Устройство централизованного контроля шахтной атмосферы

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК бР 4 Е 211/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4-в ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Конотопский электромеханический завод Красный металлист(54) УСТРОЙСТВО ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО КОНТРОЛЯ ШАХТНОЙ АТМОСФЕРЫ (57) Изобретение относится к горному делу и позволяет повысить точность контроля за счет увеличения представительности и уменьшения транспортного запаздывания при одновременном упрощении устр-ва. Для этого соединенный с одним концом воздухопровода 4 элемент для забора шахтного воздуха выполнен в виде трубы ЯО 1453041 А 1(Т) 1 с заглушенным торцом (ЗТ) 12. На поверхности Т 1 на одинаковом расстоянии друг от друга выполнены отверстия 3. Их диаметр уменьшается по мере их удаления от ЗТ 2. Диаметр отверстий рассчитывают по ф-ле 5:5,=11+(5 :5) , где 5 - диаметр Т 1, 5, , 5 - диаметры соответственно (и - 1)-го и и-го отверстий от торца 2. Второй конец воздухопровода 4 через влагоотделитель 5 н насос-побудител ь 6 соединен насадкой 7 с газоанализатором 8, подключенным к диспетчерскому пункту 9, На поверхности Т 1 выполнены радиальные отверстия, в которых расположены воздуховоды, За счет выполнения отверстий в Т 1 с диаметром, рассчитанным по указанной ф-ле, насос-побудитель 6 по воздухопроводу 4 через насадку 7 подает в газоанализатор 8 из выработки воздух, концентрация метана в котором равна средней концентрации метана в выработке. Равенство всех расстояний между отверстиями 3 приводит к равномерному распределению точек отбора по высоте выработки н, следовательно, к снижению погрешности из-за сегрегации контролируемого газа. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам автоматического контроля шахтной атмосферы (например по содержанию СО, СН 4 и др,), и может быть применено для обеспечения безопасного труда шахтеров.Целью изобретения является повышение точности контроля за счет увеличения представительности и уменьшения транспортного запаздывания при одновременном упрощении устройства.На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства централизованного контроля шахтной атмосферы; на фиг. 2 - схема соединения воздуховодов с элементом для забора воздуха при контроле шахтной атмосферы в проходческих забоях,Устройство содержит элемент для забора шахтного воздуха, выполненный в виде трубы 1 с заглушенным торцом 2, на поверхности трубы 1 выполнены на одинаковом расстоянии друг от друга отверстия 3, диаметр которых уменьшается по мере их удаления от заглушенного торца 2, воздухопровод 4, один конец которого соединен с трубой 1, а другой его конец через влагоотделитель 5, насос-побудитель 6 посредством насадки 7 - с газоанализатором 8, подключенным к диспетчерскому пункту 9. Газоанализатор 8 может быть выполнен, например, из источника 10 питания, источника 11 инфракрасного излучения, приемника 12 инфракрасного излучения, при этом излучающая сторона 13 источника 11 установлена напротив приемной стороны 14 приемника 12, а источник 11 и приемник 12 подключены к источнику 10 литания. Газоанализатор 8 также содержит усилитель 15 и электрооптический преобразователь 16 (светодиод), излучающая сторона 17 преобразователя 16 через фокон 18 соединена с линией связи, выполненной из световода 19, соединяющего газоанализатор 8 с диспетчерским пунктом 9. Выход приемника 12 через усилитель 5 соединен с входом электрооптического преобразователя 16.Диспетчерский пункт 9 может быть выполнен, например, в виде оптико-электрического преобразователя 20 (например, в виде фотоприемника), светоприемная сторона 21 которого через фокон 22 сочленена с выходным торцом световода 19. Выход оптико- электрического преобразователя через усилитель 23 соединен с входом логарнфматора 24, выход которого соединен с первым входом блока 25 решения линейного уравнения. К двум другим входам блока 25 решения линейного уравнения подключены задатчик 26 свободного члена и задатчик 27 углового коэффициента. Выход блока 25 соединен с входами блока 28 индикации и блока 29 сигнализации.Воздуховоды 30 посредством штуцеров 3 (фиг. 2) размещены в радиальных отвер 5 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 стиях, выполненных на поверхности трубы 1, Свободные концы воздуховодов 30 могут быть легко расположены в заданных точках проходческого забоя (не показан).Устройство работает следующим образом.Из трубы 1 через отверстия 2, влагоотделитель 5 и насос-побудитель 6, с помощью которого в нижней части трубы 1 создается разрежение (пониженное по сравнению с атмосферным давлением), подается рудничный воздух в газоанализатор 8 (например, содержания СН 4, СОь О и др,), воздух попадает через насадку 7 в зону 32 измерения, расположенную между источником 11 и приемником 12 инфракрасного излучения.При включении источника 10 питания инфракрасное излучение от источника 11 с длиной волны около 3,39 мкм при контроле метана из его светоизлучающей стороны 13 направляется на подаваемый из насадки 7 шахтный воздух. После прохождения через поданную пробу воздуха инфракрасное излучение попадает на светоприемную сторону 14 приемника 12, сигналвыходе которого экспоненциально зависит от концентрации метана1=1 оехр( - 1 Сю)где 1 о - сигнал с фотоприемника 12 при нулевой концентрации контролируемого компонента, например метана;Й - градуировочный коэффициент.Сигнал О усиливается усилителем 15 и подается на электрооптический преобразователь 16, на излучающей стороне 17 которого генерируется видимый световой поток, интенсивность которого пропорциональна сиг налу . Световой поток из стороны 17 через фокон 18 передается световодом на диспетчерский пункт 9, где через фокон 22 попадает на светоприемную сторону 21 оптикоэлектрического преобразователя 20. Электрический сигнал на выходе преобразователя 20 пропорционален 1.Сигнал 1 с выхода преобразователя 20 усиливается в й раз усилителем 23 и сигнал Й попадает на вход логарифматора 24, формирующего сигналБ=1 пИ+1 п 1=1 пЬ +1 пО - 1 С, Значение свободного члена А=(1 пй,+1 пО) определяют в процессе градуировки устройства (например, по методу наименьших квад ратов) и закладывают в задатчик 26 сво. бодного члена, Значение углового коэффициента Й также определяют в процессе градуировки устройства и заносят в задатчик 27 углового коэффициента. Сигнал У с логарифматора 24 поступает на первый вход блока 25 решения линейного уравнения1/=А+йСна другие входы которого подаются сигналы А и й из задатчиков 26 и 27. В блоке 25 из уравнения 11=А+йС определяется искомая концентрация контролируемого компонента, например метана1453041 с.: и - А,йСигнал С из блока 25 поступает навход блока 26 индикации, где отображается непосредственно в процентах концентрации контролируемого компонента. Этот жесигнал С из блока 25 поступает в блок 29сигнализации, где он сравнивается с пороговым значением С. При С,)С, блок 29сигнализирует о превышении концентрацииконтролируемого компонента, например метана, выше порогового значения.Другим примером эффективности применения предлагаемого устройства может служить использование его, например, для контроля микроконцентраций окиси углерода, 15постепенное увеличение которой может служить для идентификации наличия эндогенного пожара.В этом случае, при возникновении небольшого очага, сопровождающегося повышением интенсивности выделения окиси углерода, время определения возгорания зависит, в частности, от интенсивности выделения окиси углерода, степенитего расслоения по сечению выработки, Поэтому, приотборе пробы из одной точки, даже сравнительно близко расположенной к очагу,заметное увеличение концентраций окисиуглерода (из-за неравномерного по сечениюразбавления последней воздухом, окружающим очаг) в точке отбора будет толькопри увеличении очага, чем снижается вероятность более раннего обнаружения эндогенного пожара. Усреднение с помощьюпредлагаемого устройства пробы воздуха повышает вероятность раннего определения начала эндогенного пожара.+С+) (2) тп, С, + тп,С, + тп,С++ тп, С,+ тп,С + тпС,С тп, +тп, + тп+ + тп, + тп, + тп,тп(С 1 + Сг + Сз +, , + С+ С+ С,тп(тт + 1) 1- (С 7 + С + С 3 +фщ, + С и+ С ъъ+ Смл 1) ъ тт.+ 1 45 вследствие разного перепада давления втрубе.Средняя концентрация метана в выработке не изменилась и равна С согласно (2), Средняя же концентрация метана С в проходящем через насос-побудитель 6 воздухе определяется из выражения С, ---(5) тп, + тп, + тп + + тп+ тп+ тп,+,т, е. равна концентрации метана в выработке С, =С, (идеальный контроль без погрешности),Пример 2. Через каждое отверстие 2 просачивается в трубу 1 неодинаковое количество воздухат 4=тг=тз=Ртт==т, (4)/ При выполнении условия (4) СФСФС и разность С, - С будет тем больше, чем больше отличаются друг от друга количества воздуха. Рассмотрим конкретные примеры для пояснения существа преимуществ выполнения элемента для забора шахтного воздуха в виде трубы с заглушенным торцом и отверстий, выполненных на поверхности трубы на одинаковом расстоянии друг от друга, с диаметром, уменьшающимся по мере удаления их от заглушенного торца,.согласно формулед/Ет)- 5 йПример 1. Через каждое отверстие 2 просачивается в трубу 1 одинаковое количество воздуха т. Обозначим концентрации контролируемого параметра, например метана, в рудничном воздухе на уровне отверстий соответственно через С; Сг, Сз,"., С, , С С,., причем в виду разной плотности воздуха и контролируемого газа, неравномерности его перемешивания и другим причинам имеет место неравенствоС 1 ФСгФСЗФ" ФСи - 1 ФСлФСл+ ,выполняющееся случайным образом. К насосу-побудителю 6 подходит количество воздуха ит (и+1) (всего в трубе 1 (и+1) отверстие). Средняя концентрация метана в выработке С (без учета засасывания воздуха в трубу) равна1С= (С+Сг+Сз++С - +С+и+1 Средняя концентрация метана (.в проходящем через насос-побудитель 6 воздухе равна: Из приведенных примеров следует, что концентрация метана в проходящем через насос-побудитель 6 воздухе С равна концентрации метана в горной выработке Слишь при равных количествах засасываемого через разные отверстия воздуха. Это условие равных количеств выполняется лишь при выполнении условия (1). Это объясняе 1 ся тем, что степень разрежения в трубе 1 уменьшается по мере удаления от насосаобудителя 6 из-за того, что в трубу 1 через все отверстия 2 из выработки засасывается рудничный воздух. Количество за ссываемого через любое отверстие воздуха, пропорционально произведению 5-ЬР, г е ЬР - перепад давлений атмосферног и находящегося за отверстием 5, возуха ЬР=РО - Р(Рю - атмосферное давлеие). Для компенсации разных перепадов Р)ЛРП - 1,15 КР 1 ЛРгЬРз, ",Рп -ЛРЬР, +1, (6) выраженных через (6), введено увеличение сечения отверстий 3 по мере удаления ог насоса-побудителя 6.Таким образом, за счет выполнения ус овия (1) насос-побудитель 6 по воздухороводу 4 через насадку 7 подает в газонализатор 8 из выработки воздух, конентрация метана в котором С равна средей концентрации метана в выработке С. авенство всех расстояний между отверсти(ми приводит к равномерному распределеию точек отбора по высоте выработки и, следовательно, к снижению погрешности изза сегрегации контролируемого газа, например метана, окиси углерода и других, З 0 По высоте выработки. Одновременное выпол 1 ение условий (1) и равенства всех расстояний между отверстиями снижает до ми 1 имума погрешность определения концентрации метана.Максимальное повышение представительНости контроля по сечению выработки в добычной лаве достигается, если труба 1 выполнена прямолинейной и имеет высоту, 1 авную мощности вынимаемого пласта, и установлена перпендикулярно плоскости про,тирания пласта. Направление отверстий 3 в трубе 1 при этом не имеет существенного значения для достоверности (представительности) контроля.Если необходимо с инаибольшей представительностью контролировать среднее со. держание метана по длине горной выработки, трубу 1 выполняют прямолинейной и прокладывают вдоль выработки на уровне половины высоты выработки.Формула изооретения1. Устройство централизованного контроля шахтной атмосферы, содержащее элемент для забора шахтного воздуха, воздухопровод, один конец которого соединен с элементом для забора шахтного воздуха, а другой - через влагоотделитель и насос-побудитель - с газоанализатором, подключенным к диспетчерскому пункту, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля и упрощения устройства, элемент для забора шахтного воздуха выполнен в виде трубы с заглушенным торцом, при этом на поверхности трубы на одинаковом расстоянии друг от друга выполнены отверстия, диаметр которых уменьшается по мере их удаления от заглушенного торца, причем диаметры отверстий рассчитывают по формуле1+5 й - 1)где Я - диаметр трубы;5, 5 - диаметры соответственно (и - 1)- го и и-го отверстий от заглушенного торца трубы.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля шахтной атмосферы в проходческих забоях, оно снабжено воздуховодами, а на поверхности элемента для забора шахтного воздуха выполнены радиальные отверстия, в каждом из которых установлены воздуховоды.Составитель Г. АлексееваРедактор А. Шандор Техреду 4. Верес Корректор Н КорольЗаказ 7149/27 Тираж 4 О ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретении н тиры.13035, Москва, Ж - 35. Раушская наб., д. 45Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проелтнаь