Комплекс средств для оценки свойств массивов горных пород на карьерах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.15.03, кандидат технических наук Жуковский, Алексей Алексеевич

• Жуковский, Алексей Алексеевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Жуковский, Алексей Алексеевич

Содержание

Введение

•Глава 1. Состояние работ, задачи и структура научных исследований

1.1. Способы определения свойств горных пород в условиях открытых горных работ (ОГР)

1.2. Средства для определения свойств массивов горных

пород в условиях ОГР

1.3. Требования к разрабатываемым средствам

1.4. Основные задачи, методы и структура научных исследований

Глава 2. Оценка свойств массивов горных пород в процессе их

разработки для обеспечения БВР

2.1. Целесообразность повышения точности сведений о свойствах горных пород

2.2. Совместимость средств информационного обеспечения с технологическим процессом буровзрывных работ на карьерах

2.3. Уточнение параметров БВР по сейсмическим данным

2.4. Выводы. 58 Глава 3. Аппаратурно - измерительный комплекс для оценки

свойств горных пород на карьерах

3.1. Управление процессами измерений

3.2. Возбуждение колебаний при исследованиях в условиях

ОГР

3.2.1.Электродинамические излучатели для скважинных источников малой мощности

3.2.2.Мощный источник крутильных колебаний

3.2.3.Возбуждение колебаний в водной среде источником электроискрового типа

3.2.4.Импульсный источник звуковых колебаний в воздушной среде

3.3. Прием сейсмического сигнала в условиях ОГР

3.3.1.Прием сейсмического сигнала в условиях интенсивых электромагнитных помех

3.3.2.Применение акселерометров в качестве датчиков сейсмического сигнала

3.4. Регистрация сейсмического сигнала 97 3.4.1.Запись сейсмического сигнала на магнитный носитель

3.4.2.Увеличение числа регистрирущих каналов сейсмос-

танции

3.4.3.Анализ сигнала, записанного в памяти сейсмостан-

ции, аналоговыми приборами

3.5. Выводы и результаты 104 Глава 4. Исследования и испытания разработанного аппаратурного комплекса

4.1. Структура аппаратурно-измерительного комплекса

4.2. Применение аппаратурно-измерительного комплекса

4.3. Выводы 115 Заключение 116 Литература 119 Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Комплекс средств для оценки свойств массивов горных пород на карьерах»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Эффективность ведения буровзрывных работ на карьерах во многом определяется точностью и оперативностью сведений о свойствах горных пород разрабатываемого массива. Ошибки при определении и учете свойств пород приводят к ухудшению дробления или перерасходу взрывчатых веществ, что увеличивает затраты на буровзрывные работы. На участках со сложным геологическим строением для получения удовлетворительных результатов дробления приходится вести работы с явно завышенными удельными расходами взрывчатых веществ (например, на разрезе "Ольжерасский" в 1995 г. он составлял 1,4 кг/м3, что в 1,5 раза выше среднего по Кузбассу) . В то же время снижение удельного расхода, разрежение сетки скважин, не обоснованные более точными сведениями о массиве, могут привести к существенным экономическим потерям. Наиболее адекватные и оперативные сведения о массиве могут быть получены на основе исследований свойств пород в естественном залегании методами многоволновой сейсмометрии. Однако большинство средств, используемых при таких исследованиях, сложны, не приспособлены к условиям открытых горных работ, требуют привлечения высококвалифицированных специалистов, плохо вписываются в технологический процесс, вследствие чего не находят широкого применения на действующих горнодобывающих предприятиях. Таким образом, проведение исследований, направленных на повышение технологичности средств измерений и создание специализированного аппаратурно-измерительного комплекса для совершенствования информационного обеспечения буровзрывных работ на карьерах является актуальной научной задачей.

Целью работы является разработка средств для оперативного определения свойств пород в естественном залегании при проведении буровзрыв-

ных работ на карьерах.

Основная идея состоит в повышении технологичности средств информационного обеспечения, максимальной их адаптации к условиям действующего горнодобывающего предприятия.

Основными задачами исследований являются:

1. Определение принципов совместимости средств информационного обеспечения с технологическим процессом буровзрывных работ при разработке сложноструктурных массивов пород на действующих предприятиях.

2. Обоснование структуры алпаратурно-измерительного комплекса для получения надежных и оперативных сведений о свойствах пород массива сложного строения в составе технологического процесса буровзрывных работ.

3. Изучение влияния воздействия помех в условиях действующего горнодобывающего предприятия на качество получаемой информации, разработка адекватных мер борьбы с ними и соответствующих устройств; оценка эффективности их применения.

4. Разработка оптимальных систем управления электродинамическим, электроискровым, электромашинным и акустическим источниками колебаний.

5. Разработка элементов алпаратурно-измерительного комплекса для получения информации о свойствах и состоянии массива горных пород: невзрывных источников сигнала, помехозащищенных приемных устройств, средств связи, управления и синхронизации, узлов регистрирующих устройств; испытания и оценка их применения.

Защищаемые научные положения:

1.Повышение точности сведений о массиве горных пород, необходимых для эффективного проведения буровзрывных работ, целесообразно, если информационное обеспечение является частью технологической цепи, а применяемые для этого средства объединены в специализированный аппа-

ратурно-измерительный комплекс, предназначенный для работы в условиях действующего горнодобывающего предприятия.

2.Повышение оперативности и надежности информационного обеспечения буровзрывных работ при разработке сложноструктурного массива горных пород возможно при использовании в алпаратурно-измерительном комплексе разработанных источников колебаний, с автоматизацией и оптимизацией режимов их работы, помехозащшценных приемных устройств, синхронизации процесса измерений по радиоканалу.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов, рекомендаций подтверждаются результатами комплексных исследований разработанных средств и способов на горнодобывающих предприятиях с различными горногеологическими условиями (на угольных разрезах КАТЭКа, Кузбасса, строительных и рудных карьерах, при инженерных изысканиях) в течение длительного времени (более 10 лет), большими объемами исследований с обработкой экспериментального материала методами математической статистики, положительными результатами испытаний и использования созданных образцов новой и модернизированной аппаратуры.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- установлены принципы совместимости средств информационного обеспечения с технологическим процессом буровзрывных работ, заключаю-' щиеся в том, что повышение точности информации не должно сопровождаться увеличением длительности, стоимости, ухудшением безопасности проведения этих работ;

- обоснована структура алпаратурно-измерительного комплекса для получения оперативной информации о свойствах сложноструктурного массива горных пород методами многоволновой сейсмометрии в специфических условиях действующего горнодобывающего предприятия;

- установлены оптимальные параметры устройств управления источни-

ками сейсмического сигнала (электродинамическим, электроискровым, акустическим, электромашинным) по критериям обеспечения эффективного возбуждения, оперативности и безопасности работ в условиях действующего горного предприятия;

- разработан способ оценки работы помехоподавляющих и согласую-ще-симметрирующих устройств аппаратурно-измерительного комплекса по критерию отношения показателей дисперсий на частоте полезного сигнала к сумме отношений остальных дисперсий разложения сигнала в выбранном частотном окне.

Методы исследований: обобщение и анализ существующих способов и средств получения информации о массиве горных пород; физическое моделирование условий открытых горных работ при лабораторных исследованиях; математический анализ при определении оптимальных характеристик средств информационного обеспечения; комплексные эксперименты в промышленных условиях с использованием разработанных устройств; статистический анализ при обработке экспериментального материала.

Практическая ценность работы заключается в том, что ее результаты позволяют производить оперативную оптимизацию буровзрывных работ на действующих предприятиях открытых разработок со сложной структурой залегания и широко меняющимися свойствами горных пород, обнаруживать локальные неоднородности, проводить инженерные изыскания для строительных работ, разрабатывать специализированные комплексы аппаратуры для решения задач горного производства с учетом структурных и производственных условий проведения горных работ.

Реализация результатов работы. Результаты работы использованы: при проведении работ по корректировке параметров буровзрывных работ на разрезах "Красногорский", "Ольжерасский", "Листвянский" Кузбасса, на карьере "Новосмолинский" (Челябинск); при проведении опытных работ для

оптимизации буровзрывных работ в Уранасбесте (г. Асбест, Свердловской обл.); при разработке технологии и проведении опытных работ по обнаружению крепких включений во вскрышных массивах КАТЭКа на разрезах "Бородинский" и "Березовский"; при исследовании геологического строения и выявления участков повышенной прочности на разрезе "Красногорский" Кузбасса; при детализации геологического строения, изучении блочности и трещиноватости по профилю перехода строящегося метрополитена через реку Миасс; для выявления старых горных выработок около города Челябинска; для оценки свойств грунтов под фундаментом пильгерстана на ЧТПЗ; при проведении модельных исследований, отладки вновь разрабатываемых устройств, других исследованиях (например, при разработке- способа и аппаратуры для дефектоскопии изделий ЮУФЗ).

Личный вклад автора заключается в определении структуры и свойств элементов аппаратурно-измерительного комплекса для исследований слож-ноструктурного массива, для реализации способа корректировки параметров буровзрывных работ по сейсмическим данным, определении принципов совместимости средств информационного обеспечения с технологическим процессом буровзрывных работ, разработке критерия эффективности и способа оценки работы помехоподавляющих устройств, установлении оптимальных параметров управления электродинамическим, электроискровым и акустическим источниками, принципов построения, алгоритмов и режимов работы привода источника крутильных колебаний на моментном двигателе, исследованиях и испытаниях разработанных способов и устройств в лабораторных и промышленных условиях.

Апробация работы. Основные положения и содержание работы по частям и в целом докладывались и получили одобрение: на Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов угольной промышленности (г.Люберцы, 1987 г.), на конференции "Молодые ученые КАТЭ-

Ку" (г. Красноярск, 1988г.), на IV Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов угольной промышленности (г. Москва, 1989 г.), на научных семинарах и ученом совете НИИОГР (1985-1999 гг.), на предприятиях и в организациях, где проводились практические работы и испытания методов и аппаратуры.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ (в том числе 2 патента), в которых отражено ее основное содержание.

Автор выражает глубокую благодарность за помощь в работе д.т.н.,

проф. Галкину В.А., Макарову A.M.,.......Ташкинову A.C., Хохрякову B.C.,

Шестакову А.Л., Бирюкову A.B., к.т.н. Воронцову И.В.

Заключение диссертации по теме «Открытая разработка месторождений полезных ископаемых», Жуковский, Алексей Алексеевич

4.3. Выводы

1. Средства алпаратурно-измерительного комплекса успешно прошли опытно-промышленную проверку, использовались для решения технологических задач в период с 1988 по 1998 гг. на угледобывающих разрезах КАТЭ-Ка и Кузбасса, других горно-добывающих предприятиях, при инженерных изысканиях, а также в некоторых других областях промышленности. Испытания и применение разработанных средств информационного обеспечения показали, что они позволяют повысить оперативность и точность определения свойств массива в условиях сложноструктурного залегания горных пород на разрабатываемых блоках для корректировки параметров буровзрывных работ, что дает возможность снизить затраты на эти работы, без ухудшения качества дробления, до 20 %.

2. Разработанный алпаратурно-измерительный комплекс содержит большой ассортимент технических средств, позволяющих решать широкий круг технологических задач при разработке полезных ископаемых открытым способом.

3. Состав комплекса постоянно обновляется, совершенствуются входящие в него устройства и блоки по мере накопления опыта работ, постановки новых технологических задач, появления новой элементной базы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основании проведенных автором исследований изложены научно обоснованные технические разработки средств оперативной оценки свойств разрабатываемого массива пород, что имеет существенное значение для решения важной прикладной задачи повышения эффективности буровзрывных работ на карьерах.

Основные научные выводы и результаты заключаются в следующем:

1. Информационное обеспечение должно быть частью технологической цепи буровзрывных работ, а его элементы - объединены в специализированный аппаратурно-измерительный комплекс, позволяющий получать достоверные и оперативные сведения о сложноструктурном массиве горных пород методами многоволновой сейсмометрии в условиях действующего горнодобывающего предприятия при наличии интенсивных электромагнитных, сейсмических и геологических помех.

2. Применение в технологии буровзрывных работ средств информационного обеспечения для повышения точности сведений о свойствах пород разрабатываемого массива эффективно при соблюдении принципа совместимости: повышение точности не должно сопровождаться увеличением длительности,. стоимости, ухудшением безопасности проведения буровзрывных работ.

3. Для обеспечения оперативности детальных исследований массивов пород сложной структуры, качества возбуждаемого сейсмического сигнала в различных условиях, в составе аппаратурно-измерительного комплекса должны быть специальные устройства управления, обеспечивающие автоматизацию процесса измерений, синхронизацию регистрирующей аппаратуры по радиоканалу, оптимизацию импульсов возбуждения, минимизацию времени подготовки к излучению. Длительность импульсов, подаваемых на излучатели электродинамических источников, должна варьироваться от 0,5 до 8 мс, при амплитуде от 20 до 80 В. Оптимальная форсировка по напряжению позволяет снизить время подготовки к излучению электроискровых источников с предварительным накоплением энергии высокого напряжения в 1,5-2 раза.

4. Для исследований с поверхности разрабатываемого блока пород целесообразно применять источник крутильных колебаний на базе момент-ного привода. Разработано устройство управления, позволяющее автоматически менять режимы работы привода, отрабатывая по заданному алгоритму необходимые для качественного возбуждения сигнала перемещения ротора, с оптимизацией энергетических характеристик.

5. Разработан способ оценки эффективности работы помехоподавляю-щих и с-огласующе-симметрирующих устройств по критерию, использующему статистический анализ спектральных разложений сейсмических сигналов. Применение разработанных устройств в условиях открытых горных работ при наличии интенсивной электромагнитной помехи позволяет улучшить соотношение "сигнал/помеха" до трех раз и, тем самым, повысить достоверность информации.

6. По результатам проведенных исследований разработан алпаратурно- измерительный комплекс для получения информации о массиве горных пород, содержащий: устройства автоматического управления скважинными источниками малой мощности электродинамического типа, мощным источником крутильных колебаний, источником электроискрового типа; устройства для приема сейсмического сигнала в условиях повышенных электромагнитных помех на индукционных сейсмоприемниках и на базе акселерометров; устройство для вывода и обработки информации аналоговыми приборами и записи ее на магнитный носитель; коммутатор входных сигналов; регистрирующие устройства с кассетным накопителем на магнитной ленте и на гибких магнитных дисках.

7. Средства аппаратурно-измерительного комплекса успешно прошли опытно-промышленную проверку, использовались для решения технологических задач в период с 1988 по 1998 гг. на угледобывающих разрезах КАТЭ-Ка и Кузбасса, других горно-добывающих предприятиях, при инженерных изысканиях, а также в некоторых других областях промышленности. Испытания и применение разработанных средств информационного обеспечения показали, что они позволяют повысить оперативность и точность определения свойств массива в условиях сложноструктурного залегания горных пород на разрабатываемых блоках для корректировки параметров буровзрывных работ, что дает возможность снизить затраты на эти работы, без ухудшения качества дробления, до 20 %.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Жуковский, Алексей Алексеевич, 1999 год

Литература.

1. Алейников A.A., Немзоров Н.И., Халевин Н.И. Многоволновая сейсмика при изучении рудных районов.- М.: Наука, 1986.

2. Архангельский И.В. О достоверности результатов инженерно- геологических исследований.// Инженерная геология, 1989, № 2.- с. 101-103

3. Барон Л.И., Логунцов Б.М., Позин Е.З. Определение свойств пород. -М. .-Госгортехиздат, 1962.- 331с.

4. Бас A.A., Миловзоров В.П., Мусолин А.К. Источники вторичного питания с бестрансформаторным входом.- М.: Радио и связь,1987.- 160 с.

5. Башарин A.B., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами. - Л.: Энергоиздат, 1982. - 392 с.

6. Беленький Ю.М., Микеров А.Г. Выбор и программирование параметров бесконтактного моментного привода - Л.: ЛЦДТП, 1990 - 24 с.

7. Белов Г.А. Высокочастотные тиристорно-транзисторные преобразователи постоянного напряжения. - М.: Энергоиздат, 1987. - 120 с.

8. Бесконтактные моментные электродвигатели ДБМ (справочник) -Товарищество "МЭЛМА", 1992 - 91 с.

9. Бесконтактный моментный привод (технико-экономическая информация) - Л.: ЛЦДТП, 1990 - 28 с.

10. Бритков H.A., Перьев A.A., Малахов А.П. Электромагнитный импульсный источник сейсмических колебаний малой мощности.// Горный журнал, 1996 - № 5, с.40.

И. Букчин Л.В., Безрукий Ю.Л. Дисковая подсистема 1ВМ-совмести-мых персональных компьютеров.- М., 1993, - 288 с.

12. Буровзрывные работы на угольных разрезах/Н.Я.Репин, В.Д.Бут-кин, В.П.Богатырев и др. Под ред. Н.Я.Репина.-М. .-Недра, 1987.-254 с.

13. Вальчук B.B., Кунщиков Б.К., Порываев А.П. Возможности кинематических и динамических параметров сейсмоакустических волн для обнаружения крепких включений.// Технология и механизация добычи угля открытым способом. - М.: Недра, 1986 - с. 108-113 (НИИОГР)

14. Вентцель Е.С. Теория вероятностей.- М.: Наука, 1979 - 576 с.

15. Воронцов И.В. Выделение крепких включений и оценка массива вскрышных пород методами скважинной сейсморазведки.// Сб. научных трудов НШОГР, Челябинск, 1990 - с. 154-159.

16. Воронцов И.В., Жуковский A.A. Источники горизонтально-поляризованных поперечных волн в малоглубинной сейсмике.// Сб. научных трудов НИИОГР, Челябинск, 1990 - с. 161-168.

17. Воронцов И.В., Жуковский A.A. Результаты применения сейсморазведки на поперечных волнах для изучения взрываемых блоков.// Сб. научных трудов НИИОГР, Челябинск, 1992 - с. 92-97.

18. Воронцов И.В., Жуковский A.A. Технология, позволяющая привести затраты на буровзрывные работы в соответствие со свойствами пород. - Уголь, 1996, М.: Недра, Ш 5 - с. 33-34.

19. Воронцов И.В. Методика детального изучения физико-механических свойств грунтов с помощью многоволновой сейсмометрии. Дисс... канд. техн. наук. - Свердловск, 1991. - 128 с.

20. Воронцов И.В. Многоволновая сейсмометрия при решении гор-но-гелогических задач. - Екатеринбург: УрО РАН, 1998 - 112 с.

21. Воронцов И.В. Применение сейсмокаротажа при инженерных изысканиях.// Инженерная геология, 1991. № 3 - с. 60-63.

22. Воронцов И.В., Шагабутдинов P.P., Жуковский A.A. Расчет оптимальных параметров буровзрывных работ по сейсмическим данным.// Вычислительный эксперимент и его применение при разработке высокопроизводительных и экологически чистых технологий добычи угля: Тезисы докладов

4-й Всесоюзной н.-т. конф.- М., 1989 - с. 30-31.

23. Вычислительная математика. М.: Недра, 1976. - 230 с.

24. Гальперин Е.И. Вертикальное сейсмическое профилирование. -М.: Недра - 1982.

25. Гальперин М.В. Практическая схемотехника в промышленной автоматике. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 320 с.

26. Гафиятуллин Р.Х., Хусаинов Р.З., Лях Н.Е., Босс В.Я. Быстродействующий высокоточный моментный электропривод робота. Тезисы докл. Всес. конф. "Роботы и гибкие производственные системы". Челябинск, 1988.

27. Гафиятуллин Р.Х., Хусаинов Р.З., Босс В.Я., Лях Н.Е. Безре-дукторный следящий электропривод для точных приборов. Методы и средства повышения технического уровня электроприводов. Сб. научн. трудов МЭИ. 1989, №123 с. 166-173.

28. Гогоненков Г.Н. Изучение детального строения осадочных толщ сейсморазведкой. - М.: Недра, 1987.

29. Горенштейн И.В., Жуковский A.A., Шагабутдинов P.P. Применение спектрального анализа для выделения высокоскоростных включений во вскрышных породах КАТЭКа. // "Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых". Журнал СО АН СССР, № 4, 1989, раздел "Механизация и автоматизация горных работ" - с. 83-89.

30. Грунтоведение / Сергеев Е.М., Голодковская Г.Я., Зиенгиров P.C. и др. - М.: МГУ, 1971 - с. 196-284.

31. Гурвич И.И., Боганик Г.И. Сейсмическая разведка. - М.: Недра,

1980.

32. Демиденко Н.М., Давыдов М.О., Лабунский Л.В. Геофизический метод обнаружения крепких включений во вскрышных породах //Уголь, 1976 - Ш 12, с.60.

33. Демиденко Н.М., Кириллов Р,А.,Порываев А.П. Возможности обнаружения крепких включений на разрезах КАТЭКа методами электроразведки.// Уголь, 1988 - Ш 7, с. 8-20.

34. Денисов С.Е., Пашков В.Ф. Геолого - технологическое обеспечение буровзрывных работ.- Челябинск: Рекпол, 1997.- 161 с.

35. Денисов O.E., Давыдов М.О. Создание автоматизированной системы управления буровзрывными работами на базе использования геолого-технологической модели месторождения. // Уголь, 1992.- № 4.-51-52с.

36. Достал И. Операционные усилители: Пер. с англ. - М.: Мир, 1982. - 512 с.

37. Жуковский A.A. Автоматизированные средства для изучения свойств горных пород на карьерах.- Челябинск, НТЦ-НШОГР. Деп. ВИНИТИ 12.04.99, Ш118-В99 - 8 с.

38. Жуковский A.A. Автоматизированный аппаратурно-измерительный комплекс для оценки свойств горных пород на карьерах.- Челябинск, НТЦ-НИИОГР. Деп. ВИНИТИ 12.04.99, Ш117-В99 - 6 с.

39. Жуковский A.A. Совершенствование методики акустического проз-вучивания при исследованиях свойств горных пород. // Повышение надежности и качества технологических процессов в угольной промышленности. //Тезисы докладов на Всес. н.-т. конф. молодых ученых и специалистов угольной промышленности.- Люберцы, 1987.

40. Жуковский A.A. Устройство для автоматического накопления сейсмического сигнала.// Сб. научных трудов НИИОГР, Челябинск - 1987.

41. Жуковский A.A. Учет требований безопасности в аппаратурном комплексе для изучения свойств горных пород на открытых работах.// Электробезопасность, № 3-4, Челябинск: ЧГТУ, 1997 - с. 33-36.

42. Жуковский A.A., Пугач Я.И. Постановка задачи оптимизации фор-

мирования скважинных зарядов ВВ на открытых горных работах. В кн. -Технология и механизация добычи угля открытым способом. - М. : Недра, 1986, с. 49-51 (НШОГР).

43. Жуковский A.A., Рихтер Е.Б., Денисов С.Е. Научное обеспечение решения задач повышения эффективности буровзрывных работ на разрезах. //Уголь, 1991.- Ш 3.- с.14-16.

44. Зайцев В.П. Исследование колебаний в системе горизонтальный сейсмоприемник-почва. // Геолого-геофизические исследования в Сибири. Ин-т геологии и геофизики СО АН СССР. 1984. Деп.№ 6223-84.

45. Звонов A.A., Кошарнов М.Ф., Зонтович Ю.К. Взрывные работы в сложных горногеологических условиях // Обзор / ЦНИЭИуголь.- М.,1987.-35с.

46. Ивакин Б.Н., Карус Е.Б., Кузнецов О.Л. Акустический метод исследования скважин. - М.: Недра, 1978.

47. Ивкин C.B. Комплесная геофизическая технология обнаружения крепких включений. // Уголь - № 1, 1996,- с. 61-62.

48. Кабаков A.M., Аксенов В.М., Денисов С.Е. Применение микро-ЭВМ для автоматизации проектирования параметров БВР на угольных разрезах./ Тез. докладов. Микропроцессорные системы обработки информации и управления.- Челябинск,- 1987.

49. Караев H.A., Константинов В.В., Корнеев В.А. Сейсмическое просвечивание локальных неоднородностей./У Разведочная геофизика (обзор). - М.: ВИЭМС, 1987.

50. Кенио Т., Нагамори С. Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами: Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 184 с.

51. Комплексные инженерно-геофизические исследования при строительстве гидротехнических сооружений./ Савич А.И., Куюнджич Г.Д., Коптев В.И. и др. - М.: Недра, 1990.

52. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. - М.: Недра, 1978. - 720 с.

53. Кузнецов В.И., Ташкинов A.C., Бирюков A.B., Мазаев В.М. Повышение эффективности взрывных работ на разрезах Кузбасса. Кемерово, 1989.- 168с.

54. Кутузов Б.Н., Рубцов В.К. Физика взрывного разрушения горных пород.-М.:МГИ, 1979.-177с.

55. Лабунский Л.В., Демиденко Н.М., Воронцов И.В. Разработка геолого- геофизических методов и средств оценки состояния вскрышного массива.// Уголь, 1991 - № 3, с. 60-63.

56. Лабунский Л.В., Кабаков A.M., Кононец С.П. Условия залегания и физико-механические свойства крепких включений угольных разрезов Канско-Ачинского бассейна.// Технология и механизация добычи угля открытым способом. - М.: Недра, 1986. - с. 105-108 (НИИОГР).

57. Ляховицкий Ф.М., Хмелевской В.К., Ященко З.Г. Инженерная геофизика. - М.: Недра, 1989.

58. Моин B.C. Стабилизированные транзисторные преобразователи. -М.: Энергоатомиздат, 1986. - 376 с.

59. Никитин В.Н. Основы инженерной сейсмики. - М.: МГУ, 1981.

60. Патент Ш 2055193 6Е 21С 37/00 (РФ). Способ проведения взрывных работ. / ТОО фирма " РИВЭТ", авт. изобр. Воронцов И.В., Жуковский A.A. - Заявл. 31.08.93 № 93043123/03, опубл. 1996, БИ № 6.

61. Патент № 2060495 6G 01 N 29/12 (РФ). Способ определения дефектов в изделии. / ТОО фирма "РИВЭТ", авт. изобр. Воронцов И.В., Жуковский A.A. - Заявл. 08.06.93 № 93031456/28, опубл. 1996, БИ Ш 14.

62. Патент Ш 2040577 (Франция). Способ определения физико-механических свойств горных пород. 1971.

63. Палагин В.В., Попов А.Я., Дик П.И. Сейсморазведка малых глу-

бин. - М.: Недра, 1989.

64. Полшков М. К. Теория аналоговой и цифровой сейсморазведочной аппаратуры. - М.: Недра, 1973.

65. Попов А. Я. Сейсморазведка малых глубин с применением портативных сейсмостанций-накопителей. Дисс.... канд. техн. наук. - Алма-Ата, 1987, 244 с.

66. Попов А.Я. Структура высокочастотных микросейм по экспериментальным данным. // Применение методов рудной геологии в Казахстане и Средней Азии. - Л., 1983, с. 69-75.

67. Попов А.Я., Языков И.С. Возможности портативных сейсмических станций с накоплением полезного сигнала в исследованиях состояния породного массива. // Горная геофизика.- Тбилиси, 1981,- с. 185-188.

68. Прогнозирование в инженерных изысканиях для гидротехнического строительства./ Под ред. Молокова Л.А. - М.: 1981.

69. Распределение и корреляция показателей физических свойств горных пород: Справочное пособие / Протодьяконов М.М., Тедер Р.И., Ильницкая Е.И. и др. М., Недра, 1981. - 192 с.

70. Ржевский В.В. Открытые горные работы.-М.:Недра, 1985.-508с.

71. Ржевский В.В., Новик Г. Я. Основы физики горных пород. М. : Недра, 1984.

72. Сейсмическая разведка методом поперечных и обменных волн. / Пузырев Н.Н., Тригубов А.В., Бродов А.Ю. и др. - М.: Недра, 1985.

73. Сейсморазведка. Справочник геофизика. / Под ред. Номоконова В.П. - М.: Недра - 1990.

74. Сеинов Н.П. О путях повышения механической работы взрыва.- В кн.: Взрывное дело, № 73/30, М.: 1974, с. 80-88.

75. Стабилизаторы переменного напряжения./ Кобзев И.В., Лебедев Ю.М., Михальченко Г.Я. и др. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 152 с.

76. Справочник взрывника / под. ред. Б.Н.Кутузова. - М.: Недра. -

1988.

77. Справочник (кадастр) по физическим свойствам горных пород./ Под ред. Н.В. Мельникова, В.В.Ржевского, М.М.Протодьяконова. М.: Недра, 1975.

78. Такранов P.A. Научно-методические основы геологического обеспечения открытой разработки угольных месторождений. Автореф. дисс. канд. техн. наук. - М.: 1993 - 34 с.

79. Тангаев И.А. Буримость и взрываемость горных пород.- М. .-Недра, 1978. - 183с.

80. Тангаев И.А. Энергоемкость процессов добычи и переработки полезных ископаемых.-М.:Недра, 1986.-228с.

81. Ташкинов A.C., Бирюков A.B. Определение рациональной степени взрывного дробления пород. //Уголь, 1984.- 5.-18-21с.

82. Теория автоматического управления./ Гольдфарб Л.С., Бальтру-шевич Л.В., Круг Г.К. и др. М.: Высшая школа, 1968.

83. Уайт Дж. Э. Возбуждение и распространение сейсмических волн. - М.: Недра, 1986.

84. Фельдбаум A.A., Бутковский А.Г. Методы теории автоматического управления. - М.: Недра, 1971. - 744 с.

85. Хори Я. Расчет звукового поля, излучаемого колеблющимся телом произвольной формы.//"Нихон онке гаккайси". 1979, т. 35, № 9 486-492.-М.: 1982 (Перевод с японского № Д-16572. - Вс. центр переводов н.-т. литер, и док.).

86. Хохряков B.C. Основы информационного обеспечения САПР горного производства.// Горн. журн., 1986.- 4.-11-17с.

87. Цукерман В.В. Системы цифровой регистрации и обработки данных сейсморазведки. - М.: ВИЭМС, 1977.

88. Эраносян С.А. Сетевые блоки питания с ВЧ преобразователями. -Л.: Энергоатомиздат, 1991. - 176 с.

89. Якобашвили О.П. Методические указания по применению сейсмического способа оперативного картирования взрываемых блоков по крепости и трещиноватости. - М.: МГИ, 1984 - 49 с.

90. Chinoy С.В. The spark generator as an impulsive acoustic signal source. // Acoustics Letters Vol. 6 № 4 44-51 1982.

91. Edelmann H.A.K. Comment on "The amplitude and phase response of a seismic vibrator" By W.E. Lerwill. // Geophisical Prospecting 31. 995-996. 1983.

92. Geoffrey A. Dorn Radiation patterns of torsionalli vibrating seismic sources. //Geophisics. - 1984, № 8 - 1213-1222.

93. Krohn Cristine E. Geophone ground coupling.//"Geophisics", 1984, 49, № 6, - 722-731.

94. Lervill W.E. Repli to comments by H.A.K, Edelmann. - Geophisical Prospecting, 1983, 31 - 997-999.

Приложения Приложение 1. Электродинамический скважинный источник

идвэ

идвз

Рис. п 1.1. Зависимости от приложенного напряжения и а) времени до удара Т; Ь) энергии удара Е.

Функциональная схема устройства управления ЭДИ представлена на рис. п 1.2. Основными ее узлами являются блок управления БУ и силовой блок СБ. В их составе имеются блок ввода длительности БВД, формирователь длительности ФД, управляющее устройство УУ, формирователь синхроимпульса ФСИ, генераторы прямоугольных импульсов Г1, Г2, делитель Д, распределитель импульсов РИ, коммутатор К, схема сброса СС, счетчик импульсов СИ, согласующее устройство СУ, силовой генератор СГ, выпрямитель В, блок выбора знака ВЗ. Кроме того, в устройстве имеется стабилизированный источник питания ИП с гальванически развязанными напряжениями питания СБ и БУ.

Составные узлы устройства возбуждения УВ выполняют следующие функции. Генератор И вырабатывает прямоугольные импульсы тактовой частоты 32 кГц, скважностью 10. Блок ввода длительности БВД предназначен для записи и преобразования в специальный код информации о требуемой длительности импульса возбуждения. Коммутатор К, при наличии разрешения от УУ, подключает выход БВД на вход ФД для перезаписи информации. Формирователь длительности ФД вырабатывает сигнал заданной длительности при запросе с устройства управления УУ. Формирователь синхроимпульса ФСИ управляет работой К и ФД, а также формирует импульс запуска сейсмостанции по команде УУ. Схема сброса СС обеспечивает приведение в исходное состояние и обнуление счетчиков узлов БУ перед началом работы. Генератор Г2 выдает сигнал прямоугольной формы частотой 1 Гц. Счетчик импульсов СИ производит подсчет импульсов генератора Г2 в диапазоне [0 - 32]. Устройство управления УУ служит для формирования сигналов, синхронизирующих работу составных частей УВ. Делитель Д преобразует частоту генератора Г1 в частоты, необходимые для работы ФД и РИ. Распределитель импульсов РИ генерирует сигналы управления силовой

БВД

длительность

К

м Г

I

Г2

Г1

сс

ФД

СИ

Д

БУ

ФСИ

к сеисмост.

УУ

т

уск

Фд

РИ

вз

т

в

сг СУ

СБ

к источнику к сейсмостанции

иакб

ип

Рис. п 1.2. Функциональная схема устройства управления --возбуждения скважинными источниками малой мощности.

частью схемы. Описанные узлы функционально объединены в блок БУ, обеспечивающий управление силовым блоком СБ и взаимодействие с сейсмостан-цией. В силовом блоке СБ имеется: согласующее устройство СУ, обеспечивающее усиление сигнала управления и гальваническую развязку СБ от БУ, силовой генератор СГ; . . вырабатывающий напряжение питания

источника сейсмических колебаний при наличии сигнала с БУ, выпрямитель В, устройство выбора знака ВЗ, с помощью которого осуществляется смена полярности импульсов, подаваемых на источник, а также управление суммированием сигнала в сейсмостанции.

При подаче напряжения питания на БУ схема СС генерирует импульс напряжения, обнуляющий СИ, приводящий триггеры УУ в исходное состояние и блокирующий прохождение сигнала через РИ в момент сброса. По окончании сброса УУ запрещает работу генератора Г2 и счетчика СИ, подготавливает к работе ФСИ, запирает К и запрещает прохождение сигнала через РИ, обнуляет счетчики, ФД и Д. В исходном состоянии, в которое приходит схема, работает генератор Г1. Временные диаграммы работы УВ представлены на рис. п 1.3.

При поступлении на вход УУ сигнала "Пуск" начинается цикл возбуждений. УУ разрешает работу генератора Г2 и счетчика СИ. Сигнал Г2 поступает на входы СИ и УУ. СИ фиксирует первое возбуждение. Снимается блокировка с ФСИ, ФД и К. ФСИ вырабатывает импульс, запускающий сейсмос-танцию, а также разрешает запись в память ФД. Код длительности через открытый коммутатор К переписывается в ФД, коммутатор К закрывается, дальнейшая запись в ФД запрещается. После этого по команде УУ разрешается работа Д и РИ. Импульсы генератора Г1 через делитель Д поступают на вход ФД. Начинается отсчет заданной длительности. Кроме того, из этих импульсов на выходе РИ формируется сигнал управления двухтактной схемой СБ. По окончании отсчета длительности на выходе ФД появляется

09 н

0912 051

09,

010, О10э ОБ 4 03 3

08 з

п 2 П 3

II! 1П 1Г —

III

III III п III

J 1

1

— -С >* с- -;=• -г»- -

t

I t t t t t

01231231 1230

Рис.п1.3.Временные диаграммы работы УВ. 0-исходное состояние,1- запись

в ФД, 2-излучение, 3-•пауза. Количество импульсов ФД показано условно.

сигнал, по которому УУ запрещает работу Д и прохождение импульсов управления через РИ, приводит в исходное состояние ФД. Такое состояние сохраняется до прихода следующего импульса от генератора Г2. После этого цикл повторяется. Возбуждения следуют с частотой,определяемой генератором Г2, и обусловленной возможностями сейсмостанции. После прихода от Г2 32-го импульса СИ переключает триггер УУ, которое, по окончании цикла возбуждения, запрещает работу СИ и Г2. Схема возвращается в исходное состояние. То же самое происходит при поступлении на УУ сигнала "стоп", независимо от состояния СИ.

Во время возбуждения сигнал с выхода РИ блока управления поступает на вход СУ силового блока СБ, где он усиливается по току и подается на СТ. СГ возбуждается, на его выходе формируется импульс напряжения, который выпрямляется В и, после выбора полярности в блоке ВЗ, поступает на источник сейсмических колебаний. Информация о выбранном направлении

возбуждения передается на сейсмостанцию.

Таким образом, разработанное устройство позволяет провести до 32 возбуждений сейсмического сигнала в автоматическом режиме. При этом параметры импульсов могут варьироваться (амплитуда, длительность) для получения оптимальных сейсмических сигналов в конкретных условиях возбуждения и при решении той или иной задачи. Возможность инверсии выходного сигнала с автоматической коррекцией знака суммирования в сейс-мостанции позволяет эффективно подавить продольные волны в итоговой сейсмограмме при использовании поперечных волн. Конструкция выходного усилителя допускает короткое замыкание в нагрузке, а выходное напряжение не превышает 32 В.

Приложение 2. Источник крутильных колебаний

Устройство управления мощным источником крутильных колебаний.

Устройство позволяет генерировать колебания как по, так и против часовой стрелки. Работа устройства проходит в трех основных циклах: -ориентации; -реверса; -рабочем.

Цикл ориентации предназначен для установки ротора, находящегося в произвольном положении, в исходное. Цикл осуществляется автоматически, при включении питания, и в ручном режиме. Цикл реверса осуществляется по желанию оператора для смены направления удара. При этом ротор устанавливается в соответствующее исходное положение. В рабочем цикле осуществляется излучение сейсмического сигнала и синхронизация регистрирующей аппаратуры. Алгоритм работы устройства показан на рис. п 2.1.

В каждом цикле привод работает в нескольких режимах. Рассмотрим это на примере основного - рабочего цикла. При поступлении сигнала

\\ШЫ\

10 Установка 11 В малый ход Г

торможение (01)

11 Установка 10 малый ход В

^{торможение

В Ускорение V

Ы=Р

нет

Инт. торможение

П а уза

№В

да ф

4, да

нет

11 Установка 10

¥ малый ход В

торможение (01)

т

нет

10 Установка 11 В малый ход 5

ЕШ

^{торможение (01)[^1р

О Р И

И

V

и

ц

и к

л р

в

Е р

с

Рис.п 2.1. Алгоритм работы источника БН-волн

-LQ5-

"пуск" ротор устанавливается в стартовое положение для движения вперед, затем происходит разгон двигателя в вентильном режиме до номинальной скорости, удар упора ротора об упор статора, электромагнитное торможение, отработка паузы, установка в стартовое положение для движения назад, возврат ротора на минимальной скорости в синхронном режиме в исходное положение, торможение.

Функциональная схема устройства управления мощным источником крутильных колебаний представлена на рис.п 2.2. Основными составными частями устройства являются: блок задания DB, блок разгона АСВ, блок питания SB, блок автоматики АВ, блок связи СОМ, пульт управления RC, блок регуляторов СВ, силовой блок РВ, моментный двигатель М (OX,OY-обмотки статора).

Блок задания DB" предназначен для формирования сигналов sin и cos с управляемой частотой и фазой, формирования импульсов переключения рабочей частоты Fp и сигнала конца цикла FC. Блок DB включает в себя модули памяти Ms и Мс, цифро-аналоговые преобразователи DACS, DACc, схему управления фазой PC и устройство управления циклом СС. При наличии разрешающего сигнала Е и отсутствии R СС формирует из отрезков sint[0;90°] и cost СО;90°]содержащихся в памяти Ms и Мс сигналы sint и cost, которые после перевода их в аналоговую форму DACS и DACc поступают на выход блока. Частота сигналов определяется импульсами Fs, а фаза задается PC по сигналу FB. После окончания цикла, соответствующего повороту ротора на 360°, СС вырабатывает сигнал FC.

Блок разгона АСВ предназначен для формирования оптимального режима разгона двигателя, программного задания вентильного режима работы. Выходным сигналом блока являются импульсы FSj определяющие частоту сигналов sint и cost блока DB. Блок состоит из тактового генератора TG, счетчика СТ, компаратора сошр памяти М, формирователя импульсов

1Р, схемы управления АС. Генератор Тй вырабатывает прямоугольные импульсы частотой Го, синхронизирующие работу всего устройства. При снятии сигналов Р и И) начинается процесс разгона. По импульсам Рр блока БВ схема АС последовательно опрашивает ячейки памяти М, подавая их содержимое на вход компаратора сотр. В памяти М записана зависимость периода частоты переключений Г3 от времени с начала разгона. Счетчик СТ отсчитывает импульсы Го в каждом периоде Р3. При совпадении его выходного сигнала (И с Тх счетчик обнуляется по сигналу компаратора, а и вырабатывает импульс Р3. При наличии сигнала ГО и отсутствии Р частота импульсов Р3 минимальна и соответствует начальному значению кривой Т(1:).

Блок регуляторов СВ (использованы разработки Захарова В.А.,ЮУрГУ) предназначен для формирования сигналов управления вентилями силового блока, поддержания токов в обмотках ОХ, ОУ на уровнях, соответствующих заданию их, иу. СВ состоит из датчиков тока БТХ, ОТУ, регуляторов тока РТХ, ИТУ, распределителя импульсов Ш, буферных усилителей СА. Разности сигналов задания их, иу и соответствующих сигналов датчиков тока поступают на вход регуляторов БТХ, БТУ. На выходах регуляторов формируется сигнал, необходимый для компенсации сигнала рассогласования. Выходные сигналы СТХ, ИТУ поступают на вход Ш и преобразуются им в систему импульсов управления силовыми вентилями. Импульсы Ш усиливаются СА и подаются на РВ. Входными сигналами датчиков тока являются разности напряжений шунтов РВ противофазно включенных секций обмотки М.

Силовой блок РВ предназначен для коммутации обмоток М, формирования сигналов обратной связи по току. РВ состоит из силовых вентилей VI-УЗ, шунтов, включенных в обмотках статора ОХ, ОУ. Обмотки статора соединены в звезду с общим проводом, напряжение питания не реверсиру-

ется. Напряжения, снимаемые с шунтов D1-D4, подаются на вход датчиков тока СВ.

Блок связи СОМ предназначен для создания интерфейса между описанными блоками устройства, блоком автоматики АВ и выносным пультом управления RC. Состояние выходных сигналов блока: Н- направление, St-пуск, Ог- ориентация определяет цикл и режимы работы двигателя, входной сигнал SI используется для синхронизации запуска сейсмостанции.

Пульт управления RC предназначен для задания оператором режимов работы источника, передачи сигналов управления по линии связи на СОМ, запуска сейсмостанции по сигналу от СОМ.

Блок питания SB предназначен для получения стабильных, гальванически развязанных напряжений питания U1-U3 блоков устройства. SB состоит -из силового генератора PG, схемы управления им С, высокочастотного трансформатора Т, выпрямителей R1-R3, фильтров F1-F3, линейных стабилизаторов L1-L3.

Блок автоматики АВ предназначен для выработки сигналов задания Uy, управления блоками DB, АСВ, СА, установки и смены режимов работы привода при отработке того или иного цикла, генерации сигнала SI, для синхронизации с сейсмостанцией. В состав АВ входят: 1) формирователь вектора поля FYF. Выходные сигналы FVF Ux,Uy пропорциональны входным sint, cost в режимах движения ротора, как в вентильном,так и в синхронном, и в режиме торможения, при этом коэффициент пропорциональности определяется сигналом GAIN модуля FC. В режиме ожидания, когда Е=0, Ux^ Uy=0. В режимах установки ротора в стартовые положения значения UXj Uy определяются сигналами Dx. Dy модуля PC; 2) модуль управления предварительной установкой ротора PC. Задает сигналами Dx, Dy координаты вектора поля, необходимые для плавного старта в ту или иную сторону. Длительность установки Т1 может быть отрегулирована. Направ-

ление предстоящего движения определяется PC по сигналу FB модуля DRC. Управление PC осуществляется от CD; 3) модуль управления направлением движения DRC. Значение его выходного сигнала FB зависит от сигнала Н, состояние которого анализируется в режиме ожидания и меняется при отработке циклов по командам CD. Сигнал FB подается на модуль DRC, а также на PC блока DB, где по его значению задается направление вращения поля; 4) модуль управления задержкой DC. По команде CD в режиме паузы после рабочего хода ротора отрабатывает задержку. Длительность задержки ТЗ может быть отрегулирована; 5) схема сброса RESET. При подаче на блок напряжения питания схема RESET вырабатывает сигнал, по которому CD начинает отработку цикла ориентации; 6) модуль управления усилением FC. При помощи сигнала GAIN задает усиление модуля FVF, выходной сигнал модуля R0 определяет режим работы блока АСВ, разрешая или запрещая ускорение. Управление работой FC осуществляется CD; 7% модуль управления торможением ВС. В режиме торможения по команде CD вырабатывает сигнал R, воздействующий на блоки DB и АСВ, что приводит к фиксации положения вектора поля на время Т2. Длительность 12 может, быть отрегулирована; 8) устройство управления CD. Управляет работой всех модулей блока. Анализ входных сигналов Or, St устройством CD осуществляется только в режиме ожидания. При поступлении сигала от RESET CD начинает отработку цикла ориентации, то же происходит при поступлении сигнала Or с блока СОМ. После окончания цикла устройство переходит в режим ожидания. При поступлении сигнала St от СОМ отрабатывается рабочий цикл, а при изменении значения Н начинается цикл реверса. Режим ожидания является исходным для блока АВ и для всего устройства. В нем CD вырабатывает сигнал Е=0, по которому обнуляются выходные сигналы FVF Ux и Uy, триггеры устройства СС блока DB, запрещается прохождение импульсов через СА блока СВ, все вентили РВ закрыты.

Таким образом разработанное устройство обеспечивает автоматическое управление мощным источником крутильных колебаний, дистанционную связь с различными типами регистрирующей аппаратуры, позволяет проводить измерения с заданным числом накоплений с различным направлением ударов и автоматической коррекцией знака суммирования в сеймостанции. Ротор источника автоматически устанавливается в исходное состояние при подаче напряжения питания, что упрощает конструкцию механической части источника и повышает надежность. Питание устройства осуществляется от аккумулятора. Описанное устройство может быть эффективно применено при исследованиях с поверхности в условиях открытых горных работ.

Приложение 3. Электроискровой источник

Конструкция источника электроискрового источника может представлять собой (рис. п 3.1) камеру, открытую снизу для доступа воды с двумя электрически изолированными друг от друга электродами 2, имеющими наконечники из тугоплавкого материала. Зазор между электродами должен быть регулируемым, например, как показано на схеме рис. с помощью винта 4 с пружиной 3 через изолирующую прокладку 5. Корпус 1 должен быть выполнен из диэлектрика. Напряжение к электродам должно подводиться изолированными проводами 6 от специального устройства управления-возбуждения.

Устройство управления - возбуждения колебаний в водной среде источником электроискрового типа.

Функциональная схема устройства управления-возбуждения электроискрового источника представлена на рис.п 3.2.Устройство состоит из пре-

Рис.п 3.1.Схема электроискрового источника.

иакЬ

У 4 1 сг т ПН □Сву

дн ^

РТЗ

ТТ

ПГ\

л

нэ

дтз

У У

1 I

N наютле- * ^ ПУСК

ФСИ

иакЬ

дтр

ип

К СЕЙСИОСТАНЦИИ

3

ТТ

к блокам

устройства

¿Р

Рис. п 3.2. Устройство управления - возбуждения электроискрового источника

образователя напряжения ПН, включающего в себя силовой генератор СГ, устройство управления им У, повышающий трансформатор Т, выпрямитель -умножитель напряжения УВ, а также регулятора тока заряда РТЗ, трансформаторов тока ТТ, накопителя энергии НЭ, датчика тока заряда ДТЗ, устройства управления зарядом УУЗ, датчика напряжения ДН, коммутатора К, формирователя синхроимпульса ФСИ, датчика тока разряда ДТР, устройства управления УУ, источника питания ИП. Электроискровой источник на схеме обозначен Р.

После подачи в схему напряжения питания устройство У по команде УУ запускает генератор СГ, который преобразует постоянное напряжение иакь в меандр частотой около 20 кГц, подаваемый на повышающий трансформатор Т. Высокое напряжение на вторичной обмотке Т выпрямляется с удвоением напряжения ВУ. Выход ПН подключается через регулятор РТЗ к накопителю НЭ, напряжение на котором начинает повышаться. Сигнал, пропорциональный напряжению на НЭ, подается от датчика ДН на У и УУ. При достижении номинального значения этого напряжения У отключает СГ, а УУ снимает блокировку входного сигнала "Пуск". Далее, при отсутствии сигнала "Пуск" У периодически подключает СГ, поддерживая напряжение на НЭ около номинального значения и компенсируя саморазряд НЭ. Ток в процессе заряда НЭ регулируется двухступенчатым регулятором РТЗ, управление которым осуществляется УУЗ, а сигнал обратной связи по току вырабатывает датчик ДТЗ из напряжения ТТ. При этом ток ограничивается максимально допустимым значением, а коэффициент форсировки, то есть отношение напряжения на выходе ВУ к номинальному напряжению НЭ, выбран оптимальным с точки зрения минимизации времени заряда НЭ (см. п.3.2.3,).

При подаче на УУ сигнала "Пуск" в случае, если напряжение на НЭ достигло номинального и с ДН поступил сигнал о готовности, УУ начинает цикл излучений. При отсутствии сигнала ДН устройство ожидает его пос-

тупления и излучения начинаются только после его прихода. Устройство УУ подает сигнал на К, который подключает НЭ к электродам источника Р. Одновременно УУ блокирует работу У, запрещает работу СГ. Между электродами Р происходит пробой, НЭ разряжается. Энергия разряда составляет около 20 Дж. Разрядный ток индуцирует в ТТ напряжение,по которому датчик ДТР формирует сигнал о происшедшем излучении, подаваемый на УУ. Формирователь ФСИ по сигналу УУ вырабатывает импульс,запускающий сейс-мостанцию. После спада разрядного тока УУ закрывает К и снимает блокировку с У преобразователя напряжения. Начинается процесс заряда НЭ, аналогичный процессу при включении питания, затем происходит очередной разряд и т. д., пока устройство не отработает все N излучений. Количество накоплений N может быть задано оператором в пределах от 1 до 32.

Источник питания ИП из напряжения аккумулятора иакь вырабатывает напряжения, необходимые для питания блоков устройства.

Приложение 4. Источник акустического сигнала

1вО 230 4-00 езо 1К 1 ,вк 2.5К 4К в.ЗК ЮК 1<5К 23К ЛОК

25 20 1 5

со

Т)

1 о

5

о

2.2 2.7 3.2 3.7 4.2 4.7

1д1=

Рис.п 4.1. Спектр импульса входного напряжения.

- ш-

160 250 400 630 1К 1,6« 2,5К 4« в,ЗК 10К 16« 25К 40К На

130

СО

■О 120

а.

1 ю

90

<д—€>—д—€>-$—< I—Ь—ё—$—$- Ч-в--6-в- .—а—в—е—в— >—в—$—$—в—<

/

I

2.2

2.7

-¡не— Р1

3.2 3.7 4.2 4.7

Рис.п 4.2. Спектр импульса звукового давления. Р1- излучатель без насадок, Р2- с конической насадкой.

-в— Р1 -ч>— Р2

-001 2

Рис.п 4.3. Зависимость звукового давления Р от времени I при воздействии на излучатель импульса напряжения длительностью 0,5 мс.

1 25

1 ОО

со -о

50 --'--

-Ю -5 О 5 Ю

I. Сет]

Рис. п 4.4. Зависимость уровня звукового давления Р от расстояния 1 до оси излучения.

Для оценки направленных свойств излучателя были измерены уровни

звукового давления вдоль прямой, перпендикулярной оси излучения. Измерения проводились по методике, аналогичной описанной выше,в нескольких 1/3-октавных частотных полосах от 20 Гц до 2 кГц. Результаты измерений приведены на рис.пЛ,^. Из приведенных графиков видно, что наибольшая направленность излучения наблюдается на низких частотах 20-250 Гц. На средних частотах 500-1250 Гц направленность выражена слабо, а на более высоких частотах сигнал снова становится направленным, при этом наблюдается концентрация энергии излучения в точках напротив краев конической насадки и провал по оси излучения.

Устройство управления - возбуждения источника колебаний в воздушной среде.

Функциональная схема устройства управления - возбуждения источ-

ника колебаний в воздушной среде представлена на рис. п 4.5.

иа№

БЫ

В

ф

шим

УС

иакЬ

и3|

гТ

ДН

юдупфрнци

сигнал

кблокам

-Э

устройства

УУ

I

фсРП

Г

К

т

О»)

к рлгиетрнрушцж 1

аппаратуре

Рис. п 4.6. Устройство управпения-возбу>ндения источника колебаний з воздушной среде.

В состав устройства входят: силовой генератор СГ, повышающий трансформатор Т, выпрямитель В, фильтр Ф, буферный усилитель БУ, ши-ротноимпульсный модулятор ШИМ, компаратор УС, датчик напряжения ДН, коммутатор К, устройство управления УУ, формирователь синхроимпульса ФСИ, источник питания ИП. Источник акустического сигнала обозначен на схеме И.

Генератор СТ, собранный по двухтактной схеме, вырабатывает из входного напряжения иакь прямоугольные импульсы, частотой около 100 кГц. Трансформатор Т обеспечивает гальваническую развязку и необходимое для питания источника напряжение, которое после выпрямления В и сглаживания пульсаций Ф подается на вход коммутатора К. Сигнал, пропорциональный напряжению на входе К, снимается датчиком ДН и поступает на компаратор УС, где он сравнивается с напряжением задания

и3. Сигнал рассогласования с выхода УС подается на модулятор ШИМ и определяет скважность его выходных импульсов. Выходной сигнал ШИМ преобразуется БУ в систему импульсов, необходимых для управления двухтактной схемой СГ и усиливается по току. Таким образом напряжение на входе К поддерживается постоянным на уровне, определяемым и3. Сигнал с датчика ДН подается также на вход устройства УУ, которое запрещает коммутацию К, если напряжение на выходе ф отличается от заданного. Устройство УУ управляет коммутацией К в соответствии с модулирующим сигналом. Формирователь ФСИ по командам УУ вырабатывает импульсы, обеспечивающие синхронизацию излучений с регистрирующей аппаратурой. ИП обеспечивает блоки устройства необходимыми напряжениями питания.

Приложение 5. Анализ сейсмической информации аналоговыми приборами

Устройство для вывода информации из памяти цифровой накопительной станции.

Анализ сейсмограмм (или их участков), записанных в память сейс-мостанции, не имеющей собственных средств обработки информации и возможности автоматического ввода в ЭВМ (например СНЦ-3) может быть произведен аналоговыми приборами при помощи разработанного нами устройства. Сейсмограмма или ее участок могут быть подвергнуты спектральному анализу, частотной фильтрации, записана на магнитную ленту в аналоговом или цифровом виде.

Структурная схема устройства вывода и обработки информации УВО показана на рис.п 5.1 а. В этой схеме генератор Г вырабатывает импульсы прямоугольной формы частотой Управляемый делитель Д предназначен для получения Необходимой тактовой частоты из поступающей от генерато-

Ь).

Рис.п 5.1. Структурная схема (а) вывода-обработки информации (УВО) и временные диаграммы (ь)- поясняющие его работу.

- т-

ра. Коэффициент деления делителя Д зависит от величины задания Кд определяемого режимом работы (1/100 или 1/10), и от сигнала, поступающего от формирователя "окна" Ф0, который, в свою очередь, вырабатывает сигнал на переключение Кд при совпадении информации на входе счетчика импульсов СИ с кодом начала или конца заданного "окна". Кроме того, Ф0 участвует в управлении аналоговым ключом К, запрещая прохождение сигнала на участках вне "окна". Формирователь стробирующих импульсов ФСИ вырабатывает импульсы для работы устройства управления УУ, а также формирует сигнал сброса счетчика импульсов СИ и делителя Д при прохождении каждого n-го импульса (для СНЦ-3 п = 500). Сигнал, подаваемый со схемы ФСИ на УУ, зависит от режима работы УВ0. Формирователь синхроимпульса ФС вырабатывает синхроимпульс при одновременном приходе на его вход п -го импульса с ФСИ и сигнала с УУ. Формирователь импульсов ГПР ("готов к приему") вырабатывает импульсы опроса ячеек памяти СНД при наличии сигнала с УУ. Частота опроса fon определяется частотой на выходе управляемого делителя Д. Формирователь сигнала МЗН ("магистраль занята") вырабатывает сигнал, необходимый для работы СНЦ при опросе ее памяти внешним устройством. Коммутатор аналогового сигнала К подключает выходы ДАЛ каналов ( или в другом варианте УВ0 шину данных) СНД на выход УВ0 при наличии управляющего сигнала с УУ и разрешения с Ф0. Схема сброса С предназначена для формирования импульса сброса СИ и Д, а также установления управляющего триггера УТ в исходное состояние при подаче питающего напряжения. Схема сброса С, воздействуя на ГПР, запрещает опрос ячеек памяти СНЦ до окончания сброса. Устройство управления УУ служит для формирования сигналов, синхронизирующих работу составных частей УВО. Работа УУ зависит от выбранного режима и рассмотрена ниже.

В режиме одиночного запуска УВО схема сброса С вырабатывает им-

пульс сброса, обнуляющий СИ и Д, устанавливающий управляющий триггер УТ в исходное состояние и запрещающий опрос ячеек памяти СНЦ импульсами ГПР. По окончании действия импульса сброса на вход СИ через управляемый делитель Д начинают поступать импульсы с выхода генератора Г. Коэффициент деления Кд в исходном положении минимален (КД1=10). При совпадении числа на выходе СИ с кодом начала "окна", установленного заданием, ФО вырабатывает сигнал на переключение коэффициента деления. В этом случае он определяется режимом работы и составляет величину КД2= 100 или 1000. При приходе на вход Д сигнала от ФО и совпадении сигнала СИ с кодом конца "окна" коэффициент деления Кд вновь устанавливается минимальным. При достижении числа п на выходе СИ ФСИ вырабатывается импульс на установку Д и СИ в исходное положение, счет начинается с нуля. Таким образом происходит периодическая смена величины коэффициента деления Кд , при этом на вход формирователя ГПР поступают импульсы с частотой Г=10 кГц вне пределов выбранного временного "окна" и 1 кГц или 100 Гц - в пределах "окна". На выходах ГПР и МЗН сигнал отсутствует, опроса ячеек памяти СНЦ не происходит, ключ К закрыт, на выход УВО сигнал с СНЦ не поступает.

При появлении на входе триггера одиночного запуска ТОЗ импульса "стоп" на его выходе устанавливается сигнал "С", подготавливающий схему памяти П к очередному запуску. Работа элемента П в режиме одиночного запуска описывается логической формулой:

П = С + П Т , (*)

где П - сигнал на выходе схемы памяти, Т - сигнал, вырабатываемый УТ во время запуска. Из уравнения (-аЮ видно, что сигнал П появляется с приходом сигнала С и сохраняется до прихода сигнала Т.

При поступлении импульса "пуск" на вход ТОЗ сигнал С на выходе пропадает. При выполнении условия С П = 1 (х-х)

УТ готов к: запуску.

В режиме одиночного запуска ФСИ вырабатывает стробирующий импульс на каждый п-ный импульс тактовой частоты. Если выполняется условие 0*0, то к приходу стробирующего импульса ФСИ УТ вырабатывает сигналы: Т - на элемент И и разрешение опроса памяти СНЦ импульсами ГПР; на МЗН; на разрешение коммутации ключа К; на ФС. При появлении сигнала Т на входе П сигнал П пропадает. Это обусловливает переключение управляющего триггера при приходе следующего стробирующего импульса с ФСИ,. снятие управляющих сигналов. С приходом сигнала Т на ГПР и управляющего сигнала - на МЗН начинается опрос ячеек памяти импульсами ГПР и вырабатывается необходимый СНЦ сигнал на выходе МЗН.

Скорость опроса памяти СНЦ определяется частотой на выходе Д. Во время опроса участка памяти выбранного временного "окна" скорость минимальна, вне этого участка - повышенная. При опросе памяти на вход ключа К подаются аналоговые сигналы со всех каналов СНЦ. Ключ К открывается при прохождении выбранного "окна" (есть сигналы с ФО и УТ). На анализатор подается сигнал с заданного канала. С исчезновением управляющих сигналов опрос памяти СНЦ прекращается, ключ К закрывается. Для последующего запуска необходим последовательный приход импульсов "стоп" и "пуск".

В циклическом режиме запуска УВО импульсы следуют один за другим практически без перерыва. Работа составных узлов УВО в каждом запуске, за исключением ФСИ и УУ, аналогична работе их при одиночном запуске.

Отличия работы ФСИ в циклическом режиме заключаются в том, что при наличии сигнала "цикл" он вырабатывает стробирующие импульсы, подаваемые на вход УТ, на каждый п-1-й и п-й импульсы тактовой частоты. Импульсы подаваемые на Д, СИ, П, вырабатываются, как и в режиме одиночного запуска, на каждый п-ный импульс тактовой частоты.

При работе в циклическом режиме на входы П и УТ устройства управления УУ поступает сигнал "цикл". В этом случае сигнал С игнорируется ТОЗ, а вместо него в работе УУ участвует сигнал К ФСИ. В остальном логика работы УУ остается без изменений.

Таким образом, на каждый п-1-й импульс тактовой частоты происходит переключение УТ и выработка им запрещающих сигналов на выходные элементы (ГПР, МЗН, К, ФС), а также подготовка УУ к очередному пуску. На каждый п-й импульс тактовой частоты происходит запуск УВО.

При снятии сигнала "цикл" устройство производит опрос ячеек памяти СНЦ до конца и с п-м импульсом тактовой частоты переходит в режим одиночного запуска.

С целью восстановления сейсмического сигнала с магнитной ленты в памяти СНЦ при дальнейшей его обработке на ленту записывается синхроимпульс, который вырабатывается ФС в начале каждого запуска. На рис. л5ДЬ) приведены временные диаграммы, иллюстрирующие работу УВО в циклическом режиме. На верхнем графике изображена исходная сейсмограмма, записанная в памяти сейсмостанции. Здесь Ы и Ь2 - моменты времени, соответствующие началу и концу временного окна, ограничивающего исследуемый участок сигнала, а 13 - концу записи (п-ая ячейка памяти). На нижнем графике изображен выходной сигнал УВО при работе в циклическом режиме и исследовании сигнала в выбранном временном окне.

Таким образом разработанное устройство позволяет исследовать записанный в памяти сейсмостанций не имеющих собственных средств обработки и сигнал аналоговыми приборами, проводить его частотную фильтрацию и запись на магнитный носитель. При этом не требуется вмешательство в схему сейсмостанции.

** Поскольку при анализе выходного сигнала УВО узкополосными аналоговыми фильтрами получаемый спектр можно рассматривать как его раз-

ложение в ряд Фурье, на частотах, кратных основной частоте Го=1/Т* на ограниченном частотном интервале, то адекватность отражения спектрального состава исследуемого сигнала связана с количеством этих гармоник в исследуемом частотном диапазоне. Обозначив через Гтах и ^т максимальную и минимальную частоты, определяемые входными фильтрами сейс-мостанции,

Мах^тгп/Кдг^О^» ,

рассчитаем количество Ыг гармоник Го, приходящихся на исследуемый частотный диапазон:

" Гтах' " Г Гтш'(^)

^ ГоШ -1 I- ГоСД-Ь)

и найдем разницу между Иг для 1-го и 2-го случаев. Зависимость дИг (в % от Ыр для 2-го случая) от д!" для Гтах=1кГц, Гццп^ 63Гц, tз=: 50мс представлена на рис.п5.2. Из рис. видно,что увеличение разницы

Рис.п 5.2.Зависимость приращения ДМГ от относительной ширины временного окна .

в скоростях опроса памяти в пределах окна и вне его приводит к уменьшению количества гармоник, описывающих спектр сигнала в окне, наибольшему при наименьших размерах окна. Увеличивая нулевые промежутки, мы тем самым приближаем результат анализа к непрерывному спектру, амплитуды же гармоник при этом снижаются.