PL223145B1 - Sonda do pomiaru dużych prędkości drgań wstrząsów w podziemnych wyrobiskach górniczych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sonda do pomiaru dużych prędkości drgań wstrząsów w podziemnych wyrobiskach górniczych, dla ciągłych obserwacji drgań i obciążeń dynamicznych wyrobisk oraz oceny ich stateczności podczas eksploatacji prowadzonej w warunkach aktywności sejsmicznej.

Dotychczas w kopalnianych sieciach sejsmologicznych buduje się w tym celu stacjonarne trójskładowe stanowiska sejsmometryczne lub geofonowe, złożone z trzech sejsmometrów lub geofonów, nadajników i skrzynek montażowych na betonowym fundamencie lub kotwach.

Rozwiązania te są drogie, pracochłonne i niewygodne pod względem gabarytów, mobilności i obsługi. Szczególnie stosowanie ciężkich sejsmometrów nie tylko nie pozwala w sposób mobilny śledzić parametrów drgań przed frontem ściany eksploatacyjnej, ale również nie zapewnia odpowie dniej charakterystyki kanałów pomiarowych oraz jest rozwiązaniem mało doskonałym, ze względu na opadanie wahadeł, doziemienia, korozję i uszkodzenia cewek wynikające z ich nieszczelności.

Sonda do pomiaru dużych prędkości drgań wstrząsów w podziemnych wyrobiskach górniczych, według wynalazku, ma zawarte w jednej obudowie trzy akcelerometryczne niskoczęstotliwościowe czujniki prędkości drgań w trzech kierunkach, wyposażone w płytki obwodów drukowanych, na których są umieszczone diody zespołów ochronnych ograniczających napięcie i zabezpieczających przed odwrotną polaryzacją oraz płytki obwodów drukowanych, na których znajdują się układy całkujące sygnały z czujników i układy nadajników do transmisji tych sygnałów w postaci prądowej. Układy n adajników są wykonane jako sterowane napięciowo źródła prądowe, wymuszające zmianę prądu proporcjonalnie do prędkości drgań.

Sonda według wynalazku, ze względu na typ czujników - akcelerometry, może być montowana w pozycji pionowej lub poziomej. Łatwość zabudowy sondy i gabaryty mają znaczenie tam, gdzie rej estracje drgań górotworu są niezbędne wraz z postępem frontu eksploatacji, co wymusza przemies zczanie sondy w określonych okresach czasowych. Z taką sytuacją mamy do czynienia w ocenie st ateczności wyrobisk górniczych poddanych wpływom drgań od wstrząsu górniczego. Sonda po zamontowaniu i połączeniu liniami kablowymi nie wymaga późniejszej obsługi i może pracować w trudnych warunkach klimatycznych w sposób ciągły, przyczyniając się do prawidłowego monitorowania i diagnostyki zagrożenia w aspekcie bezpieczeństwa pracy i strat ekonomicznych. Wszystkie wymienione zalety sprawiają, że sonda według wynalazku stanowi bardzo wygodne urządzenie do prowadzenia obserwacji sejsmologicznych w kopalnianych sieciach stacji geofizyki. Wprowadzenie sondy do monitorowania wstrząsów pozwala nie tylko na lepszą lokalizację zjawisk sejsmicznych na wybiegu ściany i w jej otoczeniu, ale także na ciągłą obserwację i określenie rzeczywistych wartości pikowych amplitud prędkości drgań na ociosach wyrobiska górniczego. Zastosowanie sondy z czujnikami akcelerometrycznymi, rozszerzającymi możliwości obserwacji sejsmometrycznych w wyrobiskach podziemnych na wybiegu ściany, pozwala na wykorzystanie nowych metod oceny zagrożenia tąpaniami i zagrożenia stateczności wyrobisk górniczych.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia sondę w przekroju podłużnym, a Fig. 2 i 3 - warianty montażu sondy.

Sonda 1 do pomiaru dużych prędkości drgań wstrząsów w podziemnych wyrobiskach górniczych ma zawarte w jednej obudowie 2 trzy akcelerometryczne niskoczęstotliwościowe czujniki 3 prędkości drgań w trzech kierunkach X, Y, Z. Czujniki 3 są wyposażone w płytki 4 obwodów drukowanych, na których są umieszczone diody zespołów ochronnych ograniczających napięcie i zabezpieczających przed odwrotną polaryzacją oraz płytki 5 obwodów drukowanych, na których znajdują się układy całkujące sygnały z czujników 3 i układy nadajników do transmisji tych sygnałów w postaci prądowej. Układy nadajników są wykonane jako sterowane napięciowo źródła prądowe, wymuszające zmianę prądu proporcjonalnie do prędkości drgań. Sonda 1 ma z jednej strony kabel 6 transmisyjno-zasilający, stanowiący połączenie pomiędzy jej wnętrzem, a zewnętrzną siecią pomiarową i służący do zasilania i transmisji sygnałów elektrycznych do stacji odbiorczej, a z drugiej strony montażowy otwór 7 z gwintem.

Sonda 1 może być montowana w otworze lub na kotwi 7 z gwintem w pozycji pionowej lub poziomej. W wyrobiskach mokrych o twardym spągu sondę 1 instaluje się na kotwi 7 wklejonej w otwór wiertniczy na głębokość minimum 1 m, z gwintem wystającym ponad poziom na wysokość około 50 mm. Na gwint nakręca się nakrętkę 8. Po nakręceniu sondy 1 i odpowiednim jej ukierunkowaniu X, Y, Z dociąga się nakrętkę 8 dla uzyskania dużej sztywności połączenia z kotwą 7. W wyrobiskach suchych z możliwością zatopienia sondy 1 w otworze, instaluje się ją na kotwi 7 wklejonej w otwór wiertniczy

PL 223 145 B1 z poszerzeniem na jego wlocie. Głębokość otworu dobiera się tak, aby po nakręceniu sondy 1 na kotew 7 i włożeniu jej do otworu wystawała na około 100 mm, dla umożliwienia jej łatwego demontażu przy przenoszeniu. W tym celu koniec otworu pod kotew 7 rozwierca się na średnicę większą od średnicy sondy 1. Sondę 1 nakręca się sztywno na kotew 7 i kontruje nakrętką 8, a następnie wkłada do otworu i kotwi, pamiętając o jej ukierunkowaniu X, Y, Z. Kotew 7 podczas wklejania jak i sonda 1 w obu wariantach montażu powinna być wypoziomowana z dokładnością ± 10°. Po nakręceniu sondy 1 na kotew 7 należy kontrolować powstawanie rezonansów bocznych. W przypadku ich zaistnienia, w pierwszym wariancie sondę 1 usztywnia się przez obetonowanie 9 kotwi 7, a w drugim wariancie przez wypełnienie otworu materiałem wypełniającym 10, którym może być klej, gips i tym podobne. Po zainstalowaniu sondy 1 jej kabel 6 transmisyjno-zasilający łączy się z linią transmisyjną kopalnianej sieci sejsmologicznej, za pomocą odpowiednio wykonanej mufy lub skrzynki montażowej, pamiętając o odpowiedniej polaryzacji.

Sonda 1 dokonuje pomiaru prędkości drgań w trzech kierunkach V_max = 1 m/s z zachowaniem pełnej dynamiki pomiaru w paśmie częstotliwościowym od 0,8 do 100 Hz (-3dB). Taka charakterystyka i dynamika sondy 1 zapewnia pełny, nieobcięty zapis od wstrząsów górniczych o energiach sejsmicznych do 10⁹ J, nawet w obszarze bliskiego pola falowego.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sonda do pomiaru dużych prędkości drgań wstrząsów w podziemnych wyrobiskach górniczych, znamienna tym, że ma zawarte w jednej obudowie (2) trzy akcelerometryczne niskoczęstotliwościowe czujniki (3) prędkości drgań w trzech kierunkach, wyposażone płytki (4) obwodów drukowanych, na których są umieszczone diody zespołów ochronnych ograniczających napięcie i zabezpieczających przed odwrotną polaryzacją oraz płytki (5) obwodów drukowanych, na których znajdują się układy całkujące sygnały z czujników (3) i układy nadajników do transmisji tych sygnałów w postaci prądowej.
2. 2. Sonda według zastrz. 1, znamienna tym, że układy nadajników są wykonane jako sterowane napięciowo źródło prądowe, wymuszające zmianę prądu proporcjonalnie do prędkości drgań.