Przedmiotem wynalazku jest sposób i urzadzenie do prognozowania miejsc zagrozonych tapaniami i zawalami górniczymi przeznaczony do okreslania zmian stanu naprezen górotworu.Znane dotychczas sposoby elektromagnetyczne chyrakteryzuja sie stosowaniem urzadzen wieloelektrodowego profilowania opornosci badz stosowaniem wysokoczestotliwosciowych urza¬ dzen profilowania indukcyjnego w tym tak zwanego przeswietlania radiotalowego. Urzadzenia indukcyjne sprowadzaja sie do dipolowej emisji fali elektromagnetycznej i pomiarujej skladowych.Dotychczas stosowane urzadzenia charakteryzuja sie mala czuloscia, brakiem mozliwosci elimina¬ cji zaklócen wywolywanych technicznym uzbrojeniem wyrobisk górniczych oraz brakiem zabez¬ pieczenia identycznosci pomiarów z uplywem czasu.Sposób prognozowania wedlug wynalazku, charakteryzuje sie tym, ze strefy zagrozenia tapaniami i zawalami górniczymi ustala sie przez obserwacje znormalizowanych zmian amplitudy i fazy elektromagnetycznego sygnalu kodowego wytworzonego w antenie nadawczej przez genera¬ tor elektroniczny i odebranego przez anteny odbiorcze w odstepach czasowych droga systematy¬ cznych powtórzen pomiarów i wydzielania stref anomalnych zmian gradientu czasowego amplitudy i fazy sygnalów elektromagnetycznych, a nastepnie przez porównanie kodu tych zman ze zmianami wzorcowymi pomiarów elektromagnetycznych amplitudy i fazy uzyskanymi doswiad¬ czalnie w skali laboratoryjnej dla danej kopalni prognozuje sie wedlug wielkosci i charakteru uzyskanych anomalii bezpieczny okres pobytu w strefie zagrozenia tapaniami oraz skutecznosc podjetych zabiegów przeciw zawalowych. .Urzadzenie wedlug wynalazku, charakteryzuje sie tym, ze na karkasie utworzonym z pla¬ szczyzn dwóch ram polaczonych na zawiasie o kacie rozwarcia regulowanym katomierzem nawi¬ niety jest kabel stanowiacy antene nadawcza. W centralnej czesci poziomej ramy karkasu na statywie w srodku przeciecia sie osi symetrii obu plaszczyzn karkasu umieszczonyjest zestaw trzech anten odbiorczych, korzystnie o jednakowych czulosciach, z których pierwsza antena odbiorcza jest prostopadla do jednej plaszczyzny ramy, druga antena odbiorcza jest prostopadla do drugiej plaszczyzny ramy, a trzecia antena odbiorcza jest równolegla do obu plaszczyzn ram. Antena nadawcza zasilana jest ze zródla pradu poprzez generator elektroniczny formujacy przebieg2 128 488 pradowy skladajacy sie z wielu przebiegów cyklicznych o okreslonym stosunku amplitudy nateze¬ nia pradu i ich przesunieciach fazowych najkorzystniej w pasmie czestotliwosci 0,05-100 Hz.Zródlo pradu sprzezone jest z ukladem pomiarowym polaczonym z jednej strony z rejestratorem a z drugiej strony poprzez multiplekser polaczony kablem z antenami odbiorczymi.Sposób i urzadzenie jest proste w obsludze i tanie w realizacji. Zapewnia zarówno bezposred¬ nia obserwacje zmian stanu naprezen górotworu w kopalni jak i prognozowanie zachodzacych zjawisk fizycznych w górotworze.Wynalazek zostanie blizej objasniony w przykladzie wykonania przedstawionym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat urzadzenia, fig. 2 — schemat pomiarów elektromagnety¬ cznych i wydzielania stref zagrozenia tapaniami i zawalami górniczymi.Na karkas 1 utworzony z plaszczyzny dwóch ram polaczonych na zawiasie 2 o kacie rozwarcia regulowanym wedlug katomierza 3 nawija sie obwód indukcyjny kabla, pozwalajacy uzyskac indukcje najkorzystniej w granicach 100-1000 amperozwój/metr powierzchni sumy plaszczyzn ramki. W centralnej czesci poziomej ramki karkasu 1 na statywie 5, najkorzystniej w srodku przeciecia sie osi symetrii obu plaszczyzn karkasu, umieszcza sie zestaw trzech identycznych anten odbiorczych 6, 7 i 8, z których antena 6 jest prostopadla do jednej plaszczyzny ramy, antena odbiorcza 7 do drugiej plaszczyzny ramy, a antena odbiorcza 8 jest równolegla do obu tych plaszczyzn.Antene nadawcza 4 zasila sie ze zródla pradu 9 poprzez generator elektroniczny 10 formujacy przebieg pradowy skladajacy sie z kilku przebiegów cyklicznych o okreslonym stosunku amplitudy natezenia pradu i ich przesunieciach fazowych, najkorzystniej w pasmie czestotliwosci 0,05-100 Hz. Wzajemne relacje miedzy amplitudami i fazami przebiegów ustala sie w generatorze elektronicznym 10 w oparciu o taka charakterystyke amplitudowa i fazowa anten odbiorczych 6, 7 i 8, aby sygnaly odbierane przez te anteny w przestrzeni jednorodnej (pudle izolacyjnym) posiadaly praktycznie jednakowa amplitude, a charakterystyka fazowa prosta strukture np. zdefi¬ niowana wedlug kryterium rozkladu harmonicznego wzgledem najnizszej czestotliwosci. Ten element konstrukcji anteny nadawczej 4 i anten odbiorczych 6, 7, 8 zapewnia mozliwosc bardzo czulych obserwacji anomalnych zmian struktury amplitudowej fazowej charakterystyki splotu elektromagnetycznego sygnalu wzgledem jednej wybranej (jako bazowa) czestotliwosci niezaleznie od struktury ukladu geometrycznego emisji i pomiaru fal elektromagnetycznych. Jest to w ukladzie pierwszy stopien zabezpieczenia wydzielenia tzw. geofizycznego efektu czystej anomalii.Anteny odbiorcze 6, 7, 8 tworzy sie przez nawiniecie na trzy identyczne rdzenie permalojowe o srednicy 5 cm i dlugosci 0,8 m identycznej ilosci (ponad 1 min) zwojów i obudowanie ich tworzy¬ wem izolacyjnym. Obwody indukcyjne anten odbiorczych 6,8 laczy sie w sposób kompensacyjny, a osie ich kieruje sie prostopadle do odpowiednich dwóch plaszczyzn karkasu 1 obwodu indukcyj¬ nego anteny nadawczej 4. Konstrukcja ta zabezpiecza calkowita kompensacje sygnalów bezpo¬ srednio indukowanych przez antene nadawcza 4 oraz sygnalów przekazywanych przez calkowicie jednorodny górotwór. Stad tez kat rozwarcia plaszczyzn karkasu 1 okreslony katomierzem 3 winien byc równy katowi rozwarcia anten odbiorczych 6 i 7.Przez umieszczenie anteny odbiorczej 8 równolegle do obu plaszczyzn karkasu 1 wyklucza sie równiez mozliwosc odbioru sygnalów bezposrednio indukowanych przez antene nadawcza 4 i pochodzacych odjednorodnego górotworu. W ten sposób w calosci uklad anten odbiorczych 6,7,8 daje drugi stopien zabezpieczenia uzyskania tzw. geofizycznego efektu czystej anomalii pochodza¬ cej od niejednorodnosci górotworu tj. anomalii statycznej — okreslanej czynnikami geologicznymi i anomalii dynamicznej — okreslonej stanem naprezenia górotworu lub znajdujacych sie w jego przestrzeni porowej gazów. Wywolane niejednorodnym górotworem w antenach odbiorczych 6 i 7 sygnaly przekazuje sie kablem 11, a w antenie odbiorczej 8 kablem 12 do multipleksera 13 skad sekwencyjnie mierzy sie je ukladem pomiarowym 14 skladajacym sie z woltomierza i fazomierza oraz zapisuje sie na nosniku magnetycznym dla celów komputerowego przetwarzania rejestrato¬ rem 15, który jednoczesnie dla analiz biezacych wyposazony jest w rejestrator analogowy z mozliwoscia porównawczego zestawienia pomiarów z róznych odstepów czasowych w celu bezpo¬ sredniej oceny zmian zachodzacych w tym czasie w górotworze.Urzadzenie wedlug wynalazku umieszczone na wózku 16 przemieszcza sie wzdluz wyrobiska górniczego 17 i dokonuje sie pomiarów w funkcji czestotliwosci splotu f i polozenie x pomiarów128 488 3 wielkosci: — amplitudy sygnalu absolutnego — a(f, x); — amplitudy sygnalu wzgledem czestotli¬ wosci bazowej — a(f, x); — przesuniecia fazowego w/gledcm natezenia pnfdu w obwodzie induk¬ cyjnym 1(1")— Dla kazdej czestotliwosci fk(k = 1,2... m) i polozenia punktu pomiarowego xii = 1,2... n) obli¬ cza sie wielkosci: opornosci (Apa-kp) =_a; (Apa, kP) = iL polaryzacji (A^-kr,) = tg przenikalnosci elektrycznej I 1 + T i (Aea • L) = _!_ • ! ; (Aea, k<) = a-f l+ctg ** Niezdefiniowane wspólczynniki skojarzeniowe: kP, kp, kn, kn, k*, k* w przypadku badania zmian stanu naprezen górotworu od czasu „to" w czasach t j, t2....tmeliminuje sie w zaleznosci funkcyjnych równania (1) poprzez znormalizowanie (podzielenie) ich przez wartosci te otrzymane w czasie „t0%% to jest obliczanie zamiast wartosci równania (1) wedlug zaleznosci nastepujacych zmian w czasie t: Apa(t)=_^^_; Ap^=ik^L HtKKto) Kt)/I(to) tg<*° ; Aga- *** (2) tg^Kto) tgvKto) 4* Aea(t) = l^/l^ '.- 1+ctgrfto)-. Ae* = I(tVI(t0) . 1+ctgyKto) a(t)/a(t0) 1+ctg^t) ' a(t)/a*(to) l+ctg(t) Dla kazdego czasu li, t2 tn wartosci Apa, Apa dla kazdej czestotliwosci f i x zestawia sie w postaci „mapy" izolinii 18, najkorzystniej z przyjeta skala logarytmiczna na osi l/f i liniowa wzdluz osi x. W podobny sposób w postaci map izolinii 18 przedstawia sie rozklad wilekosci Arja, Arja, Aea, Aea. Na mapach izolinii 18 strefom zwiekszajacych sie cisnien górotworu 19 odpowiada w zaleznosci od rodzaju skal ustalony na etapie doswiadczalnych badan laboratoryjnych dla danej kopalni, specyficzny laczny rozklad anomalii 20. Dla stref „rozprezen" górotworu 21 rozklad ten, ustalony dla danej kopalni „empirycznie" posiada inna laczna strukture rozkladu anomalii 22.Podobnie wraz ze wzrostem czasu t az do utraty wytrzymalosci górotworu kompleks zmian charakterystyk gradientu opornosci 23 i gradientu przenikalnosci elektrycznej 24 wedlug zalezno¬ sci funkcyjnych równania (2) przebiega róznie dla stref naprezen 25 i stref rozprezen koncentracji gazowych 26. Obserwujac kompleks zmian w czasie t dla splotu czestotliwosci f i porównujac gradient przyrostu tych zmian w czasie z podobnymi zaleznosciami ustalonymi laboratoryjnie dla danych rodzajów skal — mozna w oparciu o komputerowy system rozpoznawania obrazów zlokalizowac strefy zagrozone zwalami lub tapnieciami górniczymi oraz prognozowac czas kryty¬ czny tk, w którym zostanie naruszona mechaniczna wytrzymalosc górotworu.Skutecznosc zabiegów przeciwzawalowych jest w prosty sposób kontrolowana w oparciu o zmniejszenie az do zaniku zmian w czasie t wielkosci Apa, Apa, Arja, A^a, Aea, Aea. W miejscach szczególnie zagrozonych urzadzenie wedlug wynalazku moze byc zainstalowane na okres dluzszy, a na podstawie jego cyklicznych wskazan podejmowane sa decyzje alarmowe lub zmiany technologii zapobiegawczych. W kopalniach o szczególnym zagrozeniu celowe jest zainstalowanie urzadzenia stanowiacego przedmiot wynalazku w specjalnych niszach i podlaczenie zarówno do dzwiekowego urzadzenia alarmowego nastawionego na okreslony dla danej kopalni doswiadczalnie próg bezpie¬ cznego natezenia górotworu jak i do sieci centralnej istniejacego zbioru informacji ostrzegawczych o stanie zagrozenia.4 128488 Zastrzezenia patentowe 1. Sposób prognozowania miejsc zagrozonych tapaniami i zawalami górniczymi, znamienny tym, ze strefy zagrozenia tapaniami i zawalami górniczymi ustala sie przez obserwacje znormalizo¬ wanych zmian amplitudy i fazy elektromagnetycznego sygnalu kodowego wytworzonego w antenie nadawczej przez generator elektroniczny i odbieranego przez anteny odbiorcze w odstepach czasowych droga systematycznych powtórzen pomiarów i wydzielania stref anomalnych zmian gradientu czasowego amplitudy i fazy sygnalów elektromagnetycznych, a nastepnie przez porów¬ nanie kodu tych zmian ze zmianami wzorcowymi pomiarów elektromagnetycznych amplitudy i fazy uzyskanymi doswiadczalnie w skali laboratoryjnej dla danej kopalni prognozuje sie wedlug wielkosci i charakteru uzyskanych anomalii bezpieczny okres pobytu w strefie zagrozenia tapa¬ niami oraz skutecznosc podjetych zabiegów przeciw zawalowych. 2. Urzadzenie do prognozowania miejsc zagrozonych tapaniami i zawalami górniczymi, znamienne tym, ze na karkasie (1) utworzonym z plaszczyzn dwóch ram polaczonych na zawiasie (2) o kacie rozwarcia regulowanym katomierzem (3) nawiniety jest kabel stanowiacy antene nadawcza (4), przy czym w centralnej czesci poziomej ramy karkasu (1) na statywie (5) w srodku przeciecia sie osi symetrii obu plaszczyzn karkasu (1) umieszczony jest zestaw trzech anten odbiorczych (6,7, 8) korzystnie o jednakowych czulosciach, z których jedna antena odbiorcza (6) jest prostopadla do jednej plaszczyzny ramy, druga antena odbiorcza (7)jest prostopadla do drugiej plaszczyzny ramy, a trzecia antena odbiorcza (8) jest równolegla do obu plaszczyzn ram, przy czym antena nadawcza (4) zasilana jest ze zródla pradu (9) poprzez generator elektroniczny (10) formujacy przebieg pradowy skladajacy sie z wielu przebiegów cyklicznych o okreslonym stosunku amplitudy nateze¬ nia pradu i ich przesunieciach fazowych najkorzystniej w pasmie czestotliwosci 0,05-100 Hz, które jest sprzezone z ukladem pomiarowym (14) polaczonym z jednej strony z rejestratorem (15), a z drugiej strony poprzez multiplekser (13) polaczony kablem (11) z antenami odbiorczymi (6 i 7) i kablem (12) z antena odbiorcza (8).128488 13 i 14 i i 15 h r 10 i 9 Fig. 1.128488 Fig. 2.Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz.Cena 100 zl. PL