каналов, при этом каждый введенный измерительный канал выполнен 801071750 из последовательно соединенных усилителя, порогового .блока, блока вычитания, блока усреднения, блока умножения и счетчика,а в первый канал введены соединенные между собой блоки усреднения н умножения, причем выход аттенюатора соединен с входом усилителя каждого последующего измерительного канала,. разрешающий и запрещающий выходы .таймера соединены с управляющими входами порогового блока каждого последующего измерительного канала, первый выход порогового блока каждого предыдущего измерительного канала соединен с другим входом блока вычитания каждого последующего измерительного канала, выход блока умножения каждого измерительного канала соединен со счетным входом счетчика того же канала, вход об- Е нуления которого соединен с соответствую- уу щим выходом таймера, управляющие вы- %ф ф ходы которого подключены к управляющим ф входам коммутатора каналов, информационные входы которого соединены с выходом счетчика каждого измерительного канала, а выход коммутатора каналов соеди- ь нен с входом дешифратора, при этом второй выход порогового блока каждого нечетного измерительного канала соединен с другим входом блока умножения того же измерительного канала, а выход порого- фф 4 вого блока каждого четного измеритель- (;Д ного канала соединен с входом счетчика того же канала, первый выход порогового блока первого измерительного канала соединен с входом блока усреднения того же канала.35 40 45 50 1Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам определения напряжений в массиве пород, степени их устойчивости, предупреждения внезапных обрушений и горных ударов.Известно устройство для определения напряженного состояния массива горных пород, включающее корпус, плунжер и цилиндр с твердосплавным пуансоном, расклинивающее устройство цангового типа и измерительную аппаратуру с индикаторами. Устройство работает по принципу определения параметров хрупкого разрушения пород под пуансоном. По объему разрушения судят о состоянии контролируемого массива 1.Недостатками данной конструкции является низкая точность и достоверность в прогнозировании степени устойчивости, так как по времени. комплекс измерений занимает порядка 2 - 3 недель, а за это время горное давление неоднократно пере- распределяется, что приводит к неверной оценке состояния.Известно также устройство для определения напряженного состояния массива горных пород, включающее 21-канальную станцию, каждый канал которой состоит из последовательно соединенного приемника упругих колебаний, усилителя, аттенюатора, накопительной ячейки, магнитный и осциллографические регистраторы. Контроль параметров осуществляется стрелочным индикатором (микроамперметр М) последовательным подключением к нему накопительных ячеек каждого из каналов 1. Недостатками устройства является, низкая точность и достоверность в определении напряженного деформированного состояния массива горных пород, так как им регистрируются динамические и кинематические параметры упругих колебаний без разделения их по амплитуде и частоте следования сигналов. Для определения напряженного состояния массива горных пород необходимо знать, какие разности пород разрушаются в данный промежуток времени. При разру шении крепких пород происходит излучение импульсов упругих колебаний большой амплитуды, но с малой частотой следования,а разрушения слабых пород сопровождаются упругими колебаниями малой амплитуды, но высокой частоты их следования. Во время регистрации колебаний рассматриваемым устройством невозможно произвести разделение сигналов по видам их источника. Устройством регистрируются суммарные акустические характеристики деформирующегося массива, что приводит к невернои оценке напряженного состояния контролируемого массива.Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является устройство для определения напряженного состояния мас 5 10 1,5 20 25 Зо сива горных пород, содержащее последовательно соединенные приемник упругих колебаний, усилитель и аттенюатор, измерительный канал, включающий усилитель, соединенный с одним из входов порогового блока и счетчик, причем аттенюатор соединен с входом усилителя измерительного канала, а разрешающий и запрещающий выходы таймера соединены с управляющими входами порогового блока измерительного канала, и дешифратор, соединенный с блоком индикации 2.Недостатками известного устройства являются низкая точность и достоверность в определении напряженного состояния массива горных пород. Эти недостатки связаны с тем, что измерения производятся в данной разности пород на разных уровнях чувствительности прибора в режиме разделения времени, Фактически же в массиве деформируются и разрушаются разные по свойствам породы, что вызывает появление в данной контрольной точке импульсов разной амплитуды, соответствующей каждой из деформируемых пород,При этом измеряемую эмиссию относят к породам в точке измерения, что приводит к неправильной оценке степени напряжений в массиве,Целью изобретения является повышение точности определения напряженного состояния массива горных пород,Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения напряженного состояния массива горных пород, содержащее последовательно соединенные приемник упругих колебаний, усилитель и аттенюатор, измерительный канал, включающий усилитель, соединенный с одним из входов порогового блока, и счетчик, причем аттенюатор соединен с входом усилителя измерительного канала, а разрешающий и запрещающий выходы таймера соединены с управляющими входами порогового блока измерительного канала, и дешифратор, соединенный с блоком индикации, снабжено измерительными каналами, не менее двух, и коммутатором каналов, при этом каждый введенный измерительный канал выполнен из последовательно соединенных усилителя, порогового блока, блока вычитания, блока усреднения, блока умножения и счетчика, а в первый канал введены соединенные между собой блоки усреднения и умножения, причем выход аттенюатора соединен с входом усилителя каждого последующего измерительного канала, разрешающий и запрещающий выходы таймера соединены с управляющими входами порогового блока каж-дого последующего измерительного канала,первый выход порогового блока каждого предыдущего измерительного канала соединен с другим входом блока вычитания каждого последующего измерительного канала, вы1071750 3ход блока умножения каждого измерительного канала соединен со счетным входом счетчика того же канала, выход обнуления которого соединен с соответствующим выходом таймера, управляющие выходы которого подключены к управляющим входам коммутатора каналов, информационные входы которого соединены с выходом счетчика каждого измерительного канала, а выход коммутатора каналов - с входом дешифратора, при этом второй выход порогового блока каждого нечетного измерительного канала соединен с другими входом блока умножения .того же измерительного канала, а выход порогового блока каждого четного измерительного канала - с входом счетчика того же канала, первый выход порогового блока первого измерительного канала соединен с входом блока усреднения того же канала.На фиг, 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2- временная диаграмма его работы; на фиг. 3 - диаграмма селекции сигналов разрушения различных пород; на фиг. 4 - функциональная схема блока вычитания; на фиг. 5 - функциональная схема блока усреднения; на фиг. 6 - функциональная схема блока умножения.Устройство содержит приемник 1 упругих колебаний, усилитель 2, аттенюатор 3, таймер 4, усилители 5 - 7, пороговые блоки 8 - 10, блоки 11 и 12 вычитания, блоки 13 - 15 усреднения, блоки 16 - 18 умножения, ветчики 19 - 21, коммутатор 22 каналов, дешифратор 23, блок 24 индикации, формирователи 25 и 26 фронтов импульсов, триггеры 27 - 29, счетчики 30 - 38, элементы совпадения 39 и 40 и счетчики 41 - 48. Кроме того, буквами обозначены: а 1 - сигнал разрешения; аг - сигнал запрета; Ь 1 - Ьз - информационные сигналы каналов; УК, - УК, - сигналы управления коммутаторами; С - сигнал приведения счетчиков в исходное состояние; Г, - длительность рабочего цикла;7 - интервал между управляющими сигналами;- длительность сигнала управления колутатором каналов; , - длительность сигнала приведения счетчиков в исходное состояние; А - амплитуда информационных сигналов; В; Аг - порог измерения; А, - А - амплитуда информационных сигналов; Я, - 5 г - переключатели.Устройство для определения напряженного состояния массива, содержащее, например, три вида пород, работает следующим образом.Приемник упругих колебаний 1 (фиг. 1)устанавливается в контролируемом массиве (не показано). При нажатии кнопки Пуск (не показано) таймером 4 вырабатывается сигнал С, длительностьюг (фиг, 1 и 2), который устанавливает счетчики 19 -421 в исходное состояние. По истечении времени г таймером 4 вырабатывается сигнал разрешения а которым открываются пороговые блоки 8 - 10.Суммарный информационный сигнал разрушения различных видов пород А (фиг. 3) с выхода приемника 1 через усилитель 2, аттенюатор 3 и усилители 5 - 7 поступают на входы пороговых блоков 8 - 10. Пороговые блоки осуществляют селекцию информационных сигналов по различным уровням, Причем пороговый блок 8 первого канала пропускает сигналы самого высокого уровня ь, (фиг. 2). Пороговый блок 9 пропускает сигналы Ь среднего и высокого уровней,Пороговый блок 10 пропускает сигналынизкого, среднего и высшего уровней принятых для измерений.Блок 11 вычитания вычитает из суммысигналов Ь среднего и высокого уровней сигналы Ь 1 высокого уровня. Блоком 12 вы.читания осуществляется вычитание из суммы сигналов Ь 1 сигналов Ь.Пример реализации блока вычитания для второго канала показан на фиг, 4.Результирующие сигналы А, и А по ступают на вход блоков 14 и 15 усреднения.Сигналы Ь первого канала поступают на вход блока 13 усреднения с выхода порогового блока 8, так как указанный пороговый блок 8 пропускает сигналы только высокого уровня.Блоками усреднечия производится определение частоты следования сигналов А, и А г,Определение частоты осуществляется по принципу выделения сигналов кратных длительности рабочего цикла 1 которая устанавливается переключателем Я,. Пример реализации блока усреднения показан на фиг. 5.Блоками 6 - 18 умножения производится умноженис чстоты следования сигналов на их уровеь, определяемый пороговыми 40 блоками 8 - 10. Пример реализации блокаумножения показан на фиг. 6. Множитель задается переключателем 5 , которым, кроме того, устанавливают порог на устройствах 8 - 10. Сигналы выходов указанных блоков 45 умножения поступают на вход счетчиков19 - 21. Счет осуществляется в течение времени 1 до появления сигнала запрета Агна выходе таймера 4.Числа, зафиксированные счетчиками 19 -21, по окончании рабочего цикла 1, пред ставляют собой величину энергии, излучаемой при разрушении каждого из трех видов пород.По окончании рабочего цикла Г, черезвремя Гг таймером вырабатывается сигнал УК, управления коммутатором 22,длитель ностьюТ .По этому сигналу производитсявыдача результирующего числа первого канала на дешифратор 23 для индицирования1071750 иг. а,5его блоком 24 индикации. Длительность индицирования числа позволяет лицу, производящему измерение, произвести его запись. Через время Г, по сигналу УК производится индицнрование результирующего числа второго канала, Аналогично производится индицирование числа третьего канала.Следующий рабочий цикл обеспечивается нажатием кнопки Пуск.Таким образом, устройство позволяет определять энергию разрушения различных видов пород, что позволяет повысить точность и достоверность контроля напряженного состояния,В сравнении с известным в предлагаемом устройстве исключаются затраты на повторные измерения, проводимые из-за смещения в конечной полезной информации после ее обработки базовым прибором импульсов разрушения от пород различных видов.А также предлагаемый прибор позволяет сократить втрое время измерений, так как 10 сигналы различных уровней регистрируютсяодновременно,но прн этом в конечной полезной информации разделяются.1071750 Яи уска Составитель И Техред И. Вере Тираж 568 Государственного к елам изобретений и сква, Ж - 35, Раушс Патент, г. Ужгоро дактор Н. Рогулич каз1563/26 ВНИИПИ по 113035, М филиал ПППинаКорректор ИПодписноеСССРийд. 4/5Проектная, 4 митета откры ая на ул.