Способ автоматической аэрогазовой защиты и устройство для его осуществления

(19 5 Е 21 Р 9/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ОМИТЕТОТКР ЫТИ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН КОЙ АЭРОГАЙСТВО ДЛЯ Изобретение относит мышленности, а именно устройствам автоматичес к горной способ й защито- зовых шахт, обеспечивающим предотвраи щение аварийных по газу ситуаций отключеа- нием электроэнергии с контролируемого ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Днепропетровский горный институт им.Артема, Государственный Макеевский научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности,Институт горного дела им. А.А.Скочинскогои Конотопский электромеханический завод(56) Авторское свидетельство СССРМ 1406399, кл. Е 21 Р 9/00, 1986,(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧ ЕСЗОВОЙ ЗАЩИТЫ И УСТРОЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам и устройствам автоматической защиты газовых шахт. Цель - повышение эффективности действия защиты. Способ аэрогазовой защиты для угольных шахт состоит в непрерывном изменении концентрации метана (КМ), скорости (С) и направления (Н) движения воздуха с получением соответствующих измерительных сигналов, сравнении их с заданными порогами и отключении шахтного электрооборудования с выдержкой времени после превышения измерительным сигналом КМ первого порога и при скорости движения воздуха ниже минимально допустимой, а мгновенно - после превышения сигналом КМ второго порога, при одновременном уменьшении скорости движения воздуха ниже минимально допустимой и превышении КМ первого порога или при изменении направления движения воздуха в горной выработке. При концентрации метана ниже первого порогового уровня и скорости движения воздуха выше расчетной сигнал сдатчика КМ с выхода усиления сравнивается с сигналами на выходах задатчиков, при этом на выходе первого и второго пороговых блоков (ПБ) появляется сигнал "1", запрещающий работу первого реле времени. Реле исполнительного блока включено, запрета на включение электрооборудования нет. Сигнал "1" с выхода второго ПД дает разрешение на включение электрооборудования, При скорости движения воздуха выше минимально допустимой на выходе четвертого ПБ присутствует сигнал "0", на выходе инвертора - сигнал "1", запрещающий работу второго реле времени, и отсутствует запрет на включение электрооборудования по этому каналу. На оба выхода элемента ИЛИ",1" поступают сигналы "1", на выходе также существует сигнал "1", снимающий запрет на включение электрооборудования, т,е. все реле исполнительного блока включаются, а их контакты, включенные последовательно, подготавливают цепь на включение электрооборудования. 2 с.п. ф-лы, 1 ил, 1721265объекта и подачей аварийной сигнализации,Известны устройства, реализующие способ управления газовой защитой угольных шахт, заключающийся вотключении электроэнергии с контролируемого объекта при превышении заданного значения концентрации метана, в том числе с учетом скорости нарастания концентрации метана. Недостатком этого устройства является обеспечение защиты по фактической концентрации метана в месте установки датчиков, при этом не учитывается второй важнейший параметр, от которого зависит газовая обстановка - скорость движения воздуха, проходящего по горной выработке.Известен также способ управления газовой защитой, учитывающий скорость движения воздуха по горной выработке, в котором порог срабатывания защиты прямо пропорционален скорости движения воздуха.Недостатком такого способа является отсутствие функциональной связи между допустимым уровнем концентрации метана, скоростью его изменения и скоростью движения воздуха в горной выработке. В отдельных случаях при газодинамических явлениях время срабатывания защиты будет увеличиваться при реализации защиты с применением этого способа, Кроме того, при резком увеличении расхода воздуха (скорости движения воздуха) при определенных горногеологических условиях возможны "всплески" концентрации метана и загазирование выработок добычного участка,Наиболее близким к предлагаемому является способ управления газовой защитой, основанный на использовании двух пороговых уровней срабатывания, в том числе с обратно зависимой выдержкой времени на отключение при превышении первого порога.Этот способ выполнения газовой защиты не учитывает скорость движения воздуха, проходящего по горной выработке, а также реверсирование вентиляционной струи. Опрокидывание вентиляционной струи, а также ее закорачивание приводит к резкому снижению надежности газовой защиты шахт. Причиной ряда взрывов на шахтах в последние годы было отсутствие средств автоматического контроля скорости и направления движения воздуха и отсутствие их в системах газовой защиты шахт.Цель изобретения - повышение эффективности действия защиты. Указанная цель достигается тем, что визвестном способе газовой защиты, состоящем в непрерывном измерении концентрации метана с получением соответствующего измерительного сигнала, сравнении измерительного сигнала с заданными порогами и отключении шахтного электрооборудова 10 ния после превышения измерительным сигналом первого порога с выдержкой времени, а после превышения измерительным сигналом второго порога - мгновенном, дополнительно измеряют скорость и 15 20 направление движения воздуха, задают минимально допустимую скорость движения воздуха, сравнивают скорость движения воздуха с минимально допустимой и отключают шахтное электрооборудование с выдержкой времени при скорости движения воздуха ниже минимально допустимой и мгновенно при одновременном уменьшении скорости движения воздуха ниже минимально допустимой и превышении 25 концентрации метана первого порога или при изменениинаправления воздуха в горной выработке.Такой способ может быть осуществлен устройством, которое помимо датчика концентрации метана, соединенного через первую кабельную линию связи с первым входом блока формирования команд отключения, содержащего дифференциальный усилитель концентрации метана, два поро 30 35 40 говых блока с подключенными к ним задатчиками порога, первое реле времени и исполнительный блок, подсоединенный по первому и второму входам соответственно к выходу первого реле времени и второго порогового блока, дополнительно снабжено датчиков скорости и направления движевибратор, при этом выход тахометрического преобразователя скорости движения воздуха соединен с входами блока контроля направления движения воздуха и усилителя тока, а выход усилителя тока, объединенный через конденсатор с выходом асимметричного мультивибратора, являющийся выходом датчика скорости и направления движения воздуха, через вторую кабельную линию связи подключен к второму входу блока формирования команд отключения, в который дополнительно введены дифференциальный усилитель скорости движения воздуха, компаратор, интегрирующая цепь,50 55 ния воздуха, содержащим тахометрический преобразователь скорости движения воздуха, усилитель тока и последовательно сое диненные блок контроля направлениядвижения воздуха и асимметричный мульти5 10 15 третий и четвертый пороговые блоки с подсоединенными к их первым входам третьим и четвертым задатчиками порога, инвертор, второе реле времени и элемент 2 ИЛИ, причем выход дифференциального усилителя концентрации метана соединен с вторыми входами первого и второго пороговых блоков, выход первого порогового блока подключен к первому реле времени и первому входу элемента 2 ИЛИ, выход дифференциального усилителя скорости движения воздуха подключен к второму входу третьего порогового блока, выход которого через инвертор соединен с вторым реле времени и вторым входом элемента 2 ИЛИ, выход компаратора через интегрирующую цепь соединен с вторым входом четвертого порогового блока, выходы четвертого порогового блока, элемента 2 ИЛ И и второго реле времени соединены соответственно с третьим, четвертым и пятым входами исполнительного блока, при этом первым входом блока формирования команд отключения являются входы дифференциального усилителя концентрации метана, а вторым - объединенные входы компаратора и дифференциального усилителя скорости движения воздуха.На чертеже изображена схема устройства, реализующего предлагаемый способ,Датчики концентрации метана 1, скорости и направления движения воздуха 2 по кабельным линиям 3 и 4 связи передают информацию в блок 5 формирования команд отключения. Концы кабельных линий 3 и 4 связи нагружены резисторами 6 и 7, на которых выделяются сигналы, пропорциональные концентрации метана и скорости движения воздуха, и подключены к входам дифференциальных усилителей 8 и 9, Первый ивторой пороговые блоки 10 и 11 подключены первыми входами к пеовому и второму задатчикам 12 и 13 порогов, а вто. рыми - к выходу усилителя 8.Третий пороговый блок 14 подключен первым входом к третьему задатчику 15 порога, а вторым - к выходу усилителя 9, Выход первого порогового блока 10 соединен с входом первого реле 16 времени и первым входом элемента 2 ИЛИ 17. Четвертый пороговый блок 18 подключен первым входом к четвертому задатчику 19 порога, а вторым - через интегрирующую цепь 20 и компаратор 21 к концу второй линии 4 связи. Выход третьего порогового блока 14 через инвертор 22 присоединен к входу второго реле 23 времени и второму входу элемента 2 ИЛИ 17, Выходы первого реле 16 времени, второго порогового блока 11, четвертого порогового блока 18, элемента 2 ИЛИ 17 и второго 20 25 30 35 40 45 50 55 реле 23 времени присоединены соответственно к первому, второму, третьему, четвертому и пятому входам исполнительного блока 24,Датчик 2 скорости и направления движения воздуха состоит из тахометрического преобразователя 25 скорости движения воздуха, усилитель 26 тока и последовательно соединенных блока 27 контроля направления движения воздуха и асимметричного мультивибратора 28, при этом выход тахо- метрического преобразователя 25 соединен с входами усилителя 26 тока и блока 27 контроля направления движения воздуха, а выход усилителя 26 тока, объединенный через конденсатор 29 с выходом асимметричного мультивибратора 28, подключен к началу второй линии 4 связи.Рассмотрим работу устройства по предлагаемому способу при концентрации метана ниже первого уровня и скорости движения воздуха выше расчетной.В этом случае сигнал с датчика 1 концентрации метана, появляющийся на выходе усилителя 8, сравнивается с сигналами на выходе задатчиков 12 и 13. При этом на выходе первого 10 и второго 11 пороговых блоков появляется сигнал "1". Этот сигнал запрещает работу первого реле 16 времени, на его выходе присутствует сигнал "1", Реле исполнительного блока 24 будет включено, запрета на включение электрооборудования по этому каналу не будет, Сигнал "1" с выхода второго порогового блока 11 также дает разрешение на включение электрооборудования.При нормальном направлении вентиляционной струи на выходе блока 27 контроля направления движения воздуха появляется отрицательное напряжение, практически равное напряжению питания, асимметричный мультивибратор 28 будет обесточен и на выходе четвертого порогового блока 18 также появляется сигнал "1", который дает разрешение на включение электрооборудования.При скорости движения воздуха выше расчетной (минимально допустимой) на выходе третьего порогового блока 14 присутствует сигнал "0", на выходе инвертора 22 - сигнал "1", Этот сигнал запрещает работу второго реле 23 времени и аналогично первому реле времени отсутствует запрет на включение электрооборудования по этому каналу. На оба входа элемента 2 ИЛИ поступают сигналы "1", на выходе также существует сигнал "1", который снимает запрет на включение электрооборудования контролируемого объекта, т.е, все реле исполнительного блока 24 включаются, а ихконтакты, включенные последовательно, подготовят цепь на включение электрооборудования контролируемого объекта.При концентрации метана выше первого, но ниже второго пороговых уровней, на выходе первого порогового блока 10 появляется сигнал "0". Этот сигнал разрешает работу первого реле 16 времени, По окончании выдержки времени на его выходе появляется сигнал "0", реле в исполнительном блоке 24 обесточивается, срабатывает защитное отключение по первому порогу,Если концентрация метана превышает второй пороговый уровень, определяемый вторым задатчиком 13, то на выходе второго порогового блока 11 появляется сигнал "0", реле в исполнительном блоке 24 мгновенно обесточивается и своими контактами дает сигнал на отключение электрооборудования.При скорости движения ниже расчетной на выходе третьего порогового устройства 14 присутствует сигнал "1", а на выходе инвертора 22 - сигнал "0". Этот сигнал разрешает работу второго реле 23 времени. По окончании выдержки времени на его выходе появляется сигнал "0", реле в исполнительном блоке 24 обесточивается и срабатывает защитное отключение по минимальной скорости движения воздуха.При скорости движения воздуха ниже допустимой сигнал "0" с выхода инвертора 22 поступает также на второй вход элемента 2 ИЛИ 17. Если с выхода первого порогового блока 10 на первый вход элемента 2 ИЛИ 17 поступает сигнал "0" (содержание метана в атмосфере превысило пороговый уровень), то на выходе элемента 2 ИЛИ 17 появляется сигнал "О", реле в исполнительном блоке 24 обесточивается и мгновенно срабатывает защитное отключение по минимуму скорости движения воздуха и превышению содержания метана первого порогового уровня.При реверсировании вентиляционной струи на выходе блока 27 контроля направления движения воздуха появляется положительное напряжение, асимметричный мультивибратор 28 получает питание и импульсы с его выхода через конденсатор 29 поступают во вторую линию 4 связи и выделяются на резисторе 7, при этом средний ток в линии, пропорциональный скорости движения воздуха не изменяется. Асимметричные прямоугольные импульсы поступают на компаратор 24, который формирует аналогичные прямоугольные импульсы со стабильной амплитудой. На интегрирующей цепочке 20, подключенной к выходу компаратора 24, выделяется напряжение, пропор как метановое облако, заполнив лаву, выйдет на штрек и заполнит весь его объем доместа установки датчика. Рассчитаем времясрабатывания газовой защиты; 25 Ч Ю= а ПС 400 30 где Ч = 5 - объем штрека от места установки датчика метана до его сопряжения с лавой; 35 0 = ОЯС - количество метана, выделяющегося в лаве в единицу времени.Таким образом, при отсутствии контроля скорости воздуха срабатывание газовой защиты по концентрации метана затянется 40 более чем на час и в лаве произойдет образование взрывоопасного облака, т.е. такая защита оказывается неэффективной. На шахтах зарегистрированы аварии (взрывы метана) по этой причине. При использовании информации от датчика скорости движения воздуха в такой ситуации защитное отключение электрооборудования целесообразно произвести через 2 - 3 мин и тем 45 50 самым предотвратить взрыв метана При малой скорости движения воздуха в верхней части горной выработки образуются слоевые скопления метана, которые могут быть и не обнаружены датчиками метана, а стать также причиной взрыва. При реверсировании вентиляционной струи возможен вынос метана в выработки, которые до этого омывались свежей струей, что может привести к аварии. Для предотвращения ее третье пороговое устройство выдаст циональное асимметрии положительного иотрицательного импульсов на его выходе.При этом на выходе четвертого пороговогоблока 18 появляется сигнал "0", реле в ис 5 полнительном блоке 24 обесточивается имгновенно срабатывает защитное отключение по опрокидыванию вентиляционнойструи,Рассмотрим пример, подтверждающий10 эффективность предлагаемого способааэрогазовой защиты.Пусть концентрация метана на исходящей струе лавы при сплошной или столбовой системе разработки составляет 1 об.15 сечение вентиляционного штрека составляет 8 м, скорость движения вентиляционнойструи на штреке 0,5 м/с, датчик метана установлен на расстоянии 20 м от места сопряжения лавы со штреком. При частичном или20 полном закорачивании струи через вентиляционные сооружения скорость движениявоздуха может упасть до нуля. Срабатывание газовой защиты по величине концентрации метана произойдет только после того,1721265 10 5 10 15 55 команду на отключение электрооборудования,Применение предлагаемого способа автоматической аэрогазовой защиты и устройства для его осуществления обеспечит повышение надежности обнаружения развивающейся газовой ситуации и своевремен ное отключение электрооборудования, в том числе и при опрокидывании или закорачивании вентиляционной струи, что в конечном итоге повысит уровень безопасности ведения горных работ. Формула изобретения 1. Способ автоматической азрогазовой защиты для угольных шахт, состоящий в непрерывном измерении концентрации метана с получением соответствующего измерительного сигнала, сравнении измеренного сигнала с заданными порогами и отключении шахтного электрооборудования после превышения измерительным сигналом первого порога с выдержкой времениа после превышения измерительным сигналом второго порога-мгновенном, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности действия защиты, дополнительно измеряют скорость и направление движения воздуха, задают минимально допустимую скорость движения воздуха, сравнивают скорость движения воздуха с минимально допустимой и отключают шахтное электрооборудование с выдержкой времени при скорости движения воздуха ниже минимально допустимой и мгновенно - при одновременном уменьшении скорости движения воздуха ниже минимально допустимой и превышении концентрации метана первого порога или при изменении направления воздуха в горной выработке.2, Устройство автоматической аэрогазовой защиты для угольных шахт, содержащее датчик концентрации метана, соединенный с ним через первую кабельную линию связи, первый вход блока формирования команд отключения, включающий дифференциальный усилитель концентрации метана, два пороговых блока концентрации метана, к первым входам которых подсоединены первый и второй задатчики порога, первое реле времени, соединенное с выходом первого порогового блока, и исполнительный блок,20 25 30 35 40 45 50 подсоединенный первым и вторым входами соответственно к выходу первого реле времени и второго порогового блока, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности действия защиты, оно снабжено датчиком скорости и направления движения воздуха, содержащим тахо- метрический преобразователь скорости движения воздуха, усилитель тока и последовательно соединенные блок контроля направления движения воздуха и асимметричный мультивибратор, при этом выход тахометрического преобразователя скорости движения воздуха соединен с входами блока контроля направления движения воздуха и усилителя тока, а выход усилителя тока, объединенный через конденсатор с выходом асимметричного мультивибратора, являющийся выходом датчика скорости и направления движения воздуха, через вторую кабельную линию связи подключен к второму входу блока формирования команд отключения, в который допол нител ьно введен ы дифферен циал ьный усилитель скорости движения воздуха, компаратор, интегрирующая цепь, третий и четвертый пороговые блоки с подсоединенными к их первым входам третьим и четвертым задатчиками порога, инвертор, второе реле времени и элемент 2 ИЛИ, причем выход дифференциального усилителя соединен с вторыми входами первого и второго пороговых блоков, выход первого порогового блока подключен к первому реле времени и первому входу элемента 2 ИЛИ, выход дифференциального усилителя скорости движения воздуха подключен к второму входу третьего порогового блока, выход которого через инвертор соединен с вторым реле времени и вторым входом элемента 2 ИЛИ, выход компаратора через интегрирующую цепь соединен с вторым входом четвертого порогового блока, выходы четвертого порогового блока, элемента 2 ИЛИ и второго реле времени соединены соответственно с третьим, четвертым и пятым входами исполнительного блока, при этом первым входом блока формирования команд отключения являются входы дифференциального усилителя концентрации метана, а вторым - объединенные входы компаратора и дифференциального усилителя скоростидвижения воздуха.1721265 Составитель В.ИсаевТехред М. Моргентал Корректор О.Ципле Редакто ола Заказ 93 Тираж ПодписноеИ Государственного комитета по изобретениям и открыт113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 ГКНТ ССС роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101