Способ контроля выбросоопасности при выемке угля

(59 4 Е 21 Р 5/00 Е 21 С 39/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(46) 07.05.87. Бюл. Иф .17 (71) Институт горного дела им. А.А. Скочинского(56) Авторское свидетельство СССР В 1104296, кл. Е 21 Р 5/00, 1976.Авторское свидетельство СССР У 1114797, кл, Е 21 Г 5/00, 1979. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ВЫБРОСООПАСНОСТИ ПРИ ВЫЕМКЕ УГЛЯ(57) Изобретение относится к технике безопасности в горной промышленности, Цель изобретения - повышение точности контроля выбросоопасности при выемке угля за счет устранения мешающего действия сильных возмущающих факторов. Для этого непрерывно и одновременно измеряют температуру на свежеобнеженной поверхности забоя 1 эа исполнительным органом выемочногокомбайна, температуру в области исполнительного органа 1 и температуру поверхности забоя перед исполнительным органом 1. Затем непрерывнои одновременно определяют разностьтемператур в области исполнительногооргана и на свежеобнаженной поверхности забоя ( - 1 ) и разностьтемператур в области исполнительногооргана и поверхности забоя перед исполнительным органом (С -). Определяют величину отношения разностей (С - й,ц ) /(, - 1), по которой судят о степени выбросоопасности пласта. Непрерывно определяют скорость изменения отношения разностей( - С 0 а )/(1,. - Т), начало выбросоопасной зоны пласта определяютпо увеличению, а конец - по уменьшению скорости изменения отношения разностей. 1 ил.1 1308770 2Изобретение относится к технике Такие возмущающие факторы, как безопасности в горной промышленности, теплоемкость массива угля, материнса именно к способам контроля выбросо- кая влажность массива, температуроопасности угольных пластов непосред- проводность массива, температура и ственно при выемке угля очистными влажность окружающего воздуха в гормашинами, и может быть использовано ной выработке оцновременно и в одну в опасных по внезапным выбросам уголь- сторону действуют на все три измеряных шахтах для обеспечения безопас- емые температуры 1,з, ., и . ности труда шахтеров и увеличения В результате действий любых сочетапроизводительности выемочных машин 10 ний этих пяти возмущающих факторов за счет исключения ложных тревог из- отношение разностей не изменится. за несовершенства существующих мето- Таким образом, в изобретении устдов и средств контроля выбросоопас- ранены одновременно действия всех ности угольных пластов. одиннадцати сильных возмущающих факЦелью изобретения является повы торов на точность контроля выбросошение точности контроля за счет устра- опасности пласта в месте выемки угля. нения мешающего действия сильных воз- На чертеже приведена функциональмущающих факторов. Сущность предло- ная схема устройства для автоматичесженного способа состоит в том, чтобы кого контроля выбросоопасности при за счет одновременного измерения трех 20 выемке угля, температур 1 г.и , и опреде- Устройство для автоматического ления отношения разностей (1: ,-,ь)/ контроля выбросоопасности при выемке /(С - е ) одновременно свести к угля содержит термодатчики 1-3, Периа лминимуму влияния флуктуаций прочно- вый термодатчик 1 направлен на свежестных характеристик угля в массиве, 25 обнаженную поверхность забоя 4,второй скорости подачи горной машины,ско- термодатчик 2 направлен в область исрости вращения исполнительного ор- полнительного органа 5, а третий тергана, подачи воды на орошение, за- модатчик 3 - на поверхность забоя тупление резцов исполнительного орга- перед исполнительным органом 6, Выход на и скорости вентиляционной струи 30 первого термодатчика 1 соединен с воздуха. вторым входом первого измерителя 7разности, первый вход которого соедиТак, при увеличении прочностных харак-. нен с выходом второго термодатчика теристик угля увеличивается сопротивле и с первым входом второго измериние резанию и увеличивается температура 35 теля 8 разности, второй вход которото отношение разностей не из- го соединен с выходом третьего термом.о фменяется . При увеличении скорости датчика 3.подачи горной машины, при увеличении Выходы измерителей 7 и 8 разности скорости вращения исполнительного соединены с входами измерителя 9 оторгана или при затуплении резцов ис ношений, выход которого соединен полнительного органа происходит силь- с входами блока 10 индикации и региное увеличение температуры Т , в страции и аналогового дифференциаменьшей степени увеличивается темпе- тора 11. Выход дифференциатора 11 ратураи увеличивается температу- соединен с входом хомпаратора 12,вылойРаа С ( так как грудь забоя успела 45 ход которого соединен с входом индинемного остыть после предшествующей катора 13.стружки до последующей).величина отношенияВ результате величи Способ контроля выбросоопасности разностей изменяется лишь незначи- при выемке угля осуществляется слетельно от любого из этих четырех воз дующим образом.В процессе выемки угля выемочный мущающих факторов. ри увеличен иподачи воды на орошение снение снижаются механизм (горная добывающая машина)иа вели- с исполнительным органом перемещаюттемпературы , , ичина отношения разностеи никак нечся вдо ься в оль забоя так, что за исполни- изменяется. При увеличении скорости 55 тельным органом образуется свежеобвентиляционнои струи воэ наженная поверхность забоя. При сняшаются температурыии 1 а от- тии стружки угля перед исполнитель- ношение разностеи остаетсяется постоян- ным органом выемочного механизма находится поверхность забоя, которая ным.3 13087 была свежеобнаженной ранее при выемке предыдущей стружки угля. Выемка угля происходит за счет разрушения угольного пласта в области исполни тельного органа (в области резания угля).Согласно предлагаемому способу непрерывно и одновременно измеряют три температуры: температуру на свежеобнаженной поверхности забоя Ю й , температуру в области исполнительного органа 1 и температуру по- поверхности забоя перед исполнительным органом .После этого также непрерывно и 15 одновременно определяют две разности температур: разность. температур в области исполнительного органа и на свежеобнаженной поверхности забоя И - й ), а также разность темпе ратур в области исполнительного органа и поверхности забоя перед исполнительным органом И - й, )Затем определяют величину отношения разностей (й,. - е в ) И -г.), 25 по которой судят о степени выбросоопасности пласта.Кроме того, непрерывно определячот скорость изменения отношения разностей (г.- е ,а ) /(й,- С) и на чало выбросоопасной эоны пласта определяют по увеличению, а конец - по уменьшению скорости изменения отношения разностей.Пример Реализации устройства для 35 автоматического контроля выбросоопасности при выемке угля.ч В качестве термодатчиков 1, 2 и 3 использованы термопары со щетками 40 на концах, которые скользят: щетка термопары термодатчика 1 скользит по свежеобнаженной поверхности забоя 4, щетка термодатчика 2 скользит по поверхности скалывания (резания) угля 45 непосредственно вблизи исполнительного органа 5, а щетка термодатчика 3 - по поверхности забоя (напротив старой дороги) перед исполнительным органом 6, В качестве измерителей 50 7 и 8 разности использованы операционные усилители или сумматоры. В качестве измерителя отношений 9 использован аналоговый делитель. В качестве аналогового дифференциатора 11 использован неинвертирующий дифференциатор. В качестве блока 10 индикации и регистрации использован самопишущий милливольтметр типа КСП. В каче 70 4стве индикатора 13 использована электрическая лампочка.Кроме укаэанного выполнения, в качестве различных блоков приведенногона чертеже устройства могут быть также использованы: в качестве термодатчиков 1-3 - радиационные пироиетры наодиапазон температур 5-50 С, в качестве измерителей 7 и 8 разности - делители на резисторах; в качестве измерителя 9 отношений - логарифмическийделитель; в качестве аналогового дифференциатора 11 - дифференцирующаяКБ-цепочка.Блок индикации и регистрации можетбыть любым с цифропечатью или диаграм.мной лентой. Индикатор 13 может бытьвыполнен также на стрелочном показывающем приборе, на сирене, на люминесцентном индикаторе и т.п,Устройство для автоматическогоконтроля выбросоопасности при выемкеугля Работает следующим образом,При перемещении щеток термодатчиков 1-3 по поверхности угля на выходе термопар термодатчиков формируются электрические аналоговые сигналынапряжения, пропорциональные соответственно температурам С , С и г.Электрические аналоговые сигналы напряжения поступают на входы измерителей 7 и 8 разности. На выходе измерителя 7 разности формируется сигнал,пропорциональный разности температу-,Ры (Г, -С ), а на выходе измерителя 8 разности - сигнал,пропорциональный разности температур И . -1)Сигналы с выходов измерителей 7 и 8разности поступают на входы измерителя 9 отношений, который на своемвыходе Формирует сигнал, пропорциональный отношению разностей (г.,а )/И - ). Этот сигнал является однозначной мерой выбросоопасности угольного пласта в зоне измерения температуры свежеобнаженнойповерхности забоя, так что чем больше отношение разностей, тем выбросоопаснее угольный пласт в месте контроля. Это связано с тем, что при наличии в глубине пласта зоны скопления метана, он начинает просачиватьсясквозь пласт угля. При просачиванииметана от уносит с собой часть мате"ринской влаги, находящейся в угольном массиве. Унос влаги (испарениеводы из массива в метан и диффузияводы вместе с метаном через пласт)приводит к заметному охлаждениюплас 5 130877 та в том месте, где в пласте находится зона скопления метана.Таким образом, при прочих равных условиях, чем больше метана просачивается через угольный пласт тем больше его выбросоопасность и, следовательно, тем ниже температура свеже- обнаженной поверхности забояПринципиально измерять выбросоопасность угольного пласта можно 10 только по температуре свежеобнаженной поверхности забоя й,ц, так как уменьшение температуры пропорционально увеличению выбросоопасности угольного пласта. Однако в реальных усло виях на величину температуры поверхности забоя после исполнительного органав существенное влияние оказывают измерения прочностных характеристик угля в массиве, изменения 20 скорости подачи выемочного механизма, изменения скорости вращения (перемещения) исполнительного органа, изменения толщины стружки, снимаемой исполнительным органом, изменения ин тенсивности подачи воды на орошение, затупление резцов исполнительногооргана, изменение скорости вентиляционной струи воздуха, изменение тепло- емкости массива угля, изменение мате ринской влажности массива, изменения теплопроводности массива, изменения температуры и влажности окружающего воздуха в горной выработке в месте выемки угля. 35Действие каждого из этих двенадцати возмущающих факторов на величину температуры й, настолько сильно, что определить по величине температуРы 1,а выбРосоопасность в месте выем ки угля невозможно. Так, при увеличении прочностных характеристик увеличивается сопротивление угля резанию, и массив угля в месте резания нагревается сильнее. В результате 45 температура на свежеобнаженной поверхности забоя й а также повышается.ао 6Увеличение скорости подачи выемочного механизма при неизменности скорости вращения исполнительного органа и при неизменности толщины снимаемой исполнительным органом стружки также приводит к увеличению температуры й, и температуры С . Увеличение скорости вращения исполнительного 55 органа и увеличение толщины снимаемой стружки приводят к увеличению степени нагрева угля в месте резания и в результате к повышению температур О би С . Увеличение интенсивности подачи воды на орошение приводит к уменьшению температуры 1 и в результате температура свежеобнаженной поверхности забоя. за исполнительным органом также снижается.Затупление резцов исполнительного органа приводит к увеличению потерь на трение, и массив угля в месте резания нагревается сильнее, что при- водит к одновременным увеличениям температур С ,и С . Температура й увеличивается аналогично и от увеличения прочности массива, скорости подачи выемочного механизма,скорости вращения исполнительного органа, толщины снимаемой исполнительным органом стружки, уменьшения интенсивности подаваемой на орошение воды.Увеличение скорости вентиляционной струи воздуха может действовать одновременно на все три температуры двояко. Если температура воздуха вф вентиляционной струе более чем на 2 С превышает температуру массива в выработке и если влажность воздуха в вентиляционной струе меньше влажности воздуха в выработке, то увеличение скорости вентиляционной струи воздуха приведет к нагреву массива угля .и к одновременному увеличению температур 1 , С, и. Если же температура воздуха в вентиляционной струе низка, а влажность сравнима или превышает влажность воздуха в выработке, то при увеличении скорости вентиляционной струи будет увеличиваться унос влаги из массива, массив будет охлаждаться и, следовательно, температуры 1, 1 и с будут уменьшаться. В любом случае изменения скорости вентиляционной струи в большей степени изменяют температурыи й и значительно меньше изменяется температура в области исполнительного органа.Такие возмущающие факторы, как теплоемкость массива угля, его температуропроводность и материнская влажность на все.три температуры действуют следующим образом: увеличение теплоемкости и влажности массива приводят к повышению инерционных свойств угля к изменению темпера. туры, в результате чего он медленнее, нагревается и охлаждается от подаваемой на орошение воды, от действия вентиляционной струи, от увеличения или уменьшения прочностных характе1308 ристик, скорости подачи и скорости вращения исполнительного органа или от затупления резцов, увеличение температуропроводности массива угля приводит к уменьшению инерционных свойств угля к изменению температуры.Увеличение температуры окружающего воздуха в горной выработке приводит к пропорциональному увеличению температуры 1, ии лишь в незна чительной степени увеличивает температуру 1. Увеличение влажности окружающего воздуха в горной выработке приводит к обратному действию: пропорционально уменьшаются темпера туры 1ии лишь незначительно ;уменьшается температураИз знания каждого из двенадцати приведенных сильных возмущающих факторов в смысле их действия на изме нения любой из трех температур 1 или 1 с однозначностью следует, что ни по температуре С , ни по температуре С, , ни по температуре ни по разности температур (г, -,) 25 ни по разности температур (Г -1) нельзя однозначно судить о степени выбросоопасности при выемке угля. Зато отношение разностей температур (г. - С)/(Т - ) полностью ин- З 0 вариантно к действию любого из двенадцати сильных возмущающих факторов или к одновременному действию любого из сочетаний этих факторов.Сигнал с выхода измерителя 9 отно- З 5 шенийпропорциональный отношению разностей температур (Со " об) / /(Г , -), поступает одновременно на входы блока 10 индикации и регистрации и аналогового дифференциатора 40 11. В блоке 10 индикации и регистрации индицируется и регистрируется на диаграммной ленте или на ленте цифропечатающего устройства величина выбросоопасности в месте свежеобна женкой поверхности груди забоя, В аналоговом дифференциаторе 11 дифференцируется сигнал об отношении разностей температур, и на выходе аналогового дифференциатора формируется сигнал, пропорциональный скорости изменения отношения разностей температур, т.е. численно равный производной от входного сигнала. Зтот сигнал поступает на вход компаратора 12. 55 Компаратор 12 может быть выполнен, например, по регенераторной схеме.Если напряжение на выходе аналогового дифференциатора 11 превышает по 770 8рог компаратора 12 (устройства сравнения), т.е, когда скорость увеличения отношения разностей температур увеличится из-за появления в зоне контроля выбросоопасного участка пласта, то на выходе компгратора 12 появится сигнал и загорится лампочка 13, указывающая на начало выбросоопасной зоны. При переходе зоны контроля за выбросоопасную зону уменьшается отношение разностей температур и, следовательно, скорость изменения этого отношения изменяет знак на противоположный, изменяется на противоположный знак сигнала на выходе аналогового дифференциатора 11 и это приведет к исчезновению сигнала на выходе компаратора 12, так как сигнал на выходе компаратора станет ниже его порога. При этом лампочка гаснет.Таким образом, моент загорания лампочки соответствует началу, а момент, когда она гаснет, концу выбросоопасной эоны в угольном пласте.В результате выполнения операций (по одновременному изменению трех температур, определению отношения 1разностей температур, определению скорости изменения отношения разности температур) представляется возможным с высокой точностью определять выбросоопасность и одновременно определять начало и конец выбросоопасной зоны пласта. Повышение точности определения выбросоопасности приводит к увеличению безопасности работ и, кроме того, к увеличению производительности добычи угля,так как более надежное определение выбросоопасности позволяет устранить ложные тревоги, когда степень выбросоопасности на самом деле еще низка и еще можно производить добычу. Точная фиксация начала и конца выбросоопасной зоны пласта позволяет снизить трудоемкости подготовительных работ для разгрузки массива от скопления газа и за счет этого увеличить непосредственное время добычи, т.е. увеличить количество добываемого угля. Формула изобретения Способ контроля выбросоопасности при выемке угля, включающий непрерывное измерение тепмературы на свеже9 1308770 обнаженной поверхности забояза исполнительным органом выемочного механизма в процессе его продвигания, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности контроля, непрерывно измеряют температуру поверхности забоя перед исполнительным органом С и температуру в области исполнительного органа .,1 О определяют отношение разностей.йр) /() и скоростьего изменения, значительное изменение отношений укаэанных разностей 5 свидетельствует о выбросоопаснойзоне, причем начало выбросоопасной зоны пласта определяют по увеличению, а конец - по уменьшению скорости изменения отношения разностей. пСоставитель И. НаэаркинаТехред В. Кадар Корректор Н. Ко Редактор А. Шанд Тираж 430 Государственного лам изобретений и осква, ЖРауш каз 1784/29 Подписноеомитета СССРоткрытий ИИПИ д, 4/5 113035 кая н роизводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4