Устройство для определения напряженного состояния массива горных пород

СОКИ СОВЕТСНИХ ЦИАЛИСТИЧЕСНИХ СПУБЛИК 012851 1 С 390 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ЗОБРЕТЕН ИОАН ЩЬСТВ(56) Геофизические исследования гоных ударов. М.: "Недра", 1975, с.356,Авторское свидетельство СССРУ 1071750, кл. Е 21 С 39/00, 1984,(54) УСТРОЙСТВО ПРЯЖЕННОГО СОСТ ПОРОД(57) Изобретени му делу и позвол мерения с высок Это достигается пауз работа уст ЛЕНИЯ НАА. ГОРНЫХ ДЛЯ ОПРЕ ЯНИЯ МАС относитс горноить из яет произво й достоверн тем, что во -ва приоста тью. ремя вливаФиг,АВТОРСКОМУ С ется. Поэтому регистрируются толькоте импульсы упругих колебаний, которые возникают в процессе буренияшпуров. Сигналы с приемника 1 упругих колебаний, усиленные усилителем2, через аттенюатор 3 поступают навходы измерительной части 4 и порогового блока 13. Он настроен на амплитуду сигналов от буровой каретки,Блоком 12 сравнения сравниваются показания счетчиков 1 О, 11, на которыепоступают сигналы с блока 13 и генератора 9. Генератор 9 настроен начастоту следования сигналов с буровой каретки. Время измерения устрва определяется блоком 8 управленияпо сигналам с блока 12, После окончания измерения по управляющим сигналам с блока 8 информация о состоянии массива через коммутатор 5 и дешифратор 6 индицируется на блоке 7индикации, 1 з.п. ф-лы, 4 ил, 1285150Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам определения напряжений в массиве пород для определения их устойчивости и прогноза удароопасности, 5Пель изобретения - повышение достоверности измерения.На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг,2 - временная диаграмма работы устройства; на фиг.З - блок-схема измерительной части, содержащей три работающих канала; на фиг.4 - функциональная схема блока управления.1 15Устройство состоит из последовательно соединенных приемника 1 упругих колебаний, усилителя 2, аттенюатора 3, измерительной части 4, коммутатора 5, дешифратора 6, бло-, ка 7 индикации, а также блока 8 управления, разрешающий а запрещающий а, выходы, выход обнуления с,йкоторого соединен с измерительной частью 4, а управляющие выходы УК 1, УК 2, УКЗ - с коммутатором 5, генератора 9, дополнительных счетчиков 10 и 11, блока 12 сравнения и порогового блока 13 (см,фиг.1), Выход блока 12 сравнения подключен к входу блока 8 управления, а входы - к выходам дополнительных счетчиков 10 и 11. Счетные входы дополнительных счетчиков 10 и 11 подключены соответственно к выходу аттенюатора 3 че.рез пороговый блок 13 и к генератору 9.Измерительная .часть (см.фиг.З) состоит не менее чем из трех параллельных измерительных каналов, Первый из них состоит из последовательно соединенных усилителя 14, порогового блока 15, блока 16 усреднения, блока 17 умножения и счетчика 18. Остальные каналы состоят соответственно из последовательно соединенных усилителей 19 и 20, пороговых блоков 21 и 22, блоков 23 и 24 вычитания, блоков 25 и 26 усреднения,блоков 27 и 28 умножения и счетчиков 29 и 30. Управляющие входы пороговых блоков 15, 21 и 22 соединены с разрешающим а и запрещающим а выходами блоков 8 управления, а входы обнуления счетчиков 18, 29 и 30 соединены с выходом обнуления с блока 8 управления. Кроме того, второй выход поро. гового блока каждого нечетного канала соединен с вторым входом блока умножения того же измерительного канала,а выход порогового блока каждого четного канала соединен с входом . счетчика того же измерительного канала, а первый выход порогового блока каждо.о предыдущего измерительного канала соединен с вторым входом блока вычитания каждого последующего канала. Входы усилителей 14, 19 и 20 соединены между собой, а выходы счетчиков 18, 29 и 30 подключены к информационным входам коммутатора 5.Блок управления (см,фиг.4) содержит генератор 31, четыре трехвходовых элемента И 32 - 35, три двухвходовых элемента И 36 - 38, пять счетчиков 39 - 43, три триггера 44 - 46, восемь формирователей 47 - 54, элемент 55 НЕ,дешифратор 56 и кнопку 57 "Пуск", которая соединена с установочным входом первого триггера 44, с первым входом обнуления первого счетчика 39, гходами обнуления второго триггера 45, второго итретьего счетчиков 40 и 41, при этом первый выход генератора 31 подключен к первому входу первого трехвходового элемента И 32, к второму входу второ 1 го двухвходового элемента И 37 и второму входу третьего трехвходового элемента И 34, второй выход генератора 31 соединен с вторым входом четвертого трехвходового элемента И 35, третий выход генератора 31 подключен к первому входу второго трехвходового элемента И 33, второй вход которого соединен с инверсным выходом первого триггера 44, единичный выход которого подключен к второму входу первого трехвходового элемента И 32 и к первому входу третьего трехвходового элемента И 34, а вход обнуления первого триггера 44 соединен с выходом пятого счетчика 43 и входом обнуления третьего триггера 46, установочный вход которого соединен с входом первого формирователя 47, с первым входом второго двухвходового элемента И 37, с инверсным входом первого трехвходового элемента И 32 и выходом первого двухвходового элемента И 36, первый вход которого подключен к первому выходу первого счетчика 39 и к установочному входу второго триггера 45, а второй вход - к входу второго формирователя 48 и к второму выходу первого счетчика 39, счетный выхо"45 50 55 которого подключен к выходу первого трехнходоного элемента И 32, а второй вход обнуления - к входу третьего формирователя 49 и к выходу четвертого счетчика 42, счетный вход которого соединен с выходом второго днухвходового элемента И 31, а вход обнуления заземлен, при этом выход второго трехвходоного элемента И 33 соединен с установочным входом третьего счетчика 41, первый и второй выходы которого соединены с входами дешифратора 56, третий выход которого подключен к инверсному входу второго трехвходового элемента И 33, при этом счетный вход второго счетчика 40 подключен к выходу третьего трехвходового элемента И 34, а выходы соединены с входами третьего двухнходового элемента И 38, инверсный выход которого подключен к третьему входу третьего трехнходового элемента И 34, а прямой выход - к первому входу четвертого трехнходового элемента И 35, третий вход которого соединен с входом четвертого формирователя 50 и с выходом элемента 55 НЕ, а выход - со счетным входом пятого счетчика 43, вход обнуления которого заземлен, при этом единичные выходы второго и третьего триггеров 45 и 4 б соединены с входами пятого и шестого формирователей 51 и 52 со-, ответственно, а инверсный выход третьего триггера 4 б соединен с входом седьмого Формирователя 53, выход которого подключен к выходу восьмого Формирователя 54, вход последнего соединен с входом элемента НЕ 55 и является входом блока управления, выходы дешифратора являются управляющими выходами УК 1, УК 2 и УКЗ, выходы шестого и первого формирователей 52 и 41 являются соответственно основным и дополнительным разрешающими выходами а;,и а, выходы седьмого и третьего формирователей 53 и 49 - основным и дополнительным запрещающими выходами а, и а, а выходы пятого и второго Формирователей 51 и 48 - основным и дополнительным выходами обнуления счетчиков с,1 и с, причем выходы четвертого и шестого формирователей 50 и 52 соединены между собой.Устройство для определения напряженного состояния массива горных по.род работает следующим образом. 5 10 15( 20 25 30 35 Приемник 1 упругих колебаний укрепляется н массиве пород в непосредственной близости от буровой каретки (не показано), Усилитель 2 усиливает спектр сигнала,-поступающего от приемника 1. Аттенюатором 3 согласуется выходная часть усилителя 2 с входом измерительной части 4 и порогового блока 13. Функциональная схема измерительной части 4 приведена на Фиг,З, Пороговый блок 13 настраивается на максимальную амплитуду сигнала во время бурения, что позволяет выделить частоту следования импульсов только от каретки, так как максимальной амплитудой обладают сигналы от буровой каретки, Генератор 9 настаривается на частоту следования импульсов от буровой каретки. При нажатии кнопки "Пуск" на бло" ке 8 управления (Фиг.4) последний вырабатывает сигнал С 1 и С 2 , которым обнуляются все каналы измерительной части 4 и дополнительные счетчики 10 и 11. После чего блоком 8 одновременно вырабатываются сигналы а 1 и аЗ. Сигнал а 1 разрешает прием импульсов с аттенюатора 3 и обработку их измерительной частью 4. Сигналом аЗ дается разрешение на запись импульсов от порогового блока 13 в счетчик 10 и от генератора 9 в счетчик 11, Блоком 12 сравниваются показания дополнительных счетчиков 10 и 11, В случае близких показаний счетчиков 10 и 11, сигнал на выходе блока 12 сравненияимеет низкий уровень, что является(признаком проведения измерений в процессе бурения, Интервал времени измерения Топределяется сигналами а 1 - начало измерения и а 2 -,окончание измерения, Интервал времени а определения частоты импульсов от буровой каретки задается сигна-. лами аЗ - начало определения и а 4- окончание определения и является кратным Т /Тщ= и ьС, где и - натуральный ряд чисел),После выдачи сигнала а 4 блок управления выдает сигнал С 2 для обнуления дополнительных счетчиков 10 и 11. Б случае различия показаний дополнительных счетчиков 10 и 11 на выходе блока 12 сравнения появляется сигнал высокого уровня, по которому блок упранления вырабатывает сигнал а 2 до истечения промежутка времени измерения Т. , при этомы ф.Тс Т, (Фиг.2), При этом блокомим128 12 сравнения продолжается сравнениечастоты сигнала от порогового блока13 с частотой генератора за промежутки времени аС,и при совпадении показаний дополнительных счетчиков 10и 11 (процесс бурения возобновился)сигнал на выходе блока 12 сравнениястановится низкого уровня, Блок 8управления вырабатывает сигнал а 1,по которому измерительная часть возобновляет работу. Сигнал а 2 вырабатывается в этом случае через Т ;=Т - ТЬм ии(фиг. 2) после сигнала а 1,После окончания времени измеренияТблоком 8 вырабатываются сигналы УК 1, УК 2, УКЗ управления коммутатором 5 для индикации показаний ка,налов через дешифратор 6 блоком 7:индикации. Следующий цикл работыустройства обеспечивается нажатиемкнопки "Пуск" на блоке 8 управления.Блок 8 управления работает следующим образом,Нажатием кнопки 57 "Пуск" сбрасываются триггеры 45, счетчики 39 -41 и устанавливается в единичное состояние триггер 44, который открывает элементы И 32, 34. Сигналы с первого выхода генератора 31 (длительностью 1) через элемент И 32 поступают на счетный вход счетчика 39и через элемент И 34 - на счетныйвход счетчика 40, При появлении сигнала на выходе 2 счетчика 39,триггер45 устанавливается в единичное состояние и через Формирователь 51 вырабатывается сигнал С 1. При появлении сигнала на выходе 4 счетчика 39через формирователь 48 вырабатывается сигнал С 2. При одновременном появлении единичных сигналов на выходах 2 и 4 счетчика 39 появляется сигнал на выходе элемента И 36, которыйзапирает элемент И 32, открывает элемент И 37 для прохождения сигналовс первого выхода генератора 31 насчетчик 42, устанавливает в единичное состояние триггер 46 и черезформирователь 47 вырабатывается сигнал а 3,Одновременно через формирователь 52 вырабатывается сигнала 1. После выдачи сигнала а 1единичным сигналом с прямого выхода элемента .И 38 разрешается прохождение импульсов с второго выхода генератора 31 (длительностью 100 ,) насчетчик 43, который определяет времяработы измерительной части устройВ случае появления сигнала с выхоЗО да блока 12 сравнения "Нет бурения"во время работы измерителЬной частичерез формирователь 49 вырабатывается сигнал а 2, а через элемент НЕ 55останавливается счет времени Т,35 Задним фронтом сигнала "Нет бурения"через Формирователь 50 вырабатывается сигнал а 1 и счетчик 43 продолжаетотсчет времени Т ,Таким образом устройство обеспе 40 чивает измерение аккустических импульсов только в процессе продвижения забоя скважины, что повышает достоверность определения напряженногосостояния контролируемого массива по 45 род,Формула изобретения 1, Устройство для определения на пряженного состояния массива горныхпород, включающее последовательносоединенные приемник упругих колебаний, усилитель, аттенюатор, не менее трех параллельных измерительных 55 каналов, первый иэ которых состоитиз усилителя, соединенного с однимиз входов порогового блока, выходкоторого соединен с цепью из последовательно соединенных блоков усред 5150 6ства (Т,). В то же время инверсныйвыход элемента И 38 запрещает дальнейшее прохождение счетных импульсов на счетчик 40. Через время ьт5 после формирования сигнала аЗ счетчиком 42 вырабатывается сигнал, которыйсбрасывает счетчик 39 и формируетсигнал а 4 через формирователь 49,Таким образом процесс формирования1 О сигналов С 2, аЗ, а 4 циклически продолжается,В случае отсутствия сигнала с выхода блока 12 сравнения "Есть бурение" через время Т:", единичный сиг 15 нал с выхода счетчика 43 сбрасываеттриггеры 44, 46. По единичному сигналу с инверсного выхода триггера 46через формирователь 53 вырабатывается сигнал а 2. В то же время сигнал20 с инверсного выхода триггера 44 разрешает прохождение сигналов с третьеговыхода генератора 31 (длительностью5 с) на счетчик 41, выходные сигналы которого через дешифратор 56 фор 25 мируют сигналы УК 1, УК 2, УКЗ,Следующий цикл начинается нажатием кнопки "Пуск".нения, умножения и счетчика, адругие состоят каждый из последовательно соединенных усилителя, порогового блока, блоков вычитания,усреднения и счетчика, при этом первый 5 выход порогового блока каждого предыдущего измерительного канала соединен с вторым входом блока вычитания каждого последующего канала, выход блока умножения каждого измерительного канала соединен со счетнымвходом счетчика того же канала,вто - рой выход порогового блока каждого нечетного измерительного канала соединен с вторым входом блока умножения того же измерительного канала, а выход порогового блока каждого четного канала соединен с входом счетчика того же измерительного канала, выходы счетчиков всех измерительных каналов подключены к информационным входам коммутатора каналов, выход которого соединен с входом дешифратора, соединенного с блоком индика 25 ции, и блока управления, разрешающий и запрещающий выходы которого соединены с управляющими входами пороговых блоков всех каналов, управляющие выходы подключены к управляющим входам коммутатора каналов, а выход обнуления соединен с входами обнуления счетчиков измерительных каналов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности измерения, оно снабжено до- З 5 полнительными пороговым блоком и двумя счетчиками, генератором импульсов и блоком сравнения, при этом счетный вход первого дополнительного счетчика подключен через дополнительный пороговый блок к выходу аттенюатора, счетный вход второго дополнительного счетчика подключен к выходу генератора импульсов, информационные выходы дополнительных счетчиков подключены к входу блока сравнения, выход которого подключен к входу блока управления, дополнительные разрешающие выходы и дополнительный выход обнуления которого соединены с соответствующими входами дополнительных счетчиков. 2, Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит генератор, четыре трехвходовых элемента И, три двухвходовых элемента И, пять счетчиков, три триггера, восемь формирователей, элемент 11 Гпешпфратор икнопку 1 уск", которая соединенас установочным входом первого триггера, с первым входом обнуленияпервого счетчика, входами обнулениявторого триггера, второго и третьего счетчиков, при этом первый выходгенератора подключен к первому входу первого треквходового элемента Ик второму входу второго двухвходового элемента И и второму входу третьего трехвходового элемента И, второйвыход генератора соединен с вторымвходом четвертого трехвходового элемента И, третий выход генератора подключен к первому входу второго трехвходового элемента И, второй входкоторого соединен с инверсным выходом первого триггера, единичный выход которого подключен к второмувходу первого трехвходового элемента И и к первому входу третьего трехвходового элемента И, а вход,обнуления первого триггера соединен с выходом пятого счетчика и входом обнуления третьего триггера, установочныйвход которого соединен с входом первого формирователя, с первым входомвторого двухвходового элемента И,инверсным входом первого трехвходового элемента И и выходом первогодвухвходового элемента И, первыйвход которого подключен к первомувыходу первого счетчика и к установочному входу второго триггера, авторой вход - к входу второго формирователя и второму выходу первогосчетчика, счетный вход которого подключен к выходу первого трехвходового элемента И, а второй вход обнуления - к входу третьего формирователя и к выходу четвертого счетчика,счетный вход которого соединен с выходом второго двухвходового элемента И, а вход обнуления заземлен,приэтом выход второго трехвходового элемента И соединен с установочным входом третьего. счетчика, первый и второй выходы которого соединены с входами дешифратора, третий выход которого подключен к инверсному входувторого трехвходового элемента И,при этом счетный вход второго счетчика подключен к выходу третьего трехвходового элемента И, а выходы соединены с входами третьего двухвходового элемента И, инверсный выход которого подключен к третьему входутретьего трехвходового элемента И,дылд ааиег- Ю 7 М 7 РУ юрогЫ баако .Ямгад геюеро- гпоРо ЬаЫдюокоЩЙнэУО Нед дурюю УХ а прямой выход - к первому входу четвертого трехвходового элемента И, , третий входкоторого соединен с входом четвертого формирователя и выходом элемента НЕ, а выход - со счетным 5 входом пятого счетчика, вход обнуле,ния которого заэемлен, при этом единичные выхопы второго и третьего триг. геров соединены с входами пятого и шестого формирователей соответственно, а инверсный выход третьего триггера соединен с входом седьмого фор-. мирователя, выход которого подключен ,к выходу восьмого формирователя;входФ последнего соединен с входом элемента НЕ и является входом блока управления, выходы дешифратора являютсяуправляющими выходами, выходы шестого и первого формирователей являютсясоответственно основным и дополнительным разрешающими выходами, выходы седьмого и третьего формнрова"телей - основным и дополнительнымзапрещающими выходами, а выходы пятого и второго - основным и дополнительным выходами обнуления счетчиков,причем выходы четвертого и шестогоформирователе" соединены между собой.джою упройе Составитель С,Потапов Редактор С,Патрушева Техред И.Попович КТирах 4 Государственн елам изобрете Москва, Ж5го коий и По митета СС открытий ская наб.