Pierwszenstwo: 10.04.1972 (P. 154637) Zgloszenie ogloszono: 31.05.1973 Opis patentowy opublikowano: 15.03.1974 69969 KI. 42c,42 MKP- C01v 1/00 Twórcywynalazku: Henryk Linowski, Leon Mucha Uprawniony z patentu tymczasowego: Przedsiebiorstwo Poszukiwan Geofizycznych, Warszawa (Polska) Aparatura sejsmiczna do badan w wyrobiskach górniczych, a zwlaszcza do badania stanu spoistosci stropów Przedmiotem wynalazku jest aparatura sejsmiczna do badan w wyrobiskach górniczych, a zwlaszcza do bada¬ nia stanu spoistosci stropów w wyrobiskach scianowych o zmechanizowanej obudowie.Dotychczas brak jest specjalistycznej aparatury sejsmicznej do badania stanu spoistosci skal w stropie wyro¬ biska górniczego. Znane konstrukcje aparatur, które sa najbardziej zblizone do przedmiotu wynalazku, dotycza uniwersalnych aparatur sejsmicznych przeznaczonych do badan geologiczno-inzynierskich.Znana aparatura sejsmiczna do badan geologiczno-inzynierskich zaopatrzona jest w jeden udarowy nadajnik fal sejsmicznych i jeden odbiornik lub wiele odbiorników, rozmieszczonych w linii z nadajnikiem z jednej strony nadajnika. Odbiorniki zamieniaja drgania gruntu na przebiegi elektryczne, które sa wzmacniane we wzmacnia¬ czach elektronicznych zaopatrzonych w filtry górno - i dolnoprzepustowe lub bez filtrów. Wzmacniacze elektro¬ niczne sa polaczone z ukladami dyskryminacji napiecia, generujacymi impulsy prostokatne w czasie, w którym amplituda sygnalu przekracza poziom dyskryminacji. Uklady dyskryminacji sa polaczone z przerzutnikami dwu- stabilnymi, które zmieniaja swój stan w momentach dojscia fali do odpowiednich odbiorników. Przerzutniki dwustabilne sa polaczone z miernikami czasów przejscia fal sejsmicznych miedzy nadajnikiem i danym odbior¬ nikiem. Mierniki czasów rozpoczynaja odmierzanie czasów w momencie generacji fal sejsmicznych, a moment zakonczenia pomiaru odpowiedniego czasu wyznaczony jest przez odpowiedni przerzutnik lwustabilny.Inna znana aparatura, zaopatrzona równiez w nadajnik fal sejsmicznych, odbiorniki fal, wzmacniacze elektro¬ niczne, z których kazdy polaczony jest z odpowiednim odbiornikiem fal, posiada wielokanalowy rejestrator analogowy, który w kazdym kanale ma galwanometr, zródlo swiatla i uklad optyczny. Galwanometr podla¬ czony jest do wyjscia odpowiedniego wzmacniacza elektroniczego. Rejestrator wielokanalowy posiada uklad mechaniczny przesuwu papieru swiatloczulego, na którym zostaja zapisane promieniem swietlnym przebiegi pochodzace z poszczególnych odbiorników. Amplitudy i fazy zapisanych przebiegów sa interpretowane.Stosowane obecnie aparatury sejsmiczne do badan geologiczno-inzynierskich posiadaj! wiele niedostatków z punktu widzenia zastosowania ich do badan w wyrobiskach górniczych. Nie zapewniaja one jednoczesnego bezposredniego pomiaru predkosci rozchodzenia sie fal sejsmicznych bezposrednich i czolowych i pomiaru wspólczynników pochlaniania fal w badanym obszarze. Nie posiadaja mozliwosci usredniania wyników pred-2 69969 kosci fal z kilku powtarzajacych sie w czasie procesów generacji fal sejsmicznych. Nie maja mozliwosci pomiaru parametrów sejsmicznych na dowolnym odcinku badanego obszaru przy pomocy jednego urzadzenia pomiaro¬ wego, podlaczanego dowolnie do niezaleznych nadajników i odbiorników fal rozmieszczonych w badanym obszarze. Nie posiadaja mozliwosci usredniania wyników pomiarów predkosci fal z kilku powtarzajacych sie w czasie procesów generacji fal sejsmicznych. Nie maja mozliwosci pomiaru parametrów sejsmicznych na dowol¬ nym odcinku badanego obszaru przy pomocy jednego urzadzenia pomiarowego, podlaczanego dowolnie do niezaleznych nadajników i odbiorników fal rozmieszczonych w badanym obszarze.Celem wynalazku jest zbudowanie aparatury sejsmicznej zapewniajacej badania w wyrobiskach górniczych, a zwlaszcza badania stanu spoistosci stropów wyrobisk scianowych.Cel ten zostal osiagniety przez zbudowanie aparatury sejsmicznej do badan w wyrobiskach górniczych, a zwlaszcza do badania stanu spoistosci stropów, posiadajacej jedno urzadzenie pomiarowe oraz zestawy nadaw¬ czo-odbiorcze, rozmieszczone w badanym obszarze, dowolnie podlaczane do urzadzenia pomiarowego poprzez blok przelaczajacy. Kazdy zestaw nadawczo-odbiorczy jest zaopatrzony w zespól nadawczy oraz zestawy odbior¬ cze, które sa dowolnie podlaczane, w ramach wybranego zestawu nadawczo-odbiorczego, do urzadzeflia pomiaro¬ wego poprzez blok przelaczajacy. Kazdy zestaw odbiorczy ma odbiorniki zamieniajace drgania skal na przebiegi elektryczne, a kazdy zespól nadawczy posiada nadajnik fal i przetwornik zamieniajacy generowany przebieg sejsmiczny na przebieg elektryczny.Urzadzenie pomiarowe, posiadajace wzmacniacze elektroniczne polaczone odpowiednio z dyskryminatorami napiecia i przerzutniki dwustabilne podlaczone odpowiednio do dyskryminatorów napiecia, jest zaopatrzone w uklad pomiarów czasóv przejscia fal usredniajacy wyniki z dowolnej ilosci pomiarów oraz w uklad pomiarów wspólczynników pochlaniania fal. Jeden wzmacniacz elektroniczny podlaczony jest do przetwornika generowa¬ nych fal, a pozostale wzmacniacze elektroniczne sa odpowiednio podlaczone do odbiorników. Uklad pomiarów czasów przejscia fal jest podlaczony do przerzutników dwustabilnych. Uklad pomiarów wspólczynników po¬ chlaniania fal jest podlaczony do wzmacniaczy elektronicznych i do przerzutników dwustabilnych.Uklad pomiarów czasów przejscia fal, posiadajacy mierniki czasu polaczone odpowiednio z przerzutnikami dwustabilnymi, z generatorem wzorcowym o regulowanej czestotliwosci i z uniwibratorem kasujacym zaopatrzo¬ ny jest w licznik impulsów o regulowanej pojemnosci podlaczony do przerzutnika dwustabilnego nalezacego do toru sygnalu z odbiornika najbardziej oddalonego od nadajnika fal i polaczony z uniwibratorem kasujacym.Generator wzorcowy i licznik impulsów maja sprzezone regulacje czestotliwosci i regulacje pojemnosci licznika.Uklad pomiarów wspólczynników pochlaniania fal ma uklady do pomiaru wybranego wspólczynnika po¬ chlaniania fal, kazdy zaopatrzony w dwa uklady logarytmujace, integrujace i pamietajace, które sa podlaczone do dwóch wybranych wzmacniaczy elektronicznych i do dwóch odpowiednio wybranych przerzutników dwusta¬ bilnych, a polaczone z ukladem odejmujacym polaczonym ze wskaznikiem wartosci wybranego wspólczynnika pochlaniania fal. Kazdy uklad logarytmujacy, integrujacy i pamietajacy ma czlon logarytmujacy, podlaczony do jednego z dwu wybranych wzmacniaczy elektronicznych, polaczony poprzez czlon integrujacy z ukladem pamietajacym. Czlon integrujacy jest polaczony z uniwibratorem wyznaczajacym czas integracji podlaczonym do jednego z dwóch odpowiednio wybranych przerzutników dwustabilnych. Uklad pamietajacy jest polaczony z ukladem odejmujacym.Aparatura sejsmiczna do badan w wyrobiskach górniczych, a zwlaszcza do badania stanu spoistosci stropów, usuwa niedostatki znanych aparatur. Zapewnia ona bezposredni pomiar predkosci fal sejsmicznych w strefie rozwarstwionej i nierozwarstwionej stropu wyrobiska scianowego poprzez pomiary czasów przejscia fal miedzy nadajnikiem fal i odbiornikiem oddalonym od niego na znana odpowiednia odleglosc oraz miedzy dwoma odbiornikami oddalonymi od siebie na znana odleglosc i umieszczonymi w odpowiedniej odleglosci od nadajnika fal. Pomiar czasu przejscia fal miedzy nadajnikiem i jednym z pary odbiorników umozliwia ocene zasiegu roz¬ warstwienia stropu. Aparatura wedlug wynalazku zapewnia równiez bezposrednie pomiary wspólczynników pochlaniania fal w strefie rozwarstwionej i nierozwarstwionej stropu. Aparatura zapewnia usrednianie wyników pomiarów czasów z kilku powtórzonych procesów generacji fal, a usrednianie wartosci wspólczynników pochla¬ niania fal poprzez integracje sygnalów w okreslonym przedziale czasu. Aparatura posiada mozliwosc badania stanu spoistosci stropu w wielu punktach badanego obszaru przy pomocy jednego urzadzenia pomiarowego.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania na rysunkach, na których fig. 1 przed¬ stawia ogólny schemat blokowy aparatury, fig. 2 — schemat blokowy urzadzenia pomiarowego, fig. 3 - schemat blokowy ukladu pomiarów czasów przejscia fal, a fig. 4 — schemat blokowy ukladu pomiaru wybranego wspólczynnika pochlaniania fal. Szczególowa konstrukcja aparatury i jej dzialanie sa opisane nizej.Aparatura jest zaopatrzona w urzadzenie pomiarowe 1 oraz zestawy nadawczo-odbiorcze 2 rozmieszczone na stropie wyrobiska scianowego. Kazdy zestaw nadawczo-odbiorczy 2 jest zaopatrzony w zespól nadawczy 3 •3 69969 i zestawy odbiorcze 4, np. dwa zestawy odbiorcze 4 rozmieszczone po przeciwnych stronach zespolu nadaw¬ czego 3. Zespól nadawczy 3 sklada sie z nadajnika fal 5 sejsmicznych, np. mechaniczny udarowy oraz z prze¬ twornika generowanych fal 6, np. przetwornika elektromechanicznego, zamieniajacego wzbudzone w skale drga¬ nia na przebieg elektryczny, umieszczonego w bezposrednim sasiedztwie nadajnika fal 5. Kazdy zestaw odbiorczy 4 sklada sie z odbiorników 7, zamieniajacych drgania skaly na przebiegi elektryczne, np. z trzech sztuk prze¬ tworników elektromechanicznych z przedwzmacniaczami elektronicznymi, rozmieszczonych w linii z nadaj¬ nikiem fal 5 tak, by para przetwornik generowanych fal 6 i pierwszy z odbiorników 7 dawala informacje o strefie rozwarstwionej stropu wyrobiska scianowego, natomiast para drugi i trzeci z odbiorników 7 dawala informacje o strefie nierozwarstwionej stropu. Wszystkie odbiorniki 7, nadajniki fal 5 i przetworniki generowanych fal 6 sa mocowane do segmentów zmechanizowanej obudowy wyrobiska scianowego.Wszystkie zestawy nadawczo-odbiorcze 2 sa podlaczone do bloku przelaczajacego 8, który umozliwia pod¬ laczenie dowolnego z zestawów nadawczo-odbiorczych 2 do urzadzenia pomiarowego 1 a w ramach kazdego wybranego zestawu nadawczo-odbiorczego 2 podlaczenie jednego z zestawów odbiorczych 4 do urzadzenia po¬ miarowego 1.Urzadzenie pomiarowe 1 posiada wzmacniacze elektroniczne 9 wzmacniajace w wybranym pasmie czestotli¬ wosci przebiegi elektryczne przychodzace z przetwornika generowanych fal 6 wybranego zestawu nadawczo- -odbiorczego 2 i z odbiorników 7 nalezacych do jednego z zestawów odbiorczych 4 wybranego zestawu nadaw¬ czo-odbiorczego 2. Kazdy wzmacniacz elektroniczny 9 jest polaczony z dyskryminatorem napiecia 10 generuja¬ cym impulsy prostokatne o czasie trwania równym czasowi, w którym wartosc sygnalu ze wzmacniacza elektro¬ nicznego 9 przekracza nastawiony poziom dyskryminacji. Kazdy dyskryminator napiecia 10 jestpolaczony z przerzutnikiem dwustabilnym 11, który zostaje wyzwolony w chwili generacji pierwszego impulsu prostokat¬ nego przez dyskryminator napiecia 10, a wiec w chwili generacji fali sejsmicznej lub w chwili dojscia fali sejsmicz¬ nej do danego odbiornika 7.Przerzutniki dwustabilne 11 sa polaczone z ukladem pomiarów czasów przejscia fal 12, np. miedzy nadajni¬ kiem fal 5 i pierwszym z odbiorników 7, miedzy nadajnikiem fal 5 i drugim z odbiorników 7 oraz miedzy drugim i trzecim z odbiorników 7.Do wzmacniaczy elektronicznych 9 i do przerzutników dwustabilnych 11 jest podlaczony uklad pomiarów wspólczynników pochlaniania fal 13 skladajacy sie z ukladów pomiaru wybranego wspólczynnika pochlaniania fal 14, np. ukladu pomiaru wspólczynnika pochlaniania fal w strefie rozwarstwionej i ukladu pomiaru wspólczynnika pochlaniania fal w strefie nierozwarstwionej stropu wyrobiska scianowego.Uklad pomiarów czasów przejscia fal 12 posiada mierniki czasów 15 przejscia fal, np. cyfrowe mierniki czasów przejscia fal miedzy nadajnikiem fal 5 i pierwszym z odbiorników 7, miedzy nadajnikiem fal 5 i drugim z odbior¬ ników 7 oraz miedzy drugim i trzecim z odbiorników 7, o wyjsciu cyfrowym lub analogowym. Kazdy miernik czasu 15 jest sterowany z dwóch przerzutników dwustabilnych 11 takich, które zmieniaja swój stan w momencie poczatku i konca mierzonego przedzialu czasu. Mierniki czasu 15 sa podlaczone do generatora wzorcowego 16 o regulowanej czestotliwosci. Kasowanie mierników czasu 15 realizuje uniwibrator kasujacy 17 sterowany z licz¬ nika impulsów 18 podlaczonego do przerzutnika dwustabilnego 11 wyznaczajacego moment dojscia fali sejsmicz¬ nej do trzeciego z odbiorników 7. Licznik impulsów 18 ma regulowana pojemnosc synchronicznie z regulacja czestotliwosci generatora wzorcowego 16 tak, ze czestotliwosc generatora wzorcowego 16 zmienia sie odwrotnie proporcjonalnie do pojemnosci licznika impulsów 18. Licznik impulsów 18 zapewnia kasowanie mierników czasu 15 jeden raz na taka ilosc kolejnych wzbudzen fal, jaka jest wartosc nastawionej jego pojemnosci. Dzieki temu zapewnione jest bezposrednie usrednianie wyników czasu z nastawionej ilosci powtórzen procesów generacji fal sejsmicznych.Kazdy uklad pomiaru wybranego wspólczynnika pochlaniania fal 14 posiada dwa uklady logarytmujace, integrujace i pamietajace 19, z których kazdy sklada sie z czlonu logarytmujacego 20, czlonu integrujacego 21, uniwibratora wyznaczajacego czas integracji 22 i ukladu pamietajacego 23. Kazdy z czlonów logarytmujacych 20 jest podlaczony do wyjscia odpowiedniego wzmacniacza elektronicznego 9, dokonujac logarytmowania ampli¬ tudy sygnalu. Zlogarytmowany przebieg jest usredniany w czlonie integrujacym 21, przy czym czas usredniania jest wyznaczony przez uniwibrator wyznaczajacy czas integracji 22 sterowany z przerzutnika dwustabilnego 11 nalezacego do toru sygnalu, do którego nalezy wzmacniacz elektroniczny 9 polaczony z czlonem logarytmuja- cym 20. Usredniona wartosc sygnalu jest pamietana w ukladzie pamietajacym 23. Wyjscia ukladów pamietaja¬ cych 23 nalezacych do jednego ukladu pomiaru wybranego wspólczynnika pochlaniania fal 14 sa polaczone z ukladem odejmujacym 24, np. cyfrowym lub analogowym, dokonujacym odjecia zlogarytmowanych i usred¬ nionych wartosci sygnalów pochodzacych np. z przetwornika generowanych fal 6 i pierwszego z odbiorników 7 lub z drugiego i trzeciego z odbiorników 7. Róznica tych wartosci, proporcjonalna do wspólczynnika pochlania-4 69 969 nia fal, np. w strefie rozwarstwionej lub strefie nierozwarstwionej stropu jest wyprowadzona na wskaznik war¬ tosci wybranego wspólczynnika pochlaniania fal 25, np. cyfrowy lub analogowy. PL