Устройство газовой защиты для угольных шахт

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ВСГХ 0 ф " ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(21) 3777063/22-03(71) Конотопский ордена Трудового Красного Знамени электромеханический завод "Красный металлист" (72)В.А.Деняк, А.М.Онищенко,Вас.П. Белоножко, Вик.П.Белоножко, И.М.Кривонос и А,В.Чащинов (53) 622.412(088,8)(56) Автоматизация и автоматизированные системы управления в угольной промышленности. Под ред. Б.ф.Братченко. М.: Недра, 1976, с, 321.Авторское свидетельство СССР У 716372, кл. Е 21 Р 9/00, 1977. (54)(57) УСТРОЙСТВО ГАЗОВОЙ ЗАЩИТЫ ДЛЯ УГОЛЬНЫХ ШАХТ, содержащее датчик контроля концентрации метана, соединенный с измеуителем скорости изменения концентрации метана, который соединен с одним из входов порогово 801216365 А(51) 4 Е 21 Р 5/00 го элемента, и исполнительный элемент,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения надежности защиты,устройство снабжено датчиком контроля скорости воздуха в выработке, регулируемым задатчиком и сигнализатором, причем датчик контроля концентрации метана выполнен в виде уста"новленных один против другого лазерного инфракрасного светодиода и инф -ракрасного фотодиода, соединенногочерез операционный усилитель со светодиодом, а чувствительный элементизмерителя скорости изменения концентрации метана выполнен на фотодиоде, который световодом соединенсо светодиодом датчика контроля кон"центрации метана, при этом датчикконтроля скорости воздуха через регулируемый задатчик, соединен с другим входом порогового блока, которыйподключен к сигнализатору.Изобретение относится к горной автоматике, конкретнее к устройствам автоматической газовой защиты, и может использоваться на опасных по газу и пыли угольных шахтах для контроля и предупреждения внезапных выбросов, их регистрации, подачи аварийной сигнализации и автоматического отключения фидерного автомата или пускателя при аварийной концентрации метана,Целью изобретения является повышение надежности автоматической газовой защиты за счет повышения быстродействия, помехоустойчивости и точности датчика контроля метана и упро" щения электронной схемы и учета скорости воздуха.На чертеже показана функциональная блок-схема устройства. Устройство автоматической газовой защиты для угольных шахт состоит из датчика 1 контроля метана, измери. теля 2 скорости изменения метана, па. рогового блока 3, исполнительного блока 4, датчика 5 контроля скорости воздуха и регулируемого задатчика б.Датчик 1 контроля метана содержит расположенные в общем ко.пусе автанамньгй источник 7 питания лазерный инфракрасный светадиоц 8, инфракрасный фотодиод 9 с операционным усилителем 10., к вьгхаду которого подключен светодиод 11. Светаизлучающая сторона 12 лазерного инфракрасного диода 8 установлена напротив ветоприемной стороны 13 инфракрасного фотодиада 9. Светоизлучающая сторона 14 светодиода 11 через факон 15 сочленена с входным торцом волоконно-Оптического светавода 16,Измеритель 2 скорости изменения метана состоит из фотадиада 17, свегоприемная сторона 18 которого через расширя 1 ощийся фокон 19 сачленена с выходным торцом волоконнооптического световада 16. НЯ выходе фотодиода ьключен Операционный усилитель 20, выход ка торого соединен с входом блока 21 дифференцирования, Вьгсод последнего через блок 22 интегрирования подключен к входу порогового блока 3 вход задания порога которого соединен с выходом управляемога задатчика 5, а выход соединен с входами регистратора 23, аппарата 24 сигнализации и фидерного автомата 25, входящих в состав дополнительного блока 4. Выход датчика 5 контроля скорости воздуха соединен с входомрегулируемого задатчика 6.Устройство работает следуюшимобразом.5 При включении автономного источника 7 питания инфракрасное излучение с длиной волны около 3,391 мкмот лазерного инфракрасного светодиода 8 из его светоизлучающей старонь 10 12 направляется на контролируемыйобьем шахтной атмосферы 26 толщиной1,.После прохождения через контролируемый объем инфракрасное излучение 15 попадает на светоприемную сторону 13инфракрасного фотодиода 9. Интенсивность Л прошедшего через контролируемый объем инфракрасного излучения на фотодиад 9 является мерой 20 содержания метана "- в объеме толщиной1=1 ехр( - 1,С),где 1 - интенсивность инфракрасногоизлучения при нулевой кон 25 центрации метана С=-О.(С,%);ыкоэффициент поглощения ипфракраснога излучения метана,(%см);Х - толщина контролируемогоЗО объема, см.На выходе фотадиода 9 появляетсяпропорциональный интенсивностиэлектрический сигнал, усиливаемый операционным усилителем 10. На выходе уси 5лителя 10 формируется пропорциональный интенсивности Х электрическийсигал, который с амщь светодиода11 преобразуется в пропорциональнуюсигналу интенсивность света. Свет отсветодиода 11 из ега светаизлучяющейстороны 14 через фокон 15 подается вволоконно-оптический световод 16, покоторому передается к измерителю скорости измеее 1 ия кан 1 ентряции метяня 2,Зтот пучок, света из световада 6через рас 1 ш"ряющийся фокан 19 падаетсясветаплие;аннур сторону8 ф- - ,одадар где прсо Орязуется в э 1 ект 1%ическийсиг 1 Ял,5 О Для передачи сигналя от датчика 1контроля концентрации метана да из-.меритег 1 я 2 скорости изменения ко 1 центрации метана на возможно большее расс таяние соответствующим образам лодбиэ 5 рают параметры:светодиод 1 - сужающийся фокон 15 - волоконно-Оптический световод 16 - расшир 1 ющ 1 йсяфокон 9 - фотодиод 171216365 Эти параметры должны обеспечить минимальные потери сигнала от выхода усилителя 10 до входа усилителя 20. Минимальные потери достигаются, если спектральная полоса максимальной светоотдачи светодиода, спектральная полоса максимума пропускания световода и спектральная полоса максимума чувствительности фотодиода совпадают (например, если используются красные светодиод и фотодиод и красный стекловолоконный световод), а также, когда диаметр светоизлучающей стороны 14 равен большему диаметру сужающегося Фокона 15, меньшие диаметры 15 и 19 равны диаметру световода б, а больший диаметр расширяющегося фокона 19 равен диаметру светоприемной стороны 18 фотодиода 17.Электрический сигнал с выхода фотодиода 17 усиливается операционным усилителем 20 и подается на входы блока 21 дифференцирования и регистратора 23, где регистрируется в виде процентного содержания 0 метана в контролируемом объеме.В блоке 21 из аналогового электрического сигнала выделяется его первая производная, т. е. производится его дифференцирование. На выходе блока дифференцирования формируется электрический сигнал, знак которого равен знаку первой производной, а абсолютное значение пропорционально скорости изменения сигнала на выходе усилителя 20, т.е. Формируется сигнал, знак которого определяется направлением изменения концентрации метана (при уменьшении концентрации формируется отрицательный сигнал, при увеличении концентрации - положительный, а при постоянной концентрации - нулевой сигнал), а абсолютнаявеличина пропорциональна скорости измененияконцентрации метана. 5 О 5 20 25 30 35 звуковой сирены) и под действием которого выключается"фидерный автомат 25,отключающий электропитание в добычномучастке.40Таким образом, настроив коэффици 45 50 55 Этот сигнал поступает в блок 22 интегрирования, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный средней скорости изменения содер жания метана за заданное время , Для этого постоянная времени интегрирования блока 22 устанавливается равнок. Знак сигнала на выходе блока 22 также зависит от направле-, ния изменения средней концентрация метана за время .Сигнал выхода блока 22 интегрирования поступает в пороговой блок 3. Величина положительного порога (напряжения) в блоке 3 задается регулируемым задатчиком б, напряжение навыходе которого пропорционально скорости воздуха в выработке. Для достижения этого условия вход регулируемого задатчика б соединен с выходом датчика 5 скорости воздуха в выработке, Чем выше скорость воздуха,тем больше сигнал на выходе датчика 5,тем больше положительное напряжениена выходе регулируемого задатчика 6,тем выше положительный порог порогового блока 3, и при большей концентрации метана С в контролируемомобъеме появится аварийный сигнал навыходе порогового блока 3. При этомдля больших скоростей воздуха, когдавентиляция препятствует скоплениюметана в выработке во взрывоопасныхколичествах, обеспечивается работадобычного оборудования без его остановки, Прц слабой вентиляции (когдаскорость воздуха мала) возникаетопасность скопления метана в выработке во взрывоопасных количествах иустройство раньше выдает сигнал навыходе блока 3, чем предупреждаетвозможный взрыв метана,Прц достижении сигналом с интегратора 22 (изменяемой в общем случае) величина порога на выходе блока 3 возникает аварийный сигнал, который регистрируется регистратором 23,сигнализцруется аппаратом 24 (например, в виде световой сигнапизации и ент передачи регулируемого задатчика 6, постоянную времени интегратора 22 и коэффициент усиления усилителя 20 по допустюлым для данного участкасоотношениям скорости повышения концентрации метана к скорости воздухав выработке участка, устройство позволит автоматически осуществить газовую защиту с учетом работы вентиляции с любым требуемым быстродействием (в представленном ниде инерционность сигнала на выходе блока 22может быть даже доли миллисекунд) ивыключить электроэнергию в выработкепри любой сколь угодно большой скорости внезапного выброса еще до появления опасной концентрации метана ввыработке. При достаточно интенсивЗаказ 973/37 Тираж 436 Подписное БНИИПИ Госуцарственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ной вентиляции предлагаемое устройство позволяет проводить работы прибольших скоростях увеличения концентрации метана, которые все равно неприводят к появлению взрывоопасныхего количеств в выработке