PL202149B1 - Układ ciągłej kontroli względnych zmian naprężeń przed frontem górniczej ściany wydobywczej - Google Patents

Abstract

1. Uk lad ci ag lej kontroli wzgl ednych zmian na- pr eze n przed frontem górniczej sciany wydobyw- czej, wykorzystuj acy pracuj acy organ urabiaj acy kombajnu scianowego jako zród lo drga n wymu- szonych oraz geofony zainstalowane w chodni- kach na wybiegu sciany, znamienny tym, ze do wej sciowych specjalistycznych interfejsów reje- struj aco-zasilaj acych OC1...OCn komputera reje- struj acego STP pod laczone s a poprzez linie transmisyjne LT1...LTn do lowe nadajniki NSG1...NSGn z w laczonymi do ich wej sc geofo- nami: GV zamontowanymi pionowo w stropie przy scianowego wyrobiska chodnikowego oraz GH zamontowanymi poziomo w ociosie/pok ladzie tego wyrobiska, przy czym komputer STP po la- czony jest szeregowo poprzez lacze swiat lowo- dowe LS oraz serwer SRW z komputerem prze- twarzaj acym PC a do wej scia komputera PC pod- laczony jest równie z poprzez interfejs przetwarza- j acy GK blok identyfikacji PK po lo zenia kombajnu w scianie wydobywczej. PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ ciągłej kontroli względnych zmian naprężeń przed frontem górniczej ściany wydobywczej umożliwiający monitorowanie rozkładu względnych zmian naprężeń górotworu w rejonie tej ściany związanych z bieżącą eksploatacją. Tego rodzaju monitorowanie ma duże znaczenie dla bezpieczeństwa pracy w ścianie wydobywczej i umożliwia zastosowanie optymalnej profilaktyki tąpaniowej.

Dotychczas znane są i szeroko stosowane w kopalniach układy i systemy umożliwiające wnioskowanie o stanie naprężeń w górotworze w sposób pośredni a mianowicie poprzez rejestrację zjawisk sejsmoakustycznych będących wtórnym efektem takich naprężeń. Przykładem takiego rozwiązania jest układ stacjonarnej aparatury sejsmoakustycznej według polskiego opisu patentowego nr 154 141. Tego typu układy oprócz tego, że nie monitorują bezpośrednio stanu naprężeń a jedynie zjawiska wtórne, których występowanie nie zawsze jest tożsame z takimi stanami mają również tę wadę, że nie zapewniają możliwości lokalizowania przestrzennego rozkładu naprężeń. Celem uzyskania takich możliwości stosuje się niekiedy metody polegające na wzbudzaniu zjawisk mikrosejsmicznych ręcznie przy użyciu młotów lub efektywniej poprzez odpalanie ładunków pirotechnicznych a następnie pomiarze czasu propagacji tych zjawisk rejestrowanych przez odpowiednio rozlokowane geofony jak to przykładowo rozwiązano w przypadku polskiego wynalazku nr 136 282 p.t. Sposób i układ do badania warstw geologicznych podziemnych wyrobisk górniczych a zwłaszcza rozkładu naprężeń w pokładach wydobywczych. Podstawową wadą takich rozwiązań jest konieczność każdorazowego sztucznego wzbudzania drgań mikrosejsmicznych co jest pracochłonne, często niebezpieczne dla obsługi i nie nadaje się do monitorowania naprężeń w dostatecznie długim okresie czasu.

Inne znane obecnie pod nazwą Rock Vision i stosowane rozwiązanie opracowane przez firmę NSA Engineering z USA w dużym stopniu eliminuje tę wadę poprzez wykorzystanie do celów monitoringu naprężeń sygnałów mikrosejsmicznych wzbudzonych za pośrednictwem organu urabiającego kombajnu węglowego. Rozwiązanie to charakteryzuje się jednak dość istotnymi niedogodnościami funkcjonalnymi i użytkowymi. Rejestracja i analiza sygnałów z geofonów nie odbywa się bezpośrednio w punkcie decyzyjnym t.j. na powierzchni kopalni tylko na dole. Dane do analizy gromadzone są na dysku komputera rejestrującego a następnie dysk ten transportuje się na powierzchnię do analizy co w oczywisty sposób opóź nia proces decyzyjny w zakresie profilaktyki tą paniowej. Aparatura ta nadaje się jedynie do kopalń niezagrożonych metanowo co zwłaszcza w polskich warunkach marginalizuje jej zastosowanie. Ponadto zakres pomiarów naprężeń jest ograniczony gdyż do analizy wykorzystuje się jedynie geofony zainstalowane w stropie chodników przyścianowych.

Układ według wynalazku eliminuje wszystkie wyżej wymienione niedogodności związane z ciągłą kontrolą naprężeń przed frontem ściany a ponadto rozszerza bazę czujnikową decydującą o wiarygodności tych pomiarów.

W układzie według wynalazku do wejściowych specjalistycznych interfejsów rejestrująco-zasilających komputera rejestrującego podłączone są poprzez linie transmisyjne dołowe nadajniki z włączonymi do ich wejść dwoma geofonami z których jeden jest zamocowany pionowo w stropie wyrobiska chodnikowego drugi zaś poziomo w ociosie/pokładzie tego wyrobiska. Nadajniki z geofonami pionowym i poziomym montowane są symetrycznie po obu stronach ściany w chodnikach przygotowawczych w stałych i znanych odległościach od siebie. Komputer rejestrujący połączony jest poprzez łącze światłowodowe oraz serwer z komputerem przetwarzającym, przy czym dodatkowo do wejścia komputera przetwarzającego poprzez interfejs przetwarzający podłączony jest blok identyfikacji położenia kombajnu w ścianie wydobywczej. Z kolei w nadajniku dołowym wyjście cyfrowego modułu nadawczego połączone jest poprzez przetwornik napięć zasilających do drugiego końca linii transmisyjnej zaś wejście tego modułu połączone jest z wyjściem konwertera analogowo-cyfrowego. Do jednego z wejść konwertera analogowo-cyfrowego podłączone są szeregowo w kolejności: wzmacniacz, filtr dolnoprzepustowy i geofon zamocowany w stropie zaś do drugiego wejścia w kolejności: drugi wzmacniacz, drugi filtr dolnoprzepustowy i geofon zamontowany w ociosie/pokładzie.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładowym wykonaniu na rysunku gdzie fig. 1 ilustruje schemat blokowy układu.

Układ ciągłej kontroli zmian naprężeń przed frontem górniczej ściany wydobywczej składa się z komputera rejestrują cego STP z specjalistycznymi interfejsami OC1...OCn, które odbierają cyfrowe sygnały telemetryczne z linii transmisyjnych LT1...LTn przekazywane z dołowych nadajników NSG1...NSGn a jednocześnie przekazują do tych nadajników iskrobezpieczny prąd służący do ich

PL 202 149 B1 zasilania. Komputer STP połączony jest poprzez łącze światłowodowe LS oraz serwer SRW z komputerem przetwarzającym PC. W każdym nadajniku NSG znajduje się dwuwejściowy konwerter analogowo-cyfrowy A/C, którego wyjście połączone jest z wejściem cyfrowego modułu nadawczego CPU. Z kolei wyjś cie modułu CPU połączone jest poprzez przetwornik ZN napięć zasilających z linią transmisyjną LT. Do jednego z wejść konwertera analogowo-cyfrowego A/C podłączone są szeregowo: geofon GV zamocowany pionowo w stropie wyrobiska, filtr dolnoprzepustowy FD1 i wzmacniacz W1, zaś do drugiego wejścia tego konwertera geofon GH zamontowany w ociosie/pokładzie wyrobiska, filtr dolnoprzepustowy FD2 i wzmacniacz W2. Komputer PC posiada interfejs CK do którego podłączony jest blok PK identyfikacji położenia kombajnu w ścianie.

Funkcjonowanie układu według wynalazku polega na tym, że drgania wzbudzone przez wrębiający się w caliznę węglową organ urabiający kombajnu są przetwarzane na sygnały elektryczne przez geofony GV zainstalowane pionowo w stropie wyrobiska jak i przez geofony GH zainstalowane poziomo w ociosie/pokładzie wyrobiska a następnie po przetworzeniu w nadajnikach NSG1...NSGn z użyciem konwerterów analogowo-cyfrowych A/C oraz modułu nadawczego CPU do odpowiedniej postaci cyfrowej dogodnej dla transmisji przekazywane są poprzez linie transmisyjne LT1...LTn do interfejsów OC1...OCn komputera rejestrującego STP. Równocześnie do interfejsu CK tego komputera przetwarzającego PC przekazywane są sygnały identyfikacji położenia kombajnu z bloku PK. W komputerze PC na podstawie analizy energii zarejestrowanych sygna ł ów pochodzących z geofonów podłączonych do poszczególnych nadajników NSG, przy uwzględnieniu aktualnego położenia kombajnu dokonuje się z użyciem specjalistycznego oprogramowania obliczanie wielkości i rozkładu współczynników tłumienia fali sejsmicznej w górotworze (pokład i strop) i wynikowe przedstawienie aktualnego ich stanu w bardzo dogodnej dla interpretacji i diagnozy formie tomograficznej (izolinie) na ekranie komputera. Małe wartości tłumienia identyfikują miejsca o zwiększonych naprężeniach zaciśnięte. Duże wartości tłumienia identyfikują miejsca o zmniejszonej wartości naprężeń lub rozluźnione.

Algorytmy obliczeń oparte sana znanych geofizycznych zależnościach wiążących energię i tłumienie propagacji drgań w górotworze z wielkością występujących w nim naprężeń.

Zastosowanie geofonów zarówno w stropie jak i ociosie/pokładzie znacznie zwiększa pole obserwacji naprężeń. Sygnały z tych geofonów są przefiltrowane w filtrach dolnoprzepustowych FD1, FD2, wzmocnione w wzmacniaczach W1, W2 i przetworzone w konwerterze A/C do postaci cyfrowej co zapewnia wysoką dynamikę ich zapisu oraz niską wrażliwość na szumy transmisyjne których poziom w kopalnianych warunkach jest przeważnie wysoki. Specjalistyczne interfejsy OC1 ...OCn oprócz wstępnej obróbki sygnałów zapewniają przekazywanie do nadajników NSG1...NSGn iskrobezpiecznych prądów służących do ich zasilania co jest bardzo dogodne i istotne w przypadku kopalń zagrożonych metanem. Przetworniki ZN w każdym z nadajników umożliwiają uzyskanie pożądanych napięć zasilających poszczególne bloki funkcjonalne nadajników oraz umożliwiają szeregową transmisję cyfrową wyników rejestracji po linii zasilającej.

Tak skonfigurowany układ ciągłej kontroli względnych zmian naprężeń przed frontem górniczej ściany wydobywczej metodą pośrednią poprzez kontrolę względnych zmian tłumienia drgań sprężystych umożliwia w świetle wyżej wymienionych właściwości szeroki zakres ciągłego monitoringu stanu naprężeń w górotworze interesujących z punktu widzenia profilaktyki tąpaniowej jak i ekonomiki procesu technologicznego, przykładowo optymalizacji doboru obudowy ścianowej lub też energii elektrycznej pobieranej przez maszyny urabiające. Przede wszystkim jednak funkcjonując w pełni automatycznie w czasie rzeczywistym układ według wynalazku umożliwia szybką reakcję w razie wystąpienia zagrożeń tąpaniowych.

Claims (2)

1. Układ ciągłej kontroli względnych zmian naprężeń przed frontem górniczej ściany wydobywczej, wykorzystujący pracujący organ urabiający kombajnu ścianowego jako źródło drgań wymuszonych oraz geofony zainstalowane w chodnikach na wybiegu ściany, znamienny tym, że do wejściowych specjalistycznych interfejsów rejestrująco-zasilających OC1...OCn komputera rejestrującego STP podłączone są poprzez linie transmisyjne LT1...LTn dołowe nadajniki NSG1...NSGn z włączonymi do ich wejść geofonami: GV zamontowanymi pionowo w stropie przyścianowego wyrobiska chodnikowego oraz GH zamontowanymi poziomo w ociosie/pokładzie tego wyrobiska, przy czym komputer STP połączony jest szeregowo poprzez łącze światłowodowe LS oraz serwer SRW z kom4

PL 202 149 B1 puterem przetwarzającym PC a do wejścia komputera PC podłączony jest również poprzez interfejs przetwarzający GK blok identyfikacji PK położenia kombajnu w ścianie wydobywczej.

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że w nadajniku dołowym NSG wyjście cyfrowego modułu nadawczego CPU podłączone jest poprzez przetwornik ZN napięć zasilających do linii transmisyjnej LT zaś wejście modułu CPU połączone jest z wyjściem konwertera analogowo-cyfrowego A/C przy czym do jednego z wejść tego konwertera podłączone są szeregowo w kolejności: wzmacniacz W1, filtr dolnoprzepustowy FD1 i geofon GV zaś do drugiego wejścia konwertera podłączone są szeregowo w kolejności: wzmacniacz W2, filtr dolnoprzepustowy FD2 i geofon GH.