Анотація до роботи:

Яланський О.А. Методи та засоби автоматичного контролю системи “кріплення–породний масив” при проведенні гірничих виробок. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 – Автоматизація технологічних процесів. – Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2002.

Дисертація присвячена обгрунтуванню методів, розробці алгоритмів та створенню засобів автоматичного віброакустичного контролю стійкості виробок на основі урахування закономірностей виникнення коливальних та хвилевих процесів у системі “кріплення–породний масив”, блокових та плоскопаралельних структурах порід. Запропоновано концепцію поетапної автоматизації контролю, виконано комп’ютерне моделювання, розроблено програми автоматичної статистичної та спектральної обробки вихідної технологічної інформації за допомогою мікроконтролерів та персональної ЕОМ. Створено експериментальні зразки засобів автоматичного контролю стійкості масиву із застосуванням сучасної елементної бази, за допомогою яких виконані натурні дослідження в умовах, коли масив складається скельними, осадовими породами та грунтом, визначено ділянки підвищених навантажень навколо гірничих виробок та порожнини за оздобленням тунелю. Отримані результати використано для промислового впровадження.

Дисертація є завершеною науковою роботою, в якій вирішена актуальна наукова задача автоматизації віброакустичного контролю системи “кріплення–породний масив” за рахунок обгрунтування методів, розробки алгоритмів та створення програмно-технічних засобів, що має важливе значення для автоматизації контролю технологічних процесів проведення та підтримування гірничих виробок. Основні наукові та практичні результати зводяться до наступного.

1. Виконано ідентифікацію локальних елементів геомеханічних та геотехнічних структур як об’єктів автоматичного контролю в технологічних процесах проведення і підтримування гірничих виробок з урахуванням на основі критерію квазістаціонарності закономірностей виникнення коливальних та хвилевих процесів у системі “кріплення–породний масив”.

2. Доведено, що спектр сигналу реакції блокової або плоскопаралельної структури геомеханічного об'єкта на збурюючий вплив є сумою згорток прямих перетворень Фур’є уявних періодичних сигналів і прямокутних імпульсів, що дозволяє автоматизувати її контроль на основі спектрів виділених періодичних складових.

3. Розроблено та обгрунтовано метод автоматичного контролю системи "кріплення–породний масив", який полягає в автоматичній побудові спектрограм у двійковому коді методом дванадцяти ординат шляхом послідовної циклічної обробки сигналу від високих до низьких частот і розбивки на часові інтервали, в межах кожного з яких зміна миттєвого значення відхилення береться за один період уявного незгасаючого коливального процесу. Розроблена асемблерна програма швидкого перетворення Фур’є методом дванадцяти ординат для мікроконтролерів сім’ї MCS-51/251. При обробці 8-, 10- і 12-розрядних даних динамічний діапазон перетворення складає відповідно 48,1; 60,2 і 72,2 дБ. Похибка обчислення коефіцієнтів ряду складає 0,14%. Залежно від типу і тактової частоти мікроконтролера тривалість виконання програми становить 95-491 мкс, а максимальна частота дискретизації сигналу – 126,3 кГц.

4. Відзначено, що різноманітність гірничотехнічних задач оцінки стійкості та гірничо-геологічних умов закладки підземних споруд і виробок обумовлює різнорівневу блокову побудову системи автоматичного контролю з її розділенням на апаратну та програмну частини, а динамічна мінливість стану масиву – необхідність автоматизованої оцінки та виявлення із числа багатьох параметрів взаємозалежних і найбільш швидкозмінних, при цьому типізація елементів контролю істотно спрощує методику вимірювань та відкриває принципову можливість їх найбільш повної автоматизації.

5. Запропоновано функціональну структуру програмного забезпечення автоматичної системи контролю стану виробки та кріплення, яка відрізняється різнорівневим підходом до проблеми автоматизації. Як основні елементи структури розроблені програми автоматичної статистичної і спектральної обробки вихідної геомеханічної та технологічної інформації для персональних ЕОМ. Програма статистичної обробки є складовою частиною галузевого керівного документа.

6. Визначено параметри аналого-цифрових та мікропроцесорних засобів віброакустичного контролю. Виходячи з конкретних параметрів цифрових фільтрів і вимоги забезпечення роботи в режимі реального часу, встановлено мінімально допустимі значення часу кожного з обчислювальних циклів, частоти вибірки та необхідні пропускні спроможності цифрового каналу, вибрано сучасну елементну базу відповідно до цих вимог.

7. Розроблено та створено експериментальні зразки засобів автоматизованого віброакустичного контролю системи “кріплення–породний масив”, які відрізняються від відомих кращими ергономічними показниками, меншим енергоспоживанням і розширеними технічними та сервісними можливостями. Проведена апробація експериментальних зразків.

8. На базі персональної ЕОМ створено автоматизований контрольно-вимірювальний комплекс, який дозволяє виконувати якісну та кількісну оцінку параметрів сигналів та частотних характеристик розроблених пристроїв. Нерівномірність амплітудно-частотної характеристики тракту “відтворення–запис” у діапазоні частот 23,7-17220 Гц не перевищує 2,5 дБ, а в разі використання спеціальних тестових сигналів – 0,5 дБ.

9. Із застосуванням розроблених методів, алгоритмів та засобів виконано контроль системи “кріплення-породний масив” при проведенні та підтримуванні виробок шахт та тунелів. Отримані результати використано для промислового впровадження.

Публікації автора:

1. Яланский А.А. Определение параметров микропроцессорных приборов акустического контроля устойчивости кровли горных выработок //Геотехническая механика: Сб. науч. тр. – 1997. – №3. – С. 124-128.

2. Яланский А.А. Оперативная виброакустическая диагностика машин и механизмов методом спектрального анализа с применением однокристальных микро-ЭВМ // Вибрации в технике и технологиях. – 1998. – №3(7). – С. 74-75.

3. Яланский А.А. Спектральный анализ геофизических сигналов, представленных файлами графических форматов // Геотехническая механика: Сб. науч. тр. – 1998. – №4. – С. 154-158.

4. Воробьев А.А., Яланский А.А. Подготовка методического обеспечения учебного курса «Микроконтроллеры» для студентов электротехнических специальностей: интегрированные инструментальные средства // Сб. науч. тр. Национальной горной академии Украины. – Днепропетровск, 1998. – №4. – С. 12-18.

5. Яланский А.А. Исследование процессов горного производства методами математической статистики с помощью персональных ЭВМ // Геотехническая механика: Сб. науч. тр. – 1998. – №5. – С. 156 – 160.

6. Ткачев В.В., Яланский А.А. Реализация быстрого преобразования Фурье методом двенадцати ординат с помощью однокристальных микроконтроллеров // Гірнича електромеханіка та автоматика: Зб. наук. пр. – – 1999. – №3(62). – С. 61 – 67.

7. Ткачев В.В., Яланский А.А. Определение комплексного амплитудно-частотного показателя сигналов геоакустического контроля плоскопараллельных и блоковых структур приконтурного массива горных пород // Сб. науч. тр. Национальной горной академии Украины. – Днепропетровск, 2000. – № 9, том. 2. – С. 156-162.

8. Яланский А.А. К вопросу последовательного спектрального анализа с применением цифровой обработки сигналов на базе однокристальных микро-ЭВМ // Тр. междунар. конф. «Современные технологии экономичного и безопасного производства и использования электроэнергии». – Днепропетровск, 1997. – С. 286-289.

9. Ткачев В.В., Яланский А.А. Виброакустические приборы-индикаторы оперативного контроля конструкций, механизмов и электрических машин методом спектрального анализа // Тр. междунар. конф. «Современные технологии экономичного и безопасного использования электроэнергии».–Днепропетровск, 1997. – С. 270 – 273.

10. Яланский А.А. Математическая обработка на ЭВМ сигналов и функциональных зависимостей, представленных в виде графиков и файлов графических форматов // Тр. междунар. конф. «Компьютерные технологии в обучении, научных исследованиях и промышленности». – Днепропетровск, 1998. – № 4. – С. 46-48.

11 . Усаченко Б.М., Яланский А.А. Ввод аналоговых сигналов в микропроцессорных приборах контроля деформирования и разрушения напряженных горных пород // Тр. междунар. конф. «Геотехническая механика освоения недр». – Днепропетровск, 1998. – №8. – С. 112-118.

12. Руководство по геофизической диагностике состояния системы «крепь – породный массив» вертикальных стволов: Дополнение к «Пособию по восстановлению крепи и армировки вертикальных стволов. РД.12.18.073-88» / Булат А.Ф., Усаченко Б.М., Яланский А.А. (ст.), Сергиенко В.Н., Паламарчук Т.А., Скипочка С.И., Усаченко В.Б., Яланский А.А., Слащева Е.А., Косков И.Г., Будник А.В., Левит В.В.- Донецк: ООО «Лебедь», 1999. – 42 с.

Особистий внесок здобувача в роботи, опубліковані у співавторстві: обгрунтування методів і принципів [4, 6, 7], створення засобів [9, 11] і розробка програм автоматизованої обробки геофізичних сигналів [6, 12].