PL191292B1 - lektroniczny miernik rozwarstwiania górotworu w wyrobiskach górniczych - Google Patents

Abstract

1. Elektroniczny miernik rozwarstwiania górotworu w wyrobiskach górniczych składający się z korpusu, w którym znajduje się przetwornik przemieszczeń liniowych na sygnały elektryczne, przy czym do suwaka przetwornika jest przymocowane napięte sprężyną cięgno połączone górnym końcem z kotwą zamocowaną w górnej części otworu skalnego, a pod korpusem jest przymocowany alarmowy sygnalizator, znamienny tym, że do górnej części (4) korpusu (1) ma przymocowany elektroniczny przetwornik (7) połączony poprzez elektryczne wtykowe złącze (11) z mikrosterownikiem (12) zamocowanym na przymocowanej do dolnej pokrywy (6) płytce (14), na której jest osadzony i połączony elektrycznie z mikrosterownikiem (12), składający się z baterii zasilacz (13) i nieulotna pamięć wyników (15), a od dołu na dolnej pokrywie (6) jest osadzony i połączony elektrycznie z mikrosterownikiem (12) układ wyświetlania wyników (17) oraz alarmowy sygnalizator (18), a zasilacz (13) jest elektrycznie połączony z przetwornikiem (7), nieulotna pamięcią (15), układem wyświetlania wyników (17), alarmowym sygnalizatorem (18) oraz komunikacyjnym łączem (16) znajdującym się w wspólnej obudowie z złączem (11).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest elektroniczny miernik przeznaczony do ciągłego pomiaru i wyświetlania wielkości rozwarstwienia górotworu, zwłaszcza skał stropowych wyrobiska górniczego. Ponadto miernik posiada sygnalizację stanu alarmowego, działającą w przypadku przekroczenia granicznej dopuszczalnej prędkości zwiększania się rozwarstwienia lub osiągnięcia progowej wielkości odspojenia warstw skalnych. Jednocześnie miernik zapisuje przebieg procesu obniżania się stropu względem położonych wyżej warstw górotworu.

Dla oceny zagrożenia zawałami w określonych wyrobiskach górniczych, konieczne jest posiadanie informacji o stabilności górotworu stanowiącego strop. W tym celu mierzy się obniżenie stropu względem wyżej położonych warstw skalnych, a otrzymany wynik określa wielkość rozwarstwienia skał stropowych. Ponadto dla przewidywań zagrożenia jest potrzebna informacja o prędkości zwiększania się tego rozwarstwienia. Znajomość tego parametru umożliwia prognozowanie terminu, w którym obniżenie stropu osiągnie ustaloną dla danych warunków geologicznych wielkość dopuszczalną, po przekroczeniu której winna zadziałać sygnalizacja alarmowa. Celem możliwie dokładnego ustalenia wielkości progowych powyższych parametrów koniecznym jest posiadanie wyników pomiarów uzyskanych podczas poprzednich zawałów lub wstrząsów określonego górotworu. Analiza przebiegu tych zjawisk w czasie, umożliwia właściwe zaprogramowanie następnych mierników instalowanych w tym górotworze, które odpowiednio wcześniej włączałyby sygnalizację alarmową.

Z polskiego opisu patentowego nr 115 027 znany jest przyrząd do sygnalizacji zagrożenia zawałowego, posiadający kotwę rozprężną osadzoną w pionowym otworze. Górny koniec tego otworu i kotew znajdują się w warstwie uznanej za nie ulegającą rozwarstwieniu. Do kotwi przymocowane jest cięgno połączone u dołu z ślizgowym pierścieniem umieszczonym suwliwie wewnątrz dwóch kolejno osadzonych w korpusie pierścieni prądowych, rozdzielonych pierścieniami izolacyjnymi. Napięcie cięgna jest realizowane za pomocą sprężyny opartej w korpusie, osadzonym trwale w wlotowej części otworu, za pomocą tulei i zacisku. Rozwarstwienie górotworu i obniżanie się dolnej warstwy stropu powoduje pokonanie sprężyny przez cięgno oraz zetknięcie się pierścienia ślizgowego z określonym pierścieniem prądowym i połączenie jednego z dwóch obwodów składających się z źródła prądu i żarówki sygnalizacyjnej. W zależności od rozstawienia pierścieni prądowych zaświecenie się pierwszej żarówki może sygnalizować określony stopień rozwarstwienia górotworu i stan alarmowy, a drugiej przekroczenie dopuszczalnej wielkości tego rozwarstwienia i zbliżający się zawał.

Powyższy przyrząd pełni funkcję wyłącznie sygnalizatora istniejącego niebezpieczeństwa dla załogi. Ponadto istotną wadą tego przyrządu jest brak informacji o jego sprawności i gotowości do zadziałania. Ma to szczególne znaczenie w kopalniach rud metali, w których występuje duże stężenie wodnych roztworów soli i siarki, powodujących szybką utratę sprawności technicznej, zwłaszcza urządzeń czasowo nie pracujących.

Znany jest również czujnik rozwarstwienia stropu wyrobiska górniczego wraz z odczytowym miernikiem, przedstawiony w polskim opisie patentowym nr 157 587. Czujnik ten składa się z dwóch kotwi osadzonych w obu końcach otworu. Między kotwiami znajduje się połączony z nimi przetwornik, przetwarzający wzajemne przemieszczanie się kotwi na zmiany rezystancji elektrycznej mierzonej odczytowym miernikiem. Przetwornik ma korpus podwieszony cięgnem do górnej kotwi. W korpusie jest zawieszony na sprężynie suwak, dolnym końcem za pomocą cięgna połączony z dolną kotwą. Do suwaka jest przytwierdzony styk rezystancyjnego potencjometru. Do końcówek przewodów czujnika jest okresowo na czas wykonywania pomiaru podłączany przenośny odczytowy miernik, którym może być omomierz cyfrowy wyskalowany w jednostkach długości przemieszczeń.

Powyższy czujnik nie posiada sygnalizatora alarmowego, który informowałby o niebezpieczeństwie, bez konieczności wykonywania pomiarów, a zwłaszcza członków załogi nie posiadających mierników odczytowych. Ma to szczególne znaczenie w czasie wstrząsów górotworu, kiedy sytuacja zmienia się bardzo szybko i informacje muszą być natychmiastowe, przekazywane ciągle i możliwe do odczytania bez dodatkowych czynności lub urządzeń odczytowych.

Elektroniczny miernik rozwarstwienia górotworu w wyrobiskach górniczych według wynalazku ma znany elektroniczny przetwornik, przetwarzający wyniki pomiarów przemieszczeń liniowych na odpowiednie sygnały elektryczne. Przetwornik ten jest przymocowany do górnej części korpusu miernika i połączony elektrycznie poprzez złącze wtykowe z mikrosterownikiem zamocowanym na płytce przymocowanej do dolnej pokrywy korpusu, na której od dołu jest osadzony układ wyświetlania wyników oraz alarmowy sygnalizator. Na płytce jest zamocowany składający się z baterii zasilacz oraz

PL 191 292 B1 nieulotna pamięć wyników. Układ wyświetlania wyników, alarmowy sygnalizator, zasilacz, nieulotna pamięć i komunikacyjne złącze znajdujące się w wspólnej obudowie z złączem wtykowym, są połączone odrębnymi przewodami z mikrosterownikiem. Zasilacz jest połączony z każdym wyżej wymienionym elementem elektronicznym miernika. Układ wyświetlania wyników składa się z świecących diod zielonej informującej o stanie sprawności technicznej miernika oraz żółtej i czerwonej, wskazujących wielkość rozwarstwienia. W odmianie rozwiązania według wynalazku, układ wyświetlania wyników stanowi znany zestaw cyfrowych wyświetlaczy siedmiosegmentowych z sterownikiem. Alarmowy sygnalizator składa się z lampy zawierającej żarówkę. W odmianie rozwiązania, sygnalizatorem jest sygnał dźwiękowy. W drugiej odmianie, sygnalizatorem jest lampa wyposażona w co najmniej dwie połączone ze sobą świecące diody. Od dołu do środkowej tulei korpusu jest przymocowana co najmniej jedna łapa ustalająca położenie miernika względem stropu. Na górnej części korpusu są przymocowane co najmniej po jednej stałej łapie i wysuwnej łapie, mocowania korpusu w otworze górotworu.

Elektroniczny miernik według wynalazku posiada szereg zalet.

Zmierzona przez przetwornik wielkość rozwarstwienia jest w mikrosterowniku zamieniona na sygnały powodujące błyski świecącej diody żółtej i czerwonej. Błyski te są widoczne ze znacznej odległości, w wyniku czego miernik może być umieszczony w oddalonym miejscu. Odczytanie wielkości rozwarstwienia przez policzenie ilości błysków w cyklicznych seriach jest proste i nie wymaga żadnych przyrządów.

Wyniki pomiarów są w mikrosterowniku porównywane z ustawioną przez użytkownika dozwoloną prędkością zwiększania się rozwarstwienia, a jej przekroczenie powoduje włączenie sygnalizatora alarmowego. Analogicznie może być zaprogramowana również wielkość liniowa rozwarstwienia.

Poprzez łącze komunikacyjne mikrosterownik może przekazać do układu nadrzędnego różnego rodzaju informacje. W przypadku braku instalacji przekazującej dane lub jej uszkodzenia, można łatwo wyjąć dolną pokrywę z płytką i poprzez komunikacyjne złącze odczytać zawartość pamięci. Odczytanie nieulotnej pamięci po wstrząsie lub zawale umożliwia analizę przebiegu tych zjawisk w czasie i zaimplementowanie odpowiedniego algorytmu w następnych miernikach.

Błyski diody zielonej informują o sprawności miernika i gotowości do pracy lub sygnalizują konieczność obsługi serwisowej.

Konstrukcja miernika jest wodoszczelna i odporna na działanie środowiska agresywnego, w wyniku czego posiada dużą trwałość. Ponadto miernik może pracować również w położeniu poziomym.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy układu elektronicznego miernika, fig. 2 - schemat układu wyświetlania wyników, fig. 3 - przekrój wzdłużny miernika, fig.4 - przekrój poprzeczny A-A przez górną część korpusu, fig. 5 - widok od dołu, a fig.6 - schemat umieszczenia miernika w otworze górotworu.

Miernik ma korpus 1 o średnicy odpowiednio mniejszej od otworu 2 wykonanego w badanym górotworze 3. Korpus 1 składa się z górnej części 4, środkowej tulei 5 i przymocowanej rozłącznie dolnej pokrywy 6. Do górnej części 4 jest przymocowany przetwornik 7, którym jest elektroniczna suwmiarka mająca ruchomy element 8 połączony z cięgnem 9 zamocowanym za pomocą kotwi 10 w górnym końcu otworu 2. Przetwornik 7 za pomocą wtykowego złącza 11 jest połączony elektrycznie z mikrosterownikiem 12 i zasilaczem 13 w postaci zespołu baterii, umieszczonymi na płytce 14 przymocowanej do dolnej pokrywy 6. W przypadku zasilania miernika z znajdujących się w pewnej odległości akumulatorów lub z sieci energetycznej kopalni, w miejscu zasilacza 13 znajduje się odpowiednie elektryczne złącze zasilające. Na płytce 14 znajduje się nieulotna pamięć wyników EEPROM 15 połączona przewodem z mikrosterownikiem 12, z którym jest połączone elektrycznie komunikacyjne łącze 16 umieszczone w wspólnej obudowie z złączem 11.Na dolnej pokrywie 6jest osadzony układ wyświetlania wyników 17, składający się z świecących diod: zielonej D1, żółtej D2, czerwonej D3. Układ ten za pomocą szyn wielosygnałowych jest połączony z mikrosterownikiem 12.W odmianie wykonania układ 17 stanowi znany zestaw cyfrowych wyświetlaczy siedmiosegmentowych z sterownikiem. W pokrywie 6 znajduje się również alarmowy sygnalizator 18, którym w wersji podstawowej jest lampa 19 z żarówką Ż połączoną przewodem z mikrosterownikiem 12.W odmianie rozwiązania lampa 19 jest wyposażona w co najmniej dwie połączone z sobą świecące diody, nie pokazane na rysunku. W następnej odmianie rozwiązania, alarmowym sygnalizatorem jest znany sygnał dźwiękowy. Do dolnej części tulei 5 są przymocowane korzystnie trzy łapy 20 ustalające położenie miernika względem stropu górotworu 3.Na górnej części 4 korpusu 1 są zamocowane dwie stałe łapy 21 posiadające

PL 191 292 B1 ząbkowaną powierzchnię zaczepową. Natomiast w wgłębieniu części 4 za pomocą sworznia 22 jest osadzona wysuwna łapa 23, wysuwana i dociskana wkrętem 24. Cięgno 9 jest napięte sprężyną 25 osadzoną na ruchomym elemencie 8 przetwornika 7.

Zasada działania jest następująca.

Elektroniczny przetwornik 7 w postaci elektronicznej suwmiarki dokonuje ciągłych pomiarów przemieszczania się elementu 8 względem pozostałej części przetwornika 7 i korpusu 1 zamontowanego w dolnej części stropu górotworu 3. Wyniki tych pomiarów przetwornik 7 przetwarza na odpowiednie sygnały elektryczne przekazywane do mikrosterownika 12, który zapisuje w nieulotnej pamięci EEPROM 15 pewną ilość wyników tych pomiarów, wykonanych w określonym czasie. Odczytanie tych zapisów dokonuje się poprzez komunikacyjne złącze 16, które może być stale połączone z nie pokazaną na rysunku instalacją prowadzącą do punktów decyzyjnych kopalni. Na żądanie decydenta, poprzez złącze 16 mikrosterownik przekazuje informacje takie jak: stan sprawności miernika, wyczerpanie się baterii w zasilaczu 13 lub wystąpienie innego błędu, dokładny wynik pomiaru aktualnego rozwarstwienia, przebieg tego zjawiska i inne. W przypadku braku takiej instalacji lub jej uszkodzenia odczyt powyższych informacji dokonuje się po wyjęciu z korpusu 1 pokrywy 6 z płytką 14i podłączenie czytnika do złącza 16. W mikrosterowniku 12 użytkownik ustawia graniczną dozwoloną prędkość zwiększania się rozwarstwienia lub dopuszczalną wielkość liniową rozwarstwienia, w zależności od potrzebnego rodzaju informacji. Mikrosterownik 12 porównuje sygnały otrzymane od przetwornika 7 z powyższymi wielkościami i w przypadku ich przekroczenia włącza alarmowy sygnalizator 18. Cyklicznie w pewnych odstępach czasu, na przykład co kilkanaście sekund mikrosterownik 12 włącza układ wyświetlania wyników 17,w wyniku czego zaświecają się wszystkie trzy diody D1, D2 i D3. Błysk zielonej diody D1 spowodowanej sygnałem LED1 informuje, że miernik jest w pełni sprawny. Błysk żółtej diody D2 spowodowany sygnałem LED2 i czerwonej diody D3 sygnałem LED3 informują, że są wyświetlane wyniki pomiarów. Wielkość rozwarstwienia jest przedstawiana w postaci ilości błysków diod D2 iD3. Ilość błysków czerwonej diody D3 informuje o zmierzonej wielkości rozwarstwienia w centymetrach, a żółtej diody D2w milimetrach.

Miernik jest montowany w otworze górotworu w następujący sposób.

W górnej części otworu 2 wykonanego w badanym górotworze 3 osadza się znaną pomiarową kotwę 10 posiadającą nie pokazaną na rysunku rolkę lub ucho, przez które jest przewinięta linka cięgna 9. Jeden koniec cięgna 9 jest połączony z ruchomym elementem 8 miernika, a drugi swobodnie wiszący służy do wciągania miernika w otwór 2. Przy rolce kotwa 10 posiada znany mechanizm zębatkowy pozwalający na ruch cięgna 9 wyłącznie w jednym kierunku, powodującym wciąganie korpusu 1do otworu 2. Z chwilą oparcia się łap 20 o strop, dalsze ciągnięcie za koniec cięgna 9 powoduje maksymalne ściśnięcie sprężyny 25, przy którym ruchomy element 8 zajmuje położenie zerowe na suwmiarce 7.Po zamocowaniu korpusu 1 w otworze 2 przez wysunięcie ruchomej łapy 25 za pomocą wkrętu 24, odcina się nadmiar linki 9 wiszącej między korpusem 1a ścianką otworu 2.

Claims (5)

1. Elektroniczny miernik rozwarstwiania górotworu w wyrobiskach górniczych składający się z korpusu, w którym znajduje się przetwornik przemieszczeń liniowych na sygnały elektryczne, przy czym do suwaka przetwornika jest przymocowane napięte sprężyną cięgno połączone górnym końcem z kotwą zamocowaną w górnej części otworu skalnego, a pod korpusem jest przymocowany alarmowy sygnalizator, znamienny tym, że do górnej części (4) korpusu (1) ma przymocowany elektroniczny przetwornik (7) połączony poprzez elektryczne wtykowe złącze (11) z mikrosterownikiem (12) zamocowanym na przymocowanej do dolnej pokrywy (6) płytce (14), na której jest osadzony i połączony elektrycznie z mikrosterownikiem (12), składający się z baterii zasilacz (13) i nieulotna pamięć wyników (15), a od dołu na dolnej pokrywie (6) jest osadzony i połączony elektrycznie z mikrosterownikiem (12) układ wyświetlania wyników (17) oraz alarmowy sygnalizator (18), a zasilacz (13) jest elektrycznie połączony z przetwornikiem (7), nieulotną pamięcią (15), układem wyświetlania wyników (17), alarmowym sygnalizatorem (18) oraz komunikacyjnym łączem (16) znajdującym się w wspólnej obudowie z złączem (11).

2. Elektroniczny miernik według zastrz. 1, znamienny tym, że układ wyświetlania wyników (17) składa się z świecących diod: zielonej (D1), żółtej (D2) i czerwonej (D3), natomiast alarmowy sygnalizator (18) stanowi lampa (19) z żarówką (Ż), a od dołu do środkowej tulei (5) korpusu (1) jest przymoPL 191 292 B1 cowana co najmniej jedna łapa (20), natomiast do górnej części (4) są przymocowane co najmniej po jednej: stała łapa (21) i wysuwna łapa (23).

3. Elektroniczny miernik według zastrz. 1, znamienny tym, że układ wyświetlania wyników (17) stanowi znany zestaw cyfrowych wyświetlaczy siedmiosegmentowych z sterownikiem.

4. Elektroniczny miernik według zastrz. 1, znamienny tym, że alarmowym sygnalizatorem (18) jest znany sygnał dźwiękowy.

5. Elektroniczny miernik według zastrz. 1, znamienny tym, że alarmowym sygnalizatorem (18) jest lampa (19) wyposażona w co najmniej dwie połączone z sobą świecące diody.