CS276153B6

CS276153B6 - Equipment for seismoacoustic monitoring of rock massif

Info

Publication number: CS276153B6
Application number: CS49390A
Authority: CS
Inventors: Tomas Ing Macek; Lubomir Matystak; Jaromir Ing Moravec; Jan Ing Horak; Eva Ing Travnickova
Original assignee: Vedeckovyzkumny Uhelny Ustav
Priority date: 1990-02-02
Filing date: 1990-02-02
Publication date: 1992-04-15
Also published as: CS9000493A2

Abstract

Zařízení sestává ze seismoakustického snímače (1), připojeného k důlní části tvořené pevným závěrem důlní jednotky (2), na jejímž vstupu jsou obvody (3) jiskrově bezpečného oddělení, na výstupu je jednotka (14) optoelektronického oddělení, připojená dvěma páry telefonního vedení k jednotce (17) propojení sériové komunikace a současně druhý výstup je připojen z jednotky (15) galvanického oddělení na obvody akustického připoslechu (21).The device consists of a seismoacoustic sensor (1), connected to the mining part formed by the fixed enclosure of the mining unit (2), at the input of which are the intrinsically safe separation circuits (3), at the output is the optoelectronic separation unit (14), connected by two pairs of telephone lines to the serial communication connection unit (17) and at the same time the second output is connected from the galvanic separation unit (15) to the acoustic monitoring circuits (21).

Description

Vynález se týká zařízení pro seismoakustické monitorování horninového masivu narušovaného hornickou činností. Je typický automatickým sběrem a zpracováním informací s možností přímého spojení sériovou linkou s počítačem, vyhodnocujícím z hlediska prognózy horských otřesů sledovaný region.The invention relates to a device for seismoacoustic monitoring of a rock mass disturbed by mining activity. It is typical for the automatic collection and processing of information with the possibility of a direct connection via a serial line to a computer, evaluating the monitored region in terms of the forecast of mountain tremors.

Seismoakustická činnost horninového masivu je při dlouhodobých provozních měřeních sledována u známých zařízení analogovým nebo číslicovým záznamem počtu přirozených horninových impulsů akustické frekvence, vznikající při porušování horninového masivu. V hlubinných dolech s nebezpečím výbuchu metanu jsou dosud nejrozšířenější číslicová zařízení pro nepřetržitá automatická měření seismoakustické aktivity v horninovém masivu, která zaznamenávají počty seismoakustických impulsů ve zvolené amplitudové úrovni a ve zvoleném časovém intervalu. Sledování případně určují další parametry zaznamenaných seismoakustických impulsů. Známa jsou rovněž velmi složitá analogově-číslicová zařízení, umožňující vyhodnocení některých vybraných parametrů seismoakustické aktivity vždy ve vzájemném vztahu při současných měřeních na dvou a více místech. V současné době jsou rovněž známá zařízení, která používají ke čtení dat z jednotlivých měřicích kanálů procesorovou jednotku, která umožňuje provozně i v reálném čase provádět hodnocení změřených informací. Všechna uvedená zařízení mají však jednu společnou nevýhodu, spočívají v dlouhých analogových trasách, spojujících snímače umístěné v horninovém masivu s měřicím zařízením, umístěném na povrchu. Měřená analogová veličina je tak po trasách v kilometrových délkách ovlivňována interferenčními vlivy a nelze ji rovněž měřit s potřebnou dynamikou.During long-term operational measurements, the seismoacoustic activity of the rock mass is monitored in known devices by analog or digital recording of the number of natural rock pulses of acoustic frequency, which arises during the failure of the rock mass. In deep mines with the risk of methane explosion, digital devices for continuous automatic measurements of seismoacoustic activity in the rock mass, which record the number of seismoacoustic pulses in the selected amplitude level and in the selected time interval, are still the most widespread. The monitoring may be determined by other parameters of the recorded seismoacoustic pulses. Very complex analog-digital devices are also known, enabling the evaluation of some selected parameters of seismoacoustic activity always in relation to each other during simultaneous measurements at two or more places. At present, devices are also known which use a processor unit to read data from individual measuring channels, which enables operational and real-time evaluation of the measured information. However, all these devices have one common disadvantage, they consist in long analog paths connecting sensors located in the rock mass with a measuring device located on the surface. The measured analog value is thus influenced by interference influences along the routes in kilometer lengths and it is also not possible to measure it with the required dynamics.

Uvedenou nevýhodu odstraňuje zařízení pro seismoakustické monitorování horninového masivu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že seismoakustický snímač je připojen na vstup ochranného obvodu, který tvoří s dalšími obvody důlní jednotku v pevném závěru a jehož výstup je spojen se vstupem zesilovače, jehož prvý výstup je spojen se vstupem su- . mačního obvodu, jehož výstup je přes jednotku galvanického oddělení spojen s obvodem výběru akustického připoslechu, který má výstup napojen na vstup zesilovače připoslechu, na . jehož výstup je zapojena reproduktorová soustava, přičemž druhý výstup zesilovače je spojen se vstupem usměrňovacího obvodu, který má výstup spojen se vstupem analogově-číslicového převodníku, jehož výstupy jsou spojeny přes propojovací obvod se vstupy jednočipového mikropočítače, ke kterému jsou připojeny rovněž vstupy s výstupy paměti dat a pevné paměti programu a na jehož výstupu je připojena jednotka optoelektronického oddělení, jejíž výstup je spojen kabeláží se vstupem jednotky sériové komunikace, jejíž výstup je spojen se vstupy povrchové jednotky sběru dat, ke které jsou připojeny jednak periferní jednotky a mikropočítač pro archivaci a vyhodnocení dat. Měřicí kanály, složené ze seismoakustického snímače, ochranných obvodů, zesilovače, usměrňovače obvodu a analogově-číslicového převodníku jsou čtyři a jsou zapojena na propojovací obvod. Důlních jednotek v pevném závěru může být až pět a jsou napájeny z důlní sítě a jsou připojeny jednak přes jednotky propojení sériové komunikace k povrchové jednotce sběru dat a zároveň přes jednotky galvanického oddělení k obvodu výběru akustického připoslechu.This disadvantage is eliminated by the device for seismoacoustic monitoring of rock mass according to the invention, the essence of which consists in that the seismoacoustic sensor is connected to the input of a protective circuit which forms with other circuits a mining unit in a fixed closure is connected to the su- input. circuit, the output of which is connected via a galvanic isolation unit to an acoustic monitoring selection circuit, the output of which is connected to the input of the monitoring amplifier, to. the output of which is connected to a loudspeaker system, the second output of the amplifier being connected to the input of a rectifier circuit having the output connected to the input of an analog-to-digital converter, the outputs of which are connected via a connecting circuit to data and fixed memory of the program and at the output of which is connected an optoelectronic separation unit, the output of which is connected by cabling to the input of a serial communication unit, the output of which is connected to inputs of a surface data acquisition unit to which peripheral units and a microcomputer are connected give. The measuring channels, consisting of a seismoacoustic sensor, protective circuits, amplifier, rectifier circuit and analog-to-digital converter, are four and are connected to the interconnection circuit. There can be up to five mining units in the fixed end and they are supplied from the mining network and are connected both via serial communication connection units to the surface data acquisition unit and at the same time via galvanic separation units to the acoustic monitoring circuit.

Zařízení pro seismoakustické monitorování horninového masivu podle vynálezu umožňuje provádět trvalý provozní záznam rozhodujících seismoakustických parametrů: dynamické čet·· nosti ve zvoleném intervalu a parametrů energie ve třech hladinách. Další vyšší účinek vynálezu spočívá v tom, že vzhledem ke krátkým důlním analogovým trasám mezi snímačem a důlní jednotkou v pevném závěru, jsou na minimum omezeny interferenční jevy, buzené technologickými důlními mechanismy. Naměřené údaje jsou v digitální formě přenášeny do povrchové jednotky sběru dat, kde jsou automaticky tříděny. Přímá řízení jednotky sběru dat mikropočítačem pro archivaci a vyhodnocování dat umožňuje další vyšší účinek, spočívající ve vyhodnocování dat, například stanovení časové prognózy v reálném Čase, aniž by byl jakkoli ovlivněn vlastní proces měření.The device for seismoacoustic monitoring of a rock mass according to the invention makes it possible to make a permanent operational record of decisive seismoacoustic parameters: dynamic frequencies in a selected interval and energy parameters in three levels. Another higher effect of the invention is that due to the short mine analog paths between the sensor and the mining unit in a fixed closure, interference phenomena induced by technological mining mechanisms are reduced to a minimum. The measured data are transmitted in digital form to the surface unit of data collection, where they are automatically sorted. The direct control of the data acquisition unit by the microcomputer for archiving and evaluating the data allows for a further higher effect of evaluating the data, for example the determination of a time forecast in real time, without in any way affecting the measurement process itself.

Na připojeném obrázku je schématicky znázorněno zařízení pro seismoakustické monitorování horninového masivu.The attached figure schematically shows a device for seismoacoustic monitoring of a rock mass.

Zařízení pro seismoakustické monitorování horninového masivu podle vynálezu sestáváThe device for seismoacoustic monitoring of a rock mass according to the invention consists of

CS 276 153 B6 2 ze seismoakustického snímače £, který je připojen kabeláží na vstup důlní jednotky v pevném závěru 2. Vstup vlastní důlní jednotky 2 v pevném závěru je tvořen ochrannými obvody £, které zabezpečují plnou jiskrovou bezpečnost vstupní části. Výstup těchto obvodů je připojen na zesilovač £, který daný signál zesílí a odtud je přiveden jednak na vstup sumačního obvodu 2 akustického připoslechu a zároveň na usměrňovači obvod 6. Z výstupu usměrnovacího obvodu £ je signál přiváděn na vstup analogově-číslicového převodníku 2· Takto popsané měřicí kanály jsou v důlní jednotce v pevném závěru 2 celkem čtyři. Výstupy analogově-číslicových převodníků 2 jsou pak přes propojovací obvod £ přivedeny na jednočipový mikropočítač £0. Na jeho sběrnice jsou rovněž připojeny pevná paměí programu £ a paměí dat 11. Napájení důlní jednotky v pevném závěru 2 je zabezpečeno z důlní sítě 16, která je připojena nevýbušným kabelem na vstup napájeného zdroje 12, jehož výstupy jsou připojeny na jednotku usměrňovačů a stabilizátorů £2· Přenos digitálních dat z dolu na povrch řídí jednočipový mikropočítač 10 a děje se prostřednictvím jednotky optoelektronického oddělení 14/ které odděluje obvody jiskrově bezpečné od obvodů v normálním provedení. Důlní část přenosové trasy musí být zabezpečena nevýbušným kabelem. Na povrchu je tato přenosová trasa přivedena do jednotky propojení sériové komunikace 17. Výstupy této jednotky jsou již přímo přivedeny na vstupy povrchové jednotky sběru dat 19, která je konstrukčně uzpůsobená tak, že umožňuje připojení až pěti důlních jednotek v pevném závěru 2. Pro zobrazení a výpis zaznamenaných informací v reálném čase jsou k povrchové jednotce sběru dat 19 připojeny periferní jednotky £0. Vlastní vyhodnocení a ukládání seismoakustických informací je prováděno mikropočítačem pro archivaci a vyhodnocení dat 23, který je připojen k povrchové jednotce sběru dat 19. Analogový připoslech monitorovaných seismoakustických impuslů je prováděn samostatným přenosovým kanálem, tvořeným jednotkou galvanického oddělení £5, do které je přiváděn signál. . .CS 276 153 B6 2 from a seismoacoustic sensor £, which is connected by cabling to the input of the mining unit in the fixed closure 2. The input of the mining unit 2 itself in the fixed closure is formed by protective circuits £ which ensure full intrinsic safety of the inlet part. The output of these circuits is connected to an amplifier £, which amplifies the signal and from there is fed to the input of the summation circuit 2 of acoustic listening and also to the rectifier circuit 6. From the output of the rectifier circuit 6 the signal is fed to the input of analog-to-digital converter 2. there are a total of four measuring channels in the mining unit in the fixed end 2. The outputs of the analog-to-digital converters 2 are then fed to the single-chip microcomputer £ 0 via the interconnection circuit £. Fixed program memory £ and data memory 11 are also connected to its bus. 2 · The transmission of digital data from the mine to the surface is controlled by a single-chip microcomputer 10 and takes place by means of an optoelectronic separation unit 14 / which separates the intrinsically safe circuits from the circuits in the normal design. The mining part of the transmission path must be secured with a non-explosive cable. On the surface, this transmission path is fed to the serial communication link unit 17. The outputs of this unit are already fed directly to the inputs of the surface data acquisition unit 19, which is designed to allow the connection of up to five mining units at a fixed end 2. To display and A list of recorded information in real time, peripheral units £ 0 are connected to the surface data acquisition unit 19. The actual evaluation and storage of seismoacoustic information is performed by a microcomputer for archiving and evaluating data 23, which is connected to a surface data acquisition unit 19. Analogue monitoring of monitored seismoacoustic pulses is performed by a separate transmission channel formed by galvanic separation unit £ 5 to which the signal is fed. . .

Zařízení dle vynálezu může být použito k prognóze a prevenci nebezpečných dynamických jevů horninového masivu, vyvolaných hornickou činností. Vzhledem k jiskrové bezpečnosti vstupních obvodů a nevýbušného provedení důlní jednotky v pevném závěru, je uvedené zařízení použitelné i v prostředí s nebezpečím výbuchu a snímače v prostředí se zvýšeným nebezpečím výbuchu, například v plynujících dolech. Navíc koncepce popsaného zařízení zajištuje minimální vlivy interferenčních jevů, jednoduchou technickou realizaci vzhledem k absenci dlouhých analogových přenosových tras a plnou automatizaci procesoru zpracování dat.The device according to the invention can be used for the prognosis and prevention of dangerous dynamic phenomena of a rock mass caused by mining activity. Due to the intrinsic safety of the input circuits and the non-explosive design of the mining unit in a fixed enclosure, the device can also be used in potentially explosive atmospheres and sensors in environments with increased risk of explosion, for example in gaseous mines. In addition, the concept of the described device ensures minimal effects of interference phenomena, simple technical implementation due to the absence of long analog transmission paths and full automation of the data processing processor.

Claims

PATENT CLAIMS

Device for seismoacoustic monitoring of rock mass, consisting of seismoacoustic sensors, connecting cabling, mining unit in a fixed enclosure, surface units for data collection, acoustic monitoring and microcomputers for data archiving and evaluation, characterized in that the seismoacoustic sensor (1) is connected to the input of the protection circuit (3), which together with other circuits forms a mining unit in a fixed closure (2) and whose output is connected to the input of an amplifier (4), the first output of which is connected to the input of a summing circuit (5) connected via a galvanic isolation unit (15) to an acoustic monitoring circuit (18) having an output connected to the input of a listening amplifier (21), the output of which is connected to a loudspeaker system (22), the second output of the amplifier (4) being connected to the input of a rectifier circuit (6), which has an output connected to the input of an analog-to-digital converter (7), the outputs of which are connected via an interconnection circuit (8) to the inputs of a single-chip mi a computer (10) to which the inputs and outputs of the data memory (11) and the fixed memory of the program (9) are also connected, and at the output of which an optoelectronic compartment unit (14) is connected, the output of which is connected by cabling to the input of the serial communication unit (17). ), the output of which is connected to the inputs of a surface data acquisition unit (19), to which peripheral units (20) and a microcomputer for archiving and evaluating data (23) are connected.

CS 276 153 B6

2. A device for seismoacoustic monitoring of a rock mass according to claim 1, characterized in that measuring channels consisting of a seismoacoustic sensor (1), protective circuits (3), an amplifier (4), a rectifier circuit (6) and an analog-to-digital converter ( 7) are four and are connected to the interconnection circuit (8).

3. A device for seismoacoustic monitoring of a rock mass according to items 1 and 2, characterized in that the mining units in the fixed closure (2) can be up to five and are supplied from the mining network (16) and are connected via serial communication units ( 17) to the surface data acquisition unit and at the same time via the galvanic separation units (15) to the acoustic monitoring selection circuit (18).