SE446034B - Forfarande och anordning for att faststella beskaffenheten av en berg- eller stenvolym samt hallfastheten av deri infestade festelement sasom bergbultar - Google Patents

Description

8502898-5 -» vågor som framkallas vid en mekanisk stöt inte åstadkom- mes jämt utmed hela frekvensspektret. Vid stöten framkal- las vågor av olika frekvenser, från några få hertz till ungefär 5000 Hz, och uppfinningen bygger på upptäckten att i fast berg och vid väl infästad bergbult dämpas fö- reträdesvis de lägre frekvenserna, t ex under 400 Hz, me- dan i bomt berg och vid illa infästad bergbult dämpas -främst de högre frekvenserna. Brytfrekvensen varierar dock och värdet 400 Hz bör betraktas endast som ett exempel.

T ex vid undersökningen av bergbultar beror brytfrekvensen på bultens inspänning och dess resonansfrekvens Förfarandet enligt uppfinningen innefattar i princip följande steg: - En sensor, d v s en avkännare av tryck- och/eller IjudVås0r, t ex en mikrofon, med omvandlarfunktion (så att en elektrisk utsignal erhålles) sätts an mot - berget. Sensorn kan antingen vara piezoelektrisk eller av annat slag som omvandlar uppfången mekanisk svängning till en elektrisk utsignalf.' i - Vid sidan av sensorn slås ett slag mot bergytan.

- Detta slag fortplantas genom bergmassan, och om berget är klingfast kommer företrädesvis de högre frekvenserna från slaget att uppfângas av sensorn, medan om berget är bomt kommer de högre frekvenserna att dämpas kraftigt och företrädesvis de lägre frekvenserna når sensorn. _ - Detekteringen resp utvärderingen åstadkommas genom en frekvensanalys av svaret från sensorn; Uppfinningen kännetecknas av de särdrag som framgår ur bifogade patentkrav och den kommer nu att förklaras närmare med hjälp av närslutna schematiska ritningar vilka avser utföringsexempel och i vilka fig 1 visar en första utföringsform av _anordningen enligt uppfinningen i sektion, fig 2 en annan anordning enligt uppfinningen i samverkan med en hydraulisk hammare, fig 3 ett alter- nativt utförande av anordningen enligt fig 2, fig 4a "och 4b tvâ frekvcnsanalyskurvor erhållna i anordningen enligt uppfinningen, och fig Sa och Sb är blockscheman ,-..=...~.~.....-...... ~ _3_ i _ 8502898-3 över tvâ utföringsformer av elektronikkretsen hos an-' ordningen enligt uppfinningen.

Enligt fig l innefattar en sensor eller avkännare-omvand- lare 100 enligt uppfinningen i ett långsträckt hus eller hölje 10 en fjäderbelastad avkännarspets ll som är för- skjutbart lagrad i en långsträckt styrning 12 där den påverkas av en "långsam" dämpad fjäåêr 13. Mellan spetsen ll och fjädern 13 är en piezoelektrisk kristall 14 an- ordnad. Fjädern l3 verkar med ca10N)N=spresskraft på kristallen 14 vid intryckning av spetsen ll. I en annan långsträckt styrning 15 ärettspett 16 förskjutbart an- ordnat hopfört med en massa 17 på ungefär 1 kg,samt en andra fjäder 18 som medels en manöverspak l8a kan ut- lösas mot spettet 16 med ungefär samma rörelseenergi som annars används manuellt vid undersökning av berg,dvs näna namxmsdunrær. Från kristallen 14 leder en elektrisk ledning l4a till en elektronisk utvärderingsenhet 200 till vilken är ett indikatororgan 201 anslutet. När sensorn 100 sätts an mot berget, trycks den fjäderbelastade spetsen 11 in med ca 100 N:s kraft. Dessförinnan har spetten 16 skjutits in i styrningen 15 till ett av manöverspaken l8a resp den därmed kopplade låsstången l8a' låst utgångsläge.

Genom frigörande av spetten 16 utlöses ovan nämnda stötav nàflanemïmsämmdæfcchavkännarspetsen 11 uppfàngar tryck- 'vågorna i berget.

I fig 2 visas i en tunnel 300 i berget 301 ett skrotnings- aggregat 105 innefattande en av en bom lll uppburen hydraulisk hammare (mekanisk slaganordning) 112. I tun- neltaket 300' är en bergbult 302 indriven. Brevid aggregatet 105 är en anordning 101 enligt uppfinningen uppställd som en fristående enhet innefattande en elektro- niklåda l01b och en medelst en ledning 14a' därtill an- sluten sensordel 101a_ sensordelen 10la kan exempelvis likna anordningen 100 enligt fig 1 utan styrningen 15 och spetten 16. För utlösning av stöten mot berget 301 används den hydrauliska hammaren 112. 'r »uu nxmrflavfffiïtu' . __bart monterad i ett fäste g sso2s9s-3 4.

I fig 3 visas hur en sensor 101' enligt uppfinningen kan as på bommen lll av medelst en kort bärarm l10 monter g IOI är då förskjut- den hydrauliska hammaren 112. Sensorn .I _ ll0a och skjuts fram 1 pilens A'riktning när den hydranliska hammaren 112, efter att ha utlöst stöten mot berget. inte afbetaf- Avståndet A mellan stället där stöten utlöses och stället där frekvensen avlysnas kan variera från nâgra centimeter ' (fig 1) till flera meter (fig 2).

I fig 4a och 4b visas en jämförelse mellan de ampli- tudsvar' vilka erhålles i en analysator/indikator som utgörs av en ffrekvensanalysator. Abskissaxeln visar frekvensen och de ordinataxeln amplituden hos den av sensorn mottagna energin. Fig 4b visar förhållandena hos ett bomt berg, där det lågfrekventa omrâdet omkring 100-300 hertz är avsevärt starkare än det högfrekventa, medan fig 4a visar förhållandena hos ett klingfast berg där det hög- frekventa området omkring S00-1800 hertz är starkare.

I fig Sa visas ett blockschema över en första utförings- form av elektronikkretsen 200. En sensor, t ex 101 enligt fig 2,är ansluten till elektronikkretsens 200 ingångs- ' komponent, en förstärkare 210 vilken i sin tur är parallell- kqgflad EU; ettlågpassfilter 211D och ett högpass- filter 2llH. Bägge filtrens utgångar - 2llL' där låga frekvenser utmatas, och 2llH' där höga frekvenser ut- matas -är anslutna till en signalnivåjämförarkrets 212 där amplituderna av de båda mottagna frekvenserna jäm- förs. Till kretsens 212 utgång är parallellanslutna en indikator 213 av signalnivåförhållande och en nivådetektor 214 med en lampa 2l4a vars tändning anger klingfast berg och en lampa 2l4b vars tändning anger bomt berg. Lamporna 2l4a och 2l4b utgör specifika indikatorer för det ena och det andra av de två karakteristiska frekvensområ- 8502898-3 dena. Kretsens 200 Siqnalanalysdel 215 omfattar kom- ponenterna 2IlL, 2llH och 212. I fig 5b visas ett block- schema över en ännu enklare elektronikkrets 200'. Till en förstärkare 210' är en i och för sig känd frekvens- analysator 215' ansluten i vilken erhålls kurvor av det slag som visas i fig 4a och 4b och av vilkas betraktande utan vidare slutsatser kan dras om bergets beskaffenhet.

En elektronikkrets enligt föreliggande uppfinning kan t ex vara sammansatt av följande konventionella elektro- ,nikkomponenter saluförda av USA-bolaget National Semi- conductor: - förstärkare 2lO, 210', lågpassfilter 211L, högpassfilter 211H samt nivâförstärkare 214: dessa kretsar kan byggas upp kring operationsförstärkaren typ LM 101; - signalnivâjämförarkrets: Multifunction Converter LH0094; - indikator 213: ett godtyckligt konventionellt vridspole- instrument (voltmeter).

'Vad spektrumanalysatorn 215' anbelangar,så finns det ett flertal fabrikat på marknaden, t ex en från bolaget Hewlett- -Packard; Som det redan inledningsvis har anförts, så lämpar sig före- liggande uppfinning bl a mycket väl till undersökning av berg- bultar. Vid tunnelbyggen och i gruvor förstärks ofta taket genom att vertikala hål borras uppåt i vilka en mycket skrov- lig metallstâng - bergbulten - skjuts in och gjutes fast t ex med en speciell plastmassa som är mycket dyr. Bultnings- kostnaderna utgör således en stor del av totalkostnaderna, men av säkerhetsskäl bultar man oftast avsevärt mera än vad som skulle krävas av säkerhetstekniska skäl med hänsyn till ekonomin. Tack vare.uppfinningen kan detta avhjälpas i två avseenden: dels kan man avgöra om resp i vilken utsträck- ning bultningen behövs, dels kan man fastställa om en bult- ning har genomförts på riktigt sätt. K

Claims (9)

.mfzsvø-a- x-:aflaflu . ~ 8502898-3 Patentkrav

1. Förfarande för att fastställa beskaffenhe- ten av en' Berg- eller stenvolym samt hållfastheten av däri infästade fästelement såsom bergbultar, varvid i en elektro- _nisk krets utvärderas en signal vilken har erhållits som ut- signal från en mot den undersökta volymen anliggande sensor med omvandlarfunktion när en mekanisk stöt har utlösts mot volymen, k ä n n e t e c_k n a t a V I att för utvärde- rhrfim.garmEörs en signalanalys av nämnda utsignal för att fastställa om signalkomponenter med högre eller med lägre frekvenser förhärskar, varvid dominansen av signalkomponen- ter med högre frekvenser tolkas som att den undersökta vo- lymen är klingfast eller fästelementet riktigt infästat och dominansen av signalkomponenter med lägre frekvenser tolkas som att den undersökta volymen är bom eller fästelementet icke riktigt fästat.

2; Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n-- n 8 t e C k n a t a V att signalanalysen 9en°m“ förs genom att nämnda utsignal förstärks och parallellt inmatas i ett lågpassfilter och i ett högpassfilter och att filtrens utgångssignaler jämförs.

3. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n - n e t e c k n a t a v att Signalanalysen genom- förs genom att nämnda utsignal förstärks och tillförs en signalanalysator.

4. Anordning för genomförande av förfarandet enligt något eller några av patentkraven 1-3, innefattande ett organ (l6,ll2) för framkallande av en mekanisk stötnot den undersökta volymen (30lL en avkännare-omvandlare (ll) som kan bringas till anliggning mot den undersökta volymen, och en elektronisk krets (200, 200') för utvärdering av den från nämnda avkännare-omvandlare erhållna elektriska utsignalen, vilken krets innefattar en förstärkarkrets (2l0,2lO') och en analysdel, k ä n n e t eyc k n a d 8502898-3 a v att analysdelen är en signalanalysdel (215: 215') vilken är anordnad att ange om utsignalen uppvisar en dominans av lägre frekvenser under 400 hertz eller av högre frekvenser över 400 hertz.

5. Anordning enligt patentkrav 4, k ä n n e - t e c k n a d a V att signalanalysdelen innefattar ett lågpassfilter (2llL), ett höppassfilter (2llH) och en signalnivâjämförarkrets (212).

6. Anordning enligt patentkrav 4,- k ä n n e - t e c n a d a V att signalanalysdelenl innefattar en frekvensanalysator (215') som lämnar kurvor över frekvens- fördelningen hos den mottagna signalen.

7. Anordning enligt något eller några av patent- kraven 4-6, k ä n n e't e c k n a d a v att till

Sigflölanälysåelen är specifika indikatorer (2l4a, 2l4b) för åtminstone ett av de tvâ karakteristiska frekvensom- râdena anslutna. 3. Anordning enligt något eller nâgra av patent- *kravenq-7 , k ä n n e t e c k n a d a v ett lång- sträckt hus (10) vilket är anordnat att kunna anläggas mot en undersökt berg- eller stenvolym och i vilket är en lång- sträckt styrning (12) anordnad där en fjäderbelastad (13) spets (ll) med en mellankopplad piezokristall (14) är fritt förskjutbart lagrad.

9. Anordning enligt patentkrav 8, k ä n n e - t e c k n a d a V att i nämnda hus är en andra långsträckt styrning (15) anordnad i vilken är en fjäderbelastad (18) och med en förbestämd massa (17) förbunden spett(16)fritt förskjutbart monterad så att vid utlösning av fjäderverkan spetten kan utdela en stöt mot den undersökta berg- eller stenvolymen.