DE1698658C - Meßanordnung zur Identifizierung und gegebenenfalls Starkenmessung unterschied hcher Gebirgsschichten im Bergbau - Google Patents

Description

I 698 658

I)Iu Erfindung betrifft eine zur Identifizierung und gen und dort deren Knpnzitäl (Frequenz) uml Dllmp-

gegebenenfulls SlilrkcninesMing unterschiedlicher CIo- fung zu messen.

birgsschkhten, namentlich von Gestein»* uml Kohle· Bei dic&en Anordnungen ibt es nicht möglich, den

schichten ilieneiulo Meßunordnung, die einen clektrl· Einfluß eines l.uflspaltcK zwialien dem Abstrahier des sehen lloehfrequen/sehwingkreiä mit einem Abstrah· δ HochfrequeiUM-hwingkrciscs und der /u Identifizieren-

ler luifweist, der Über eine Gebirgssehidit geführt den Schicht auwustlialun. Das nuiilit es im Ergebnis

wird, um die Resonanzfrequenz und die Resonanz- unmc'glieh. KupiuiUU uml Dämpfung elektrischer

spinnning /u messen. Wellen zur Steuerung von Gewinnungsmaschinen im

Die Identifizierung und gegebenenfalls Slllrken- Bergbau zu benutzen. Solche Gewinnungsmaschinen messung von Gehirgssdiiehtcn dient unter andere in im io lassen sich nämlich nicht «· fahren, daß der Abstrahier

Steinkohlenbergbau zur Steuerung von Ciewinnungs- dauernd unmittelbar über der Schicht gehalten svird.

maschinen im weitesten Sinne; da/u gehören auch Deshalb Meilen sich um Abstrahier Luftspalt« wech-

Uohrmasthinen, mit denen Bohrungen in einer vorge- selnder Slüike ein. welche die Mellsverte verfälschen,

gebcncn Schicht gehalten werden sollen. Die dazu be- Diese sind so erhel-lidi. dal) derartige Anordnungen nutzten Meßgeräte sollen es ermöglichen, den bei im- 1.3 für praktische Hedüifnisse lusher unbrauchbar Waren,

gewollten Abweichungen der Maschine sich einstellen- ' Der Frfmdung liegt als technische Aufgabe das

den cihöhten Verschleiß /u vermeiden und die Herein- I'rohkm /ngrtiiule, eine Meßanordnung der eingangs

gewinnung unerwünschter Gebirgsbestandteile durch genannten Art /u schaffen, in der der t inlluß des Luft-

die Musdiine /u veihindern. Spaltes beseitigt ist.

Zu diesem /weck sind Meßanordnungen bekannt, ao Gemäß dein Grundgedanken de-r I il'uulung i-^t

die mit radioaktiven Isotopen arbeiten. Allerdings hier/u vorgesehen, d.ili zur Ikrücksiihtigung des FuIt-

wird hierbei /ur Frmittlung des gewünschten Meß- Spaltes zwischen Abstiahkr und Gebirgsschicht die

wertes viel Zeit benötigt. Andererseits ist der /um jeweils gcniesciie ResonauzfriO₁UeH/: und Resonanz-

Scliiit/ von Menschen und Einrichtungen gegen die spannung mit den diesen (!reiten entsprechenden

Einwirkungen der radioaktiven Strahlung notwendige as Werten vmi Funktionen verglichen werden, die für

Aufwand zu groll jede der angetroffenen Gebirpisehichten den Zusani-

Aiulere Meßanordnungen benutzen die unterschied- menhang von I uflspaltyflO einerseits und Resonan/.-

liche Hiiile von (iestein und Kohle zur Gewinnung spannung sowie Resonanzfrequenz andererseits wie-

cines Meßwertes. Voraussetzung ist dann das Vor- dergeben.

huudensein ausgeprägter llarteunterschiede der (ie- 30 lki Annäherung de:; Abstrahlers des Hochfrequenz·

birgs- bzw. der Circn/sehiehten. Diese Hedingungen Schwingkreises an eine ^egehene Schicht tritt infolge

erfüllen nicht alle Lagerstätten in ausreichendem der gegenüber Luft grelleren Diclcktrizitiitskoiistante

Maße. Außerdem ist der Verschleiß der eigentlichen eine Verschiebung der Resonanzfrequenz iu;eh tieferen

Meßwerkzeuge sehr hoch, wodurch sich zusätzliche Werten auf. Gleichzeitig wird wegen der größeren

Schwierigkeiten einstellen. 35 Dämpfung, die der zu messende· Stoff herbeiführt, die

Nach dem eingangs genannten und ebenfalls vorbe- Amplitude der Resonanzspaiiniing kleiner. Fs würde

kannten Meßverfahren lassen sieh Meßgeräte bauen, nun nicht genügen, wenn nur der Finlluß des Veilu-.t-

die die oben beschriebenen Schwierigkeiten und Nach- winkeis der Gebirgssehidit gemessen würde, da dieser

teile beheben, weil sie auf rein elektrischer Basis arbei- auch vom eventuell vorhandenen Abstand des MeIl-

ten. Diese MeUanordnungen beruhen darauf, daß sich 40 kondensator von der'(leitschicht abhängig ist uml

die Werte für den Vc-Mustwinkel Ig-) und für die die demzufolge für Kohle und (iestein bei jeweils unter-

Flcktrizitütskonstante >_r für Kohle und (iestein meß- sehiedliehen Abstanden des Atislrahlers von der

bar voneinander unterscheiden. Das gilt auch für Gebirgsschicht gleiche Veihi-.twmkel gemessen wiir-

amlcre (iebiryssdiichten. ilen.

Bekanntlich enthalt ein Hochfreqiien/?.thwingkrc-is 45 Der deiche NKüfdikr tntt aiuh dann auf, wenn

neben einer Induktivität und einem Obinschen Ver- nur de-r I inlluß der Diclektii/itätskoiistanten auf den

lustwiderstand einen kapazitiven Widerstand, den der vom Abstrahier mit tier (iebirgssehicht gebildeten

Ab trahler ergibt, weil er mit der jeweiligen (iebirgs- Meßkondensitor durch Messung tier Resonanzfre·-

sehidit einen Kondensator bildet. Dadurch führt eine qiieri/ des Hochfrequenzschwintkreises ausgewertet

Änderung der Gebirgsschicht zu einer veiändeite-n 50 würde. Auch in diesvüi Falle würde man bei Abheben

Kapazität des Kreises, die ihrerseits eine Resonanz- des Ab trahler-. \on der (icbirj>schiebt gleiche Di-

frequen/iinderung zur Folgeh.it. Auf diese Weise er- dcktri/it.itskonstanten 1 ei unterschiedlidien Stiffen

inodidit eine Messung der jeweiligen Resonanz- je η :di ilcin mrlundcnen M ^taiid des Abstrahiere

spanminj· die lclcntituicrung der (iebirgs.chicht. von der zu niesenden (iebir^sihiiht feststellen.

Im einzelnen i,t es bekannt, die Änderung am Ab- 55 Uci der errmdungsgintjl'eii NKIl.inordnung wird

strahler mit einem durch iiuße-re Fiiilliiv.e nicht, he- hingegen zunächst der für jede du zu identifizierenden

einlliißbareii Oszillator zu vergleichen. Solche Geräte Gebirgsschichten i;iilligc '/usamnienhang von Reso-

siml für ßcophysikalisfhc Messungen vorgeschlagen nanzspannuuj· uml Uesonan/frequenziindcrung hei

worden Allci'ilings sind bei derartigeiv (ierfiten!die Von abnehmenden l.ul'tspalien l.e.liinint, wobei diese

den (iebirgs.schiciiteu ausgehenden Dämi'ifungsersehei- ßo Fiinkiioiien etwa für Kohle und Gestein iliarakte-

minien verschiedener Schichten nur durch Anordnung rislisdi \oiKin.iiukr unlersdnuden. Man ei hält auf

von OhnisdiL-n Widcistamleii meßbar. diese Weise; für eine gegebene (iebirgsschicht aus einer

Hei einem anderen bekannten (ieiät, das bei der Vielzahl von Kursen, welche die Funklion von r/- und Kohlesorlierung als Metalldetektor dient, Resonanzfrequenz, uml Resonanzspaiiniing für verwird eine Amplitudenregelung vorgenommen. Schließ- 65 schicdene Luft-palte wk-dergdien, eine= Summenkurve, lieh ist bereits vorgeschlagen wonlen, zur lliforschung welche- den Finllnl) des Luft'.pillei berücksichtigt, von Gesteinsschichten in Bergwerken elektrische Diese Sinnmenkurven, ilie etwa für Kohle und Gestein ik in Strecken oder Bohrlöchern anz.ubrin- aufgenommen weiden, unterscheiden sich hinreichend

voneinander, Infolgedessen kanu durch die einfneho schicht mit bestimmtem Material, so wird z. Ii. bot Feststellung, ob ein tntsllchlieh gem-jssenor Wert uuf der Freiiuen/ /'_a die Rosoiiunzkurve R._t mit der der einen oder der anderen Suiuinenkurvo liegt, fest- Resonanz.spunming V_t gemessen. Winl der Abgestellt werden, um welche Clebirgssehicht es sich strahier nunmehr einer Kohlenoherfläehe so weit handelt. 5 geiiilhcrl, dall sich wieder die /.uvor gemessene Rc-

Bei einer praktischen Amfülmingsform der Rr- souaty/.spunming U_t einstellt, st· i»t festzustellen, dall llndung wird für die Uestimiming der Resonanz:· zu dieser' Resonan/sp.intuing V_t nunmehr die Kefreiiuon/.lnileriing eine an sich bekannte NuehMlmm- sonaiizfrequenz. /, der Reson.inzkurve R₁' geholt, schaltung verwendet, deren Nachstimmspanuung Wird tier Melikondensator unter lleilwlialtiing der gleichzeitig mit der Resoniiiizspunnung /ur lclenti- »α Freiiuen/../', der Cjcblclnsohcrllilchu auf einen beli/ieruug der .Schicht dient. Dies kann beispielsweise so sliminleii Abstand geiiähect, so ergibt siih die Regeschehen, ilnU die Niiehslimmspnnnung für Ciestein souanzkurve R₁ mit der zugehörigen Frequenz/, und gleich Null gesct/t wird, so daß jeder Ausschlag des der Rcsonan/spanniing Γ,

Meßgerätes das Vorhandensein, gegebenenfalls auch Das Diagramm zeigt deutlich, dall sieh jeweils

die Stilrkc der unschließenden Kohleschieht wieder- 13 einzeln, unabhängig vom festzustellenden Material

gibt. entweder gleiche Resonanz.paiinungswerlc oder (Reiche

Bei einer anderen praktischen AusNihruiigsform der Resonanzfrcquenzweile bei unterschiedlichen Ab

erfindung.gemäßen Meßanordnung wird zur fest- ständen des MeBkoiulensatnrs von der Malerial-

stcllurig der Circße der Resonan/frequen/änderung oberfläche feststellen lassen.

ein Oszillator verwendet, der im bestimmten Zeit- a° Die Verbindung aller Rcsoiian/.spaunung-.punkle

Intervall kontinuierlich in der Frequenz durchstinuu bei uiiteischiedlichcn Ab-aäiulen und Materialien in

bar ist. Dieser Oszillator benutzI bei Frreichen der den liebirgssilikhteii ergeben den Verlauf der Kurve I

Resonanzfrequenz des Schwingkreises ein weiter- für Kohle und Il für Ciestein.

verwertbares Signal, z. B. durch eine Messung der für Fine praktische Aiisführtmgsform der Mi-IUn-

den diirchstimmbaren Oszillator benötigten Spannung »5 oidnung ist in I i μ. 5 dargestellt,

der Durehstimnuinordnung. Der Melikondensator C'„, ist mit dem Resonanz

Die Frlindimg wird nachfolgend an Hand der kreis, bestehend ms I₁ und C veibuiideii. Diener

Figuren näher erläutert; es zeigt Resonanzkreis wird von einem z. Ii dtiuh eine

F i g. I schematisch einen llochfrequenzschwing- spannungsabhängige Kapazitätsdiode/)« in seiner

kreis zur Erläuterung des Meüprinzips der Meß- 3" Frequenz veränderlichen Oszillator O_x über n gespeist,

anordnung gemäß der I rfindung, Eine an sii Ii bekannte Naehstimmsehiiltung V. die

F i g. 2 ein Diagramm zur Wiedergabe der oben von der am Schwingkreis / ,. C auftretenden Spannung

erläuterten Resonanzkurven für Kohle und Ciestein, über b geregelt wird, sorit dafür, dal) über 1 die

F i g. 3 eine erste Ausführungsforni der crfindimgs- Kapazitätsdiode Pk den Oszillator O₁ immer auf die

gemäßen Meßanordnung und 35 Resonanzfrequenz des Schwingkreise, der aus C',„, /-

F i g. Λ eine abgeänderte Ausführiingsform der 'und Γ besteht, einstellt. Mithin ist die (iröHe der Nach-

Filindung. stimmspannung, die der Diode /)« zugeführt wird,

In Fig. 1 ist ein Hochfrequen/sehwingkreis dar- ein Mall für die Veränderung der im Kreis (',„, /...

gestellt. Der eigentliche Schwingkreis ist mit C und L₂ und ( infolge der Aimäheium. des Abstrahier-» au das

festgelegt, während mit C₁₁, der vom Abstrahier mit 4° festzustellende Material auftretenden Resonanz-

der GeHrij.ssihkht gebildete MeGkondensator be- frequenz.

zeichnet ist. (Her /., wird der Schwingkreis in seiner Damit nun heule Kriterien für die Mateiialfest-Resonanzfrequenz erregt. Fs tritt nun bei der An- -stellung, nünlkh die Hi he der Resoiian/spannting iiäherung des Meßkondensators C_1n an die fest/u- und das M.dl der f lequni/ändening ausgewertet stellende Schicht infolge der gegenüber I lift größeren 45 werden ki nr.en, um tladuii.h eine Au-.viie darüber «-ti Dielektiizitatskonstanlen t, eine Verschiebung der erhallen, um welches Material es sich bei dei an-Reson.ui/frequenz nach tieferen Wirten hin auf. genabelten (jcbirk's.si-hkht handelt, wird eine hier Cikich/citig wild wef ender griL'eien Dämpfung durch nicht näher zu erläuternde, weil bekannte Differenziell zu messenden Stoff 111 der liebirgssehkht die si haltung verwendet, bei der die auf den I eitumvn h Amplitude der Resonaiuspannunj; gesenkt. Die 5° und < v< rhaiuleneu (ikiih.|)annungu /', (I eitung b) Resonanzspaniuing kann über einen Kondensator C₁ und i. Il eitiini; 1) derart t-yj-ynsinnig zueinander an einer Diode/), und über einen Fntkopplungs- gesiii.dta sind Fill das Maß dieser Dilferen/ als wiilerstand W₁ an der Klemmei, gegen Masse ge- Xuss.ii^n lie für die I ■ st .1-. llung der MateiuleiiiciiniesM'ii weiden. sihaft heran.iie'oi'en λ ei den kann.

F i ι;. 2 /ei M den Verlauf der Re.onanzkiirven des 55 line ·■> ilere Aiisfuhiungfoim dir Filiihluii·.- /eijt

SchwiiiL-kieises mit dem Meßkoniknsator (Abstrahier) Fig. (, die limsiiliilich <lei AiiAUThin;' nn 1. In hki.il

Cn für Kohle und C!eiltin. Fs handelt sich dabei um der interessierenden Mcl.'i-;ioFicn /.um /wecke der

eine sihcniatische Darstellung ohne Anspruch auf Feststellung des Materials in der Sehi. lil am AlMrahler

numeri.sche F.xaktheit. " gegenüber der Anordnung uaeli F i ;.-:. 1 j;väni|..il ist.

In dem Diagramm sind /ur LiläulL-ruug vier fio Der Melikondensator (',„ isi wieder mit deni Re-

Resonanzkiirveii /?,„ R₁, R_x und H₂ be/eiihncl, und snnanzkreis aus L> und C verbunden. Dieser Re-

'zwar einmal die Resonan/kurve/?„ des Schwing- son.in/krcis wild ebenso, wie im /usauiinimluini-; mit

kreises mit dem Melikondensator C₁₁₁, wenn der Ab- F i;;. I bereits erläutert, vmi einem /.. Ii. durch eine

strahler sich nicht vor einer Ciehiii.sschii hl belindet, spannungsabh.inßige Καρ.ι 'iiittsdinde /)j,- in :...-iuer

also in die Luft ragt. Naturgemäß ist vver;en der kleinen fi5 Frequenz veränderikhen Oszillator (», über ii gespeist.

riümpdmg die Resonanzspaiinuiu; ('„ bei der Re- Die Vcräiuleiimg der 1 lequcnz des Oszillators (>,

sonaiufrequenz /,, am größten. Mahnl sieh mm der wird mit Hilfe eines weilereir Os/illators (>_t durch-

Meükondensator bzw. der Abstrahier einer Gesteins- gefühlt, der die für die I requenziinderung vom

Or₁O, vorhandene Kapazitätsdiode Dk mil einem χ. B. sägczahnähnlichcn Spuniumgsvcrlaiif über d speist.

Vorher muß jedoch diese Spannung eine sogenannte Weiche W passieren. Die durch O₁ erzeugte und mit /)λ veränderliche Frequenz wird beim Frreichcn der durch L·, C und C_n, bestimmten Resonanzfrequenz eine maximale Spannung an diesem Kreis erzeugen, faicsc Resonan/spannimg wird über c in einer Dif-■fercnzschallung /' einmal mit sich selbst und zum andern als Schaltspannung für das Tor T\ über j benutzt. Im lalle der Resonanzspannung wird nämlich die weitere Durchstimmung angehallen und die der Resonanzfrequenz zuzuordnende Spannung an O₂ über T₂ und £ der Diffcrcnzschaltung D zum Zwecke der weiteren Auswertung zugeführt. In dieser Diffcrenzschallung werden die über e und g zugeführten Sptinnungen verglichen und ergeben damit eine Aussage über die Art des festzustellenden Materials in der betreffenden Gcbiigsschicht.

Fs ist selbstverständlich, daß die Messung auch quantitativ erfolgen l.ann und daß die Anordnung sich in eine beliebige Gewinnungsmaschine einbauen läßt, um als Meßanordnung für eine Regelgröße zu dicneii, welche die Gewinnungswerkzeuge entsprechend as

verstellt. _ .. _f

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Zur Identifizierung und gegebenenfalls Stärkemessung unterschiedlicher Gebirgsschichtcn.

namentlich von Gesteins- und angrenzenden Kohlcschichten dienende Meßanordnung, die einen elektrischen Iloclifrcqucnzschwingkrcis mit einem Abstrahier aufweist, der über eine: Ucbirgsschichl geführt wird, um die Resonanzfrequenz und die Rcsonanzspannung zu messen, dadurch gekennzeichnet, daß zur' Berücksichtigung des Luflspallcs zwischen Abstrahier und Gebirgsschicht, die jeweils gemessene Resonanzfrequenz und Rcsonanzspannung mit den diesen Größen entsprechenden Werten von 1 unktionen \erglichen werden, die für jede der angetroffenen Gcbirgsschichtcn den Zusammenhang von Luftspaltgrüßc einerseits und Rcsonanzspannung sowie Resonanzfrequenz andererseits wiedergeben.

2. Meßanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an sich bekannte Nachstimmschaltung, deren Nachstimmspaiinung zur Identifizierung der Schicht bestimmbar ist.

3. Meßanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen in bestimmten Zeitintervallen kontinuierlich in der Frequenz durchstimmbarcn Oszillator zur Feststellung der Größe der Resonanzfrcquenzänderung, der bei Erreichen der Resonanzfrequenz des Schwingkreises ein weiter verwertbares Signal, z. B. durch Messen der für den durchstimmbarcn Oszillator benötigten Spannung der üurchstimmanordnun'g, benut7.t.

Hierzu 1 E!stt Zeichnungen