Способ взрывозащиты электрооборудования

(5)5 Е ЕТЕН ИЕ ИЗО ПИ К АВТОР 6 тся к горназначенона выбросо про- без- асных ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКН;Г СССР МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) .Государственный макеевский научноисследовательский институт по безопасности работ в гарной промышленности;56) Временная инструкция и типовое схемызлсктроснабжения очистных и подготовительных забоеа шахт, оазрабатывающихкрутые тласты. - М,. 1984, с.З,Авторское свидетельство СССРМ 1368447, кл. Е 21 Г 9/00, 1987.(57) Изобретение относится к средствамвзрывозащиты электрооборудования, предИзобретение относи ой мышленности и предн для опасного ведения работ оп .пластах.Известен способ взрывозащиты электрооборудования, заключающийся в том, что контролируют концентрацию метана и при достижении ею определенного значения, соответствующего уставке срабатывания датчика, подают сигнал на отключение электроэнергии,Основным недостатком известного способа является то, что он не реагирует на признаки, характеризующие внезапный аыбоос в начальной стадии. Следовательно еспи в результате внезапного выброса не произойдет короткого замыкания вследстназначенногодля работы во взрывоопасных производствах и помещениях, например на выбросоопасных пластах угольных шахт. Цель - повышение эффективности за счет селекции упругих колебаний начальной стадии выброса. Сейсмический сигнал регистрируют в полосе низких частот одновременно не менее чем от двух сейсмоприемников, которые установлены один от другого иа расстоянии, кратном длине волны. Выделяют амплитуду сигнала и его фазу от разных сейсмоприемников. Электроэнергию отключают при превышении амплитудами сейсмического сигнаЛа порогового уровня не менее чем в трех периодах, если амплитуда предыдущего и фазы сигналов от разных сейсмоприемников совпадают после их смещения на расчетную величину относительно друг друга.3 ил. вие повреждения электрооборудования, аппаратура быстродействующего защитного отключения не отреагирует и электрооборудование не будет отключено. Между тем, интенсивное выделение газа вызовет быстрое загазироваиие электроборудования, что может привести к взрыву при функционировании последнего.Известен способ взрывозащиты, заключающийся в том, что контролируют сейсмическую активность горного массива как параметр выбросоопасности и отключают электрооборудование при превышении ею заданного значения, Электрооборудование отключают с выдержкой времени, равной времени затухания возмущений, вызванных и ро ведением азры вн ы х работ.Недостатком известного способа, взятого в качестве прототипа, является низкая надежность вследствие ложных отключений, обусловленных, помимо импульсного воздействия взрывных работ, влиянием других помех. К ним относятся импульсы упругих колебаний, возникающие при осадке кровли, выполнении горных работ, связанных с механическими ударами вблизи сейсмоприемника, и т,п. Кроме того, анализ сейсмической активности массива в забоях выбросоопаснь 1 х пластов некоторых шахт показал, что большое количество выбросов вообще ке сопровождается увеличением количества импульсов до критического уровня.Целью изобретения является повышение эффективности способа за счет селекции упругих колебаний начальной стадии выброса.Поставленная цель достигается тем. что в способе взрывозащиты электрооборудования, заключающемся в том, что регистрируют сейсмический сигнал в горнойвыработке, сравнивают его параметры с заданными и при их превышении формируют сигнал на отключение электрооборудования, сейсмический сигнал регистрируют в полосе низких частот одновременно не менее чем от двух сейсмоприемников, которые установлены друг от друга на расстоянии, кратном длйне волны, а сигнал на отключение формируют при условии превышения амплитудой сейсмических сигналов заданной величинь не менее чем на двух сейсмоприемниках, при росте амплитуд не менее чем. в трех периодах и совпадения фаз сигналов от разных сейсмоприемников после их смещения на расчетную величину одна относительно другой,На фиг, 1 приведены низкочастотные части спектров сейсмических колебаний, возникающих при работе механизмов в;орных выраоотках, до выброса (кривая 1) и в начальной стадии выброса (кривая 2); на фиг; 2 - фрагменты сейсмограмм сигнала в .низкочастотном .диапазоне,при работающих в лаве механизмах (кривая 1) и начальной стадии выброса (кривая 2); на фиг. 3 -5 10 15 л 0 30 40 45 схема осуществления способа, На фиг. 3 .50изображена подготовительная выработка 1, пройденная в горном массиве, добыча угля идет в лаве 2, в которой наиболее опасным по выбросам является участок 1, прилегающий к сопряжению лавь. 2 с горной выработкой 1, На удаленииот этого участка размещень сейсмоприемники 3 (СП 1 и СП 2), которые подключены к устройству 4, осуществляющему анализ сигналов от сейсмоприемников и формирукнцему импульс для устройства 5, которое отключает электрооборудование 6 и оповещает подземные и наземные службы о начале выброса.Способ осуществляют следующим образом.Предварительно определяют параметры системы регистрации и выделения сейсмосигнала для конкретной лавы, К ним относятся; рабочая частота 1 р, расстояние между сейсмоприемниками д, смещение фаЬупругих колебаний (сдвиг фаз), воспринимаемых сейсмоприемниеками, длина участка лавы, расстояние Е от забоя до места крепления сейсмоприемников.Рабочую частоту 1 Р выбирают одним из двух способов.Первый заключается в том, что проводят специальные экспериментальные работы: регистрируют и анализируют сейсмический сигнал, возникающий при проведении взрывных работ. Если, например, горную выработку проходят, используя буровзрыв-. ные работы, то на расстоянии 150 - 200 м от забоя устанавливают сейсмоприемник, который подключают к системе типа ЗУА - 6 передачи сигнала на поверхность или к шахтному магнитному регистратору типа РАЙШ, Затем сейсмический сигнал от взрыва обрабатывают при помощи,спектроанализатооа СК-72 или с применением быстрого преобразования Фурье на ПП ЭВМ. В результате выделяют максимумы амплитуд в диапазоне частот 3 - 45 Гц и в пределах наибольшего из них выделяют полосу шириной 5 - 10 Гц, середину которой принимают эа рабочую частоту 1 р.Второй способ выбора рабочей частоты заключается в том, что используют результаты измерений в соседних горных выработках, на других шахтопластах или принимают ее равной 35 Гц при ширине полосы пропускания 15-50 Гц, Как показали исследования (фиг. 1), в этот интервал всегда попадает не мечее одной резонансной частоты.Для определения расстояния д необходимо уточнить скорость ч распространения упругих волн. Это делают одним из известных , способов. Например, на расстоянии 150 - 200 м от забоя, где ведут взрывные работы, закрепляют два сейсмоприемника на расстоянии 20 - 40 м один от другого и измеряют разность времен прихода волн при взрыве или импульсном возбуждении, Скорость распространения упругих волн может быть определена при помогци шахтных сейсморазведочных станций, например ШССили 2 ШАИ. Расстояние д вычисляют по формулеКчд=(1)где К - коэффициент, принимающий значения 1,0; 0,50; 0,25; 0,125. Значение К выбирают исходя из конкретных условий и величины рабочей частоты, Так, например, при рабочей частоте 20 Гц и скорости рас пространения волн 2400 м/с длина волны будет равна 120 м. Крепление сейсмоприемников на таком расстоянии один от другого вызовет технические неудобства, кроме того, такое расстояние соизмеримо с общими параметрами системы; а в ряде случаев - с длиной подготовительной горной выработки, Коэффициент К необходимо выбирать таким, чтобы величина б не превышала 30 - 40 м. В приведенном примере К необходимо 10 15 принять равным 0,25, Исходя из вычисленных размеров б определяют, сдвиг фазЛ.ф =- К.ргде 1 р - выбранная рабочая частота.Сдвиг по фазе устанавливают на устройстве 4, анализирующем сейсмический сигнал и вырабатывающем сигнал на 20.отключение электроборудования и оповещение персонала. 25Расстояние от забоя , на котором размещают сейсмоприемники 3 (центр отрезкаб), определяют из соотношения05430где 1 - длина участка лавы, на которомвероятность выбросов угля и газа наиболь-.шая,Этот участок, как правило, прилегает кподготовительной горной выработке. Если 35выбросы равновероятны по всей длине лавы, торавно длине лавы, Если эта длинавелика настолько, что . оказывается большедлины подготовительной выработки, то устанавливают две системы в двух подготовительных выработках по обе стороны отлавы.Коэффициент 0,54 получен из расчета,что система выделения сейсмического сигнала в начальной стадии выброса будет эффективно работать в секторе, ограниченномлучами:а, при максимальной величинеа= 15 О. Этот угол вносит искажения в длинуволны (около 20 ) при проходе ее от самогокрая участка 1, что является допустимой расфазировкой в устройстве 4, Кроме того, величина ., определенная по формуле (3),должна быть больше длины волны на рабочей частоте и больше (5 - 7)б. Это условиенеобходимо для того, чтобы. источник был 55достаточно удален по отношению к прием-,ному блоку и затухание волн на других сейсмоприемниках относительно первого былонебольшим. Определив по приведенным формулампараметры системы, на расстоянииот забоя в массиве горных пород размещают неменее двух сейсмоприемников с шагом, равным б. Сейсмоприемники 3 размещаютна линии, проходящей через середину уча- стка 1, на котором выбросы угля и газа наиболее вероятны. Каждый из сейсмоприемников подключают к соответствующемуканалу устройства 4. Последнее состоит иэ предварительного усилителя, полосовогофильтра низких частот(5 - 50 Гц), индикатора среднего значения амплитуды в заданномвременном окне, фазового сместителя, блока сравнения амплитуд с пороговым уровнем от разных сейсмоприемников, блока подачи управляющего сигнала наустройство 5, отключающее электрооборудование иоповещающее персонал с выбросе. В устройстве 4 сигнал от каждого сейсмоприемника усиливается. Затем осуществляютполосовую фильтрацию, выделяя рабочую частоту 1 р. Сигнал от двух сейсмоприемников сравнивают по фазе и амплитуде, пэедаарительно сместив на Л 1 сигнал от первого сейсмоприемника относительно второго, на 2 Ь- относительно третьего и т.д. Если смещенный по фазе сигнал от первого сейсмоприемника совпадает с сигналом от второго и оба сигнала превосходят некий пороговый уровень, а амплитуда каждого последующего периода не меньше предыдущей, то после выделения трех подряд таких периодов устройство 4 вырабатывает сигнал и подает его на отключающее устройство 5, которое и обесточивает электрооборудование 6. Для определения порогового уровня срабатывания системы можно, например, электрический сигнал от ближнего к лаве сейсмоприемника после усиления и полосоаой фильтрации на рабочей частоте проанализировать при помощи индикатора среднего значения в двух-трех сменах при работе всех механизмов в лаве, Утроенное значение средней величины сигнала принимают за пороговый уровень срабатывания системы для всех сейсмоприемников, В качестве примера на фиг. 2 приведен фрагмент(0,5 с) записи сейсмического сигнала от работающих механизмов в лаве и в начальной стадии выброса, Для конкретных условий определен пороговый уровень срабатывания системы Ао Управляющий сигнал подается не только на устройство 5, но и на систему оповещения рабочих и диспетчера на дневной поверхности.Если, например, необходимо обеспечить отключение электрооборудования в лаве длиной 200 м, то целесообразноразместить две системы в двух подготовительных горных выработкахВ этом случае участок вероятного возникновения выброса= 100 м, а удаление места крепления сейсмоприемника будет не менее 200 м, Если регистрирующая система ориентирована нэ выделение сигнала частотой 40 Гц, то длина волны будет А =, ч 140, где у - скорость распространения наиболее интенсивных волн в массиве. Из опыта ведения шахтной сейсморазведки известно, что скорость распространения таких волн лежит в пределах 1700-2500 м/с. Если скорость распространения волн 2000 м/с, то А= 50 м. Приняв в формуле (1) К = 0,5, расстояние между сейсмоприемниками СП 1 и СП 2 - 25 м, и вычисляют Л т и вводят в блок корректоры фазы с тем, чтобы обеспечить синфазность сравниваемых сигналов на СП 1 и СП 2.Предлагаемый способ по сравнению с прототипом имеет следующйе технические преимущества: обеспечивается отключение злектрооборудования на ранних стадиях выброса; исключаются ложные срабатывания устройства; своевременно оповещаются рабочие о начале выброса.Формула изобретения Способ взрывозащиты электрооборудо вания заключающийся в регистрации сейсмического сигнала в горной выработке, сравнении его параметров с заданными и при их превышении формировании сигнала на отключение электрооборудования, о т ли,чающий ся тем,чтосцельюповышения эффективности.за счет селекции упругих колебаний начальной стадии выброса, сейсмический сигнал регистрируют в полосе низких частот одновременно не 15 менее чем от двух сейсмоприемников, кото-,рые установлены друг от друга на расстоянии, кратном длине волны, а сигналы на отключение формируют при условии превышения амплитуд сейсмических сигналов за данной величины не менее чем на двухсейсмоприемниках, при росте амплитуд не менее чем в трех периодах, и совпадения фаз сигналов от разных сейсмоприемников после их смещения нэ расчетную величину 25 относительно друг друга.нат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Произво еннольскии Заказ 417 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж-ЗБ, Раушская наб 4/5