СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДОБЫЧНОЙ МАШИНЫ Российский патент 2009 года по МПК E21C35/24 E21F17/18 

Настоящее изобретение относится к способу управления добычной машиной вдоль забоя в подземной разработке, причем по меньшей мере одним газовым датчиком измеряется концентрация газа и в зависимости от результата измерений выдается предупредительный сигнал.

Такой способ в принципе известен из практики и служит для того, чтобы фиксировать опасные концентрации газов, в частности, недопустимо высокую концентрацию газа метана. Путем измерения концентрации газа можно фиксировать ее повышение в забое, так что выданным предупредительным сигналом может осуществляться раннее предупреждение. Например, предупредительный сигнал может использовать акустические и/или оптические индикаторные устройства или же в забое может начинаться отключение электрических нагрузок, чтобы минимизировать опасность взрыва газа метана. Только когда измеренная концентрация метана за счет достаточной вентиляции по прошествии некоторого времени снова падает, эксплуатация забоя может продолжаться.

При известном способе существует проблема, что вопреки современной технике контроля и сегодня все еще происходят взрывы газов метана в подземной разработке, причем одной из причин этого является преднамеренная манипуляция с газовыми датчиками, производимая обслуживающим персоналом. Так, из практики известно, что газовый датчик для повышения дневной выработки заклеивают или направляют на газовый датчик непрерывный поток приточного воздуха, так что он не может детектировать концентрацию газов, наличествующую в забое на самом деле. Следующей возможной причиной взрывов газа может быть отказ газового датчика.

Задачей настоящего изобретения является предоставить в распоряжение способ и устройства, с помощью которых в текущем режиме эксплуатации может устанавливаться факт манипуляции или неисправности газового датчика.

Решение этой задачи происходит согласно признакам независимых пунктов формулы изобретения и, в частности, посредством того, что устанавливается произведенный добычной машиной объем добычи, измеряется концентрация газов и выдается предупредительный сигнал, если фиксируется недостаточная корреляция между установленным объемом добычи и измеренной концентрацией газов.

Изобретение основывается на знании того, что выделившийся при выемке угля метан по меньшей мере приблизительно пропорционален объему добычи. Здесь примерным значением являются приблизительно 20 м³ газа метана на добытую тонну угля. Таким образом, если увеличивается или уменьшается объем добычи, то должна также либо подниматься, либо спадать - обычно с задержкой по времени - измеренная концентрация газов. Путем сравнения временного изменения объема добычи с измеренной концентрацией газов можно таким образом устанавливать, существует ли достаточная или недостаточная корреляция между этими обеими измеренными величинами. Также можно путем сравнения абсолютных значений для различных моментов времени проверять, осуществлялась ли при определенных обстоятельствах манипуляция с газовым датчиком. Корреляция может считаться достаточной в том случае, если при увеличении объема добычи устанавливается также подъем концентрации газов, и если при уменьшении объема добычи также фиксируется (в большинстве случаев замедленное по времени) падение концентрации газа метана. Если же датчик газа подвергался манипуляциям путем заклеивания или обдува свежим воздухом, то между объемом добычи и газовой концентрацией будет существовать недостаточная корреляция, так как тогда установленная концентрация газа является по существу независимой от колебаний произведенного объема добычи. В этом случае выдается предупредительный сигнал, чтобы активировать, например, индикаторное устройство или же приостановить эксплуатацию забоя до устранения причин выдачи предупредительного сигнала и обеспечения, чтобы фактическая концентрация газа метана в забое была достаточно низкой.

Предпочтительные формы выполнения изобретения представлены в описании на чертежах, а также в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно предпочтительной форме выполнения объем добычи может рассчитываться из скорости добычной машины и глубины реза. Альтернативные возможности для расчета произведенного объема добычи - это взвешивание добытого материала с помощью расположенных в откаточном штреке конвейерных весов или определение добытого объема с помощью ультразвуковых измерений. Однако изобретение не ограничивается этими описанными способами.

Согласно предпочтительному варианту соответствующего изобретению способа за счет уменьшения объема добычи добычной машины можно уменьшать концентрацию метана в пределах забоя, так как объем произведенного при добыче угля метана по меньшей мере приблизительно пропорционален объему добычи. При соответствующим образом уменьшенном объеме добычи сокращается также выход метана из угля, так что концентрация метана в пределах забоя может поддерживаться ниже предварительно заданного максимального значения, без необходимости полностью останавливать добычу. Соответствующим образом конечно также можно снова повышать объем добычи добычной машины, если измеренная концентрация газов достаточно низка. При непрерывном процессе таким образом можно устанавливать объем добычи так, что предварительно заданное максимальное значение не превышается или превышается лишь ненадолго. Также при этом варианте способа согласно изобретению возможен контроль вероятных манипуляций с газовым датчиком, так как и здесь произведенный объем добычи после начала добычи сначала возрастает. Даже если концентрация газов поддерживается затем ниже предварительно заданного максимального значения, при повышении объема добычи концентрация газов в пределах забоя должна также подниматься. Если этого не случается или измеренная концентрация газов, вопреки, например, не изменяющемуся объему добычи внезапно спадает, то это означает недостаточную корреляцию между объемом добычи и концентрацией газов, так что выдается предупредительный сигнал.

Согласно следующему аспекту изобретение касается способа управления добычной машиной вдоль забоя в подземной разработке, причем по меньшей мере одним газовым датчиком измеряется концентрация газа, и в зависимости от результата измерений эксплуатируется добычная машина.

Такой способ известен из практики, причем газовый датчик при этом известном способе расположен в конце забоя (если смотреть в направлении вентиляционной струи), и добычная машина полностью останавливается, если измеренная концентрация газов, в частности измеренная концентрация метана, превысила предварительно заданное предельное значение. Только если измеренное содержание метана по прошествии некоторого времени за счет достаточной вентиляции снова спадает, при этом способе добычная машина снова запускается в эксплуатацию.

Чтобы увеличить производительность очистного забоя без снижения безопасности в забое, концентрация газов в пределах забоя при приближении к предварительно заданному максимальному значению концентрации газов может поддерживаться ниже предварительно заданного максимального значения за счет уменьшения объема добычи добычной машины без остановки добычной машины.

Так как объем произведенного при добыче угля метана по меньшей мере приблизительно пропорционален объему добычи, то можно уменьшением объема добычи добычной машины снизить концентрацию метана в пределах забоя. При соответствующим образом уменьшенном объеме добычи объем выходящего из угля метана также сокращается, так что концентрация метана в пределах забоя может поддерживаться ниже предварительно заданного максимального значения без необходимости полностью останавливать добычу. Соответствующим образом конечно также возможно снова повышать объем добычи добычной машины, если измеренная концентрация газов достаточно низка. В непрерывном процессе таким образом можно устанавливать объем добычи так, что предварительно заданное максимальное значение не превышается или превышается только кратковременно.

На основе рассчитанного объема добычи и измеренной концентрации газа может рассчитываться содержание газов в добытом материале, причем в первом приближении удаляющийся из свеже-выработанной угольной массы метан может приниматься как пропорциональный выработанному угольному объему. По соответствующему объему добычи и содержанию газа можно устанавливать производимый объем добычи так, что предварительно заданная максимальная концентрация газа не превышается, без необходимости при этом должен был полностью останавливаться очистной забой. Другими словами, за счет сокращения объема добычи, например, сокращения скорости проходки или глубины реза, можно сокращать выработанный угольный объем настолько, что освобожденная при выработке масса метана не превышает допустимого предельного значения. Так как при этом освобожденная масса метана не задавалась, а устанавливалась раньше посредством измерения, то с помощью этого варианта способа также может учитываться изменяющееся содержание метана во время процесса разработки.

Согласно следующей форме выполнения вдоль забоя можно предусматривать несколько газовых датчиков, в частности датчиков метана, причем газовые датчики управляются и соответственно опрашиваются таким образом, что место измерения опережает добычную машину при проходке в направлении вентиляционной струи, а при проходке навстречу направлению вентиляционной струи следует за ней. Таким образом измерения в пределах забоя проводятся на разных местах, причем интервал между добычной машиной и местом измерения предпочтительно приблизительно постоянен, т.е. место измерения передвигается в зависимости от направления проходки на приблизительно постоянном расстоянии перед и, соответственно, за добычной машиной.

С помощью этого варианта способа можно существенно быстрее устанавливать опасный подъем концентрации метана, так как место измерения находится в непосредственной близости от добычной машины. При известных способах между моментом возникновения метана за счет выработки угля и измерением соответствующей концентрации газов может проходить период времени примерно от трех до пяти минут, тогда как результат измерений согласно изобретению предоставляется в течение нескольких секунд, так как измерения идут всегда поблизости от выработанного угля. Однако, в принципе соответствующий изобретению способ может осуществляться также только с одним газовым датчиком, который предусмотрен в конце забоя.

Далее может быть предпочтительно не жестко устанавливать предварительно заданное максимальное значение, а задавать его динамично. Таким образом, может быть предпочтительно, например, допускать только кратковременные превышения предельного значения, в частности, если эти превышения были измерены в пределах забоя, т.е. непосредственно в месте возникновения. Если предусматривается только единственный газовый датчик в конце забоя, то он измеряет сравнительно перемешанную и разбавленную за счет вентиляции метано/воздушную смесь. В противоположность этому, вдоль фронта забоя может совершенно локально доходить до более высоких концентраций метана, которые, однако, не должны вести к отключению и соответственно сокращению объема добычи.

Также может быть предпочтительно, если предварительно заданное максимальное значение варьируется в зависимости от позиции добычной машины. Если повышенная концентрация метана измеряется именно при использовании единственного газового датчика в конце забоя, то ее нужно было бы классифицировать в любом случае как критическую, если добычная машина находится в начале забоя. И наоборот, повышенная концентрация метана могла бы допускаться в том случае, если добычная машина находится в конце забоя, так как в этом случае, при определенных обстоятельствах, речь идет только о локальном и ограниченном по времени повышении концентрации метана.

Оказание влияния на объем добычи добычной машины может происходить автоматически посредством регулятора, в то время как, например, при возрастающей концентрации газа автоматически сокращается скорость проходки и/или глубина реза. С другой стороны, также возможно регистрировать растущую концентрацию газа в пределах забоя оптическими средствами уведомления, чтобы сигнализировать водителю добычной машины, что он должен сокращать скорость проходки и/или глубину реза.

Таким образом можно предусматривать, например, в нескольких местах в пределах забоя, например, на каждой десятой секции рамной автоматизированной крепи сигнальное устройство, которое сигнализирует горняку, находится ли измеренная концентрация газа выше или ниже заданного предельного значения.

Согласно следующему аспекту изобретение касается разработки забоя с несколькими, в частности, равномерно отстоящими друг от друга газовыми датчикам, причем газовые датчики могут опрашиваться устройством управления индивидуально, предпочтительно в зависимости от позиции добычной машины. При этом является особенно предпочтительным, если газовые датчики в пределах забоя могут присоединяться к уже и так имеющимся управляющим устройствам забоя. Такие в принципе известные управляющие устройства забоя служат для электро- и гидравлического управления секциями рамной механической крепи и сообщаются с их соответствующими соседями, а также с центральной системой управления. Таким образом отдельные газовые датчики могут опрашиваться центральной системой управления по отдельности или вместе, причем одновременно минимизированы дополнительные затраты на измерения метана.

Предпочтительно, если системой управления, которая содержит устройство расчета, проводится контроль, существует ли достаточная или недостаточная корреляция между объемом добычи и газовой концентрацией.

Например, система управления с помощью электронно-вычислительной машины может записывать временной ход произведенного объема добычи и измеренной концентрации газа и посредством соответствующих алгоритмов проверять, недостаточна ли наличествующая корреляция или достаточна. Например, может выдаваться предупредительный сигнал, если после увеличения объема добычи выше заданного порогового значения в заданном временном интервале после этого не обнаруживается никакого подъема концентрации газа выше следующего заданного порогового значения. Наоборот, предупредительный сигнал также может выдаваться, если измеренная концентрация газа спадает, хотя и не было зафиксировано соответствующее снижение производимого объема добычи. Также после приостановки добычной машины должно быть распознаваемо более отчетливое снижение измеренной концентрации метана, даже если это снижение может происходить с запаздыванием по времени. Если имеет место, однако, например, манипуляция с газовым датчиком, при которой на газовый датчик направляется непрерывный поток свежего воздуха, то измеренная концентрация газа остается существенно постоянной, так что с помощью соответствующего изобретению способа фиксируется недостаточная корреляция между объемом добычи и газовой концентрацией и выдается предупредительный сигнал.

В дальнейшем данное изобретение описывается чисто в качестве примера, посредством предпочтительной формы выполнения и со ссылками на приложенные чертежи.

Они показывают:

Фиг.1 - схематическое представление очистного забоя;

Фиг.2 - схематический ход произведенного объема добычи и измеренной концентрации газа при достаточной корреляции; и

Фиг.3 - ход кривых, согласно фиг.2, при недостаточной корреляции.

Фиг.1 показывает сильно упрощенное представление очистного забоя с множеством расположенных рядом секций 10 рамной механической крепи, которые обычным способом связаны с транспортером (не представлено). Цифрой 12 обозначена добычная машина, которая может быть выполнена как шнековый исполнительный орган или струг. Направление вентиляционной струи обозначено на чертеже стрелками W, т.е. вентиляционная струя движется в представлении фиг.1 против часовой стрелки.

Для измерения встречающейся в пределах забоя концентрации метана предусмотрены датчики 14 метана вдоль забоя, например, при каждой десятой секции рамной механической крепи, которые связаны через общую шину 16 с системой 20 управления. При этом шина 16 может быть шиной передачи данных, с помощью которой регуляторы отдельных секций 10 рамной механической крепи сообщаются друг с другом. Дополнительно в конце забоя предусмотрен еще один датчик 18 метана. С помощью системы 20 управления, при которой речь может идти о центральном управлении отдельными секциями 10 рамной механической крепи, отдельные газовые датчики 14 управляются и соответственно опрашиваются индивидуально, а именно в зависимости от позиции добычной машины 12 вдоль фронта проходки, который также охватывается системой 20 управления. При этом датчики 14 метана опрашиваются и соответственно считываются таким образом, что у передвигающейся добычной машины место измерения опережает добычную машину 12 при проходке в направлении вентиляционной струи и следует за ней при проходке навстречу направлению вентиляционной струи. Другими словами, место измерения передвигается на постоянном расстоянии впереди и соответственно позади добычной машины 12.

Через коммуникативные соединения (не показано) также передается на систему 20 управления, с одной стороны, скорость добычной машины и, с другой стороны, установленная глубина реза, и в зависимости от скорости и глубины реза система 20 управления рассчитывает также объем добычи, т.е. массу произведенного угля. Из этого рассчитанного объема добычи и из измеренной концентрации метана система управления определяет затем содержание метана в произведенном материале. Этот расчет происходит непрерывно, так что при изменяющемся содержании газа в добытом материале рассчитывается разная концентрация газа.

На фиг.2 сильно схематически показан штриховой линией записанный системой управления произведенный объем добычи в кубометрах, и штрих-пунктирной линией - измеренная газовым датчиком концентрация газов в процентах. Как можно видеть, за подъемом объема добычи также следует подъем концентрации газа, и концентрация газа следует по времени приблизительно за ходом произведенного объема добычи. Если система управления фиксирует такую корреляцию, то она характеризуется как достаточная, и никакого предупредительного сигнала не выдается.

Фиг.3 показывает также сильно схематически процесс добычи, при котором в момент t₁ произошла манипуляция с датчиком газа метана. Вследствие этой манипуляции измеренная концентрация газа метана сильно спадает, хотя произведенный объем добычи остается приблизительно постоянным. При этом, например, путем определения первой временной производной сигнала концентрации газа и установленного произведенного объема добычи, системой управления может фиксироваться, что обе эти измеряемые величины не ведут себя приблизительно одинаково, так что может выдаваться предупредительный сигнал.

Далее, система 20 управления на основе ранее рассчитанного газового содержания рассчитывает требуемый объем добычи, производство которого ведет к концентрации газа, которая лежит ниже заданной максимальной концентрации газа, обозначенной max на фиг.3. Если, например, содержание метана в произведенном угле поднимается, то система 20 управления автоматически сокращает скорость проходки и/или глубину реза, а именно таким образом, что заданной максимальной концентрации метана не достигают, что представлено на фиг.3.

Альтернативно или дополнительно система 20 управления может управлять различными оптическими индикаторными устройствами, которые расположены в пределах забоя, например, опять-таки при каждом десятом щите, и которые также могут присоединяться к регуляторам секций рамной механической крепи. Такое оптическое индикаторное устройство может содержать, например, три разноцветных сигнальных огня, причем зеленый свет сигнализирует, что измеренная концентрация метана лежит ниже порогового значения, красный сигнальный огонь может сигнализировать, что концентрация достигла порогового значения, и желтый сигнальный огонь может сигнализировать, что измеренная концентрация метана приближается к пороговому значению. Таким образом оператор добычной машины может соответствующим образом подгонять вручную объем добычи, например, сокращением скорости проходки или глубины реза.

С помощью соответствующего изобретению способа и, соответственно, соответствующих изобретению устройств можно непрерывно и без останова добычи управлять очистным забоем так, что благодаря изменению объема добычи не достигают предельного значения метана. Одновременно можно оптимизировать объем добычи, учитывая содержание метана, и регистрировать манипуляции с газовыми датчиками.

Группа изобретений относится к системе и способам управления добычной машиной вдоль забоя в подземной выработке, а также к очистному забою для проведения способа. Способ включает измерение концентрации газа и в зависимости от результата измерений выдачу предупредительного сигнала. При этом дополнительно устанавливают объем добычи, производимый добычной машиной. При недостаточной корреляции между объемом добычи и газовой концентрацией выдают предупредительный сигнал. Позволяет минимизировать опасность взрыва газа метана в забое, установить факт неисправности газового датчика и/или манипуляции с ним. 5 н. и 21 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ эксплуатации добычной машины вдоль забоя в подземной разработке, при котором по меньшей мере одним газовым датчиком измеряют концентрацию газов и в зависимости от результата измерений выдают предупредительный сигнал, отличающийся тем, что определяют объем добычи добычной машиной, измеряют концентрацию газов и выдают предупредительный сигнал, если фиксируется недостаточная корреляция между установленным объемом добычи и измеренной концентрацией газов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по скорости добычной машины и глубине реза рассчитывают объем добычи и, в частности, из рассчитанного объема добычи и измеренной концентрации газа рассчитывают содержание газа в произведенном материале.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что вдоль забоя предусматривают несколько газовых датчиков, и место измерения, в частности, на постоянном расстоянии от добычной машины при проходке в направлении вентиляционной струи опережает добычную машину и следует за ней при проходке навстречу направлению вентиляционной струи.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в конце забоя предусматривают газовый датчик.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что на основе предупредительного сигнала добычную машину останавливают.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что предупредительный сигнал подается в пределах забоя, в частности, оптическими и/или акустическими индикаторными устройствами.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что подачу сигнала осуществляют в пределах забоя в нескольких местах, в частности, на секциях рамной механической крепи.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что определяют корреляцию между объемом добычи и концентрацией газа с учетом временного изменения объема добычи и временного изменения измеренной концентрации газа и/или с учетом изменения абсолютной величины объема добычи и изменения абсолютной величины измеренной концентрации газа.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что при приближении к предварительно заданному максимальному значению концентрации газа уменьшением объема добычи добычной машины концентрацию газа в пределах забоя поддерживают ниже предварительно заданного максимального значения без остановки при этом добычной машины.

10. Способ управления добычной машиной вдоль забоя в подземной разработке, при котором по меньшей мере одним газовым датчиком измеряют концентрацию газов и в зависимости от результата измерений эксплуатируют добычную машину, причем при приближении к предварительно заданному максимальному значению концентрации газов путем уменьшения объема добычи добычной машины концентрацию газа в пределах забоя поддерживают ниже предварительно заданного максимального значения, без остановки при этом добычной машины, отличающийся тем, что уменьшение объема добычи обеспечивают за счет снижения глубины реза.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что по скорости добычной машины и глубине реза рассчитывают объем добычи и, в частности, из рассчитанного объема добычи и измеренной концентрации газа рассчитывают содержание газа в произведенном материале.

12. Способ по п.10, отличающийся тем, что вдоль забоя предусматривают несколько газовых датчиков, и место измерения, в частности, на постоянном расстоянии от добычной машины при проходке в направлении вентиляционной струи опережает добычную машину и следует за ней при проходке навстречу направлению вентиляционной струи.

13. Способ по п.10, отличающийся тем, что в конце забоя предусматривают газовый датчик.

14. Способ по п.10, отличающийся тем, что определяют корреляцию между объемом добычи и концентрацией газа с учетом временного изменения объема добычи и временного изменения измеренной концентрации газа и/или с учетом изменения абсолютной величины объема добычи и изменения абсолютной величины измеренной концентрации газа.

15. Способ по п.10, отличающийся тем, что предварительно заданное максимальное значение варьируется в зависимости от позиции добычной машины и/или от временных колебаний.

16. Способ по п.10, отличающийся тем, что в пределах забоя показывают, в частности, оптическими индикаторными устройствами, приближается ли измеренная концентрация газа к заданной максимальной концентрации газа или достигает ее.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что уведомление в пределах забоя происходит в нескольких местах, в частности, на секциях рамной механической крепи.

18. Очистной забой для проведения способа согласно одному из пп.1-9, содержащий добычную машину и множество секций рамной механической крепи, отличающийся тем, что вдоль очистного забоя предусмотрено несколько, в частности, равномерно отстоящих друг от друга газовых датчиков, причем предусмотрено устройство расчета для расчета объема добычи в зависимости от скорости добычной машины и глубины реза, а также для установления корреляции между объемом добычи и газовой концентрацией по изменению во времени объема добычи и изменению во времени измеренной концентрации газа.

19. Очистной забой по п.18, отличающийся тем, что газовые датчики могут опрашиваться системой управления индивидуально, в зависимости от позиции добычной машины.

20. Очистной забой по п.18 или 19, отличающийся тем, что в конце забоя, если смотреть в направлении вентиляционной струи, предусмотрен дополнительный газовый датчик.

21. Очистной забой по п.18, отличающийся тем, что на отстоящих, в частности, равномерно друг от друга секциях рамной механической крепи предусмотрены оптические и/или акустические индикаторные устройства, с помощью которых подается предупредительный сигнал.

22. Очистной забой по п.18, отличающийся тем, что на отстоящих, в частности, равномерно друг от друга секциях рамной механической крепи предусмотрены оптические индикаторные устройства, с помощью которых показывается, приближается ли измеренная концентрация газа к заданной максимальной концентрации газа или достигает ее.

23. Очистной забой по п.18, отличающийся тем, что каждая секция рамной механической крепи содержит электрический управляющий прибор, который сообщается с соседними с ним управляющими приборами, и по меньшей мере к некоторым из управляющих приборов присоединен газовый датчик.

24. Система управления для очистного забоя по п.18, отличающаяся тем, что предусмотрено устройство расчета, при помощи которого в зависимости от скорости добычной машины и глубины реза рассчитывается объем добычи, и с помощью которого по временному изменению объема добычи и временному изменению измеренной концентрации газа устанавливается корреляция между объемом добычи и газовой концентрацией.

25. Система управления по п.24, содержащая устройство опроса для индивидуального опрашивания нескольких газовых датчиков, блок сравнения для расчета корреляции между измеренной концентрацией газа и установленным объемом добычи, и выходной блок, который при недостаточной корреляции выдает сигнал предупреждения и/или управляющий сигнал.

26. Система управления для очистного забоя по п.18, отличающаяся тем, что предусмотрено устройство расчета, при помощи которого в зависимости от скорости добычной машины и глубины реза рассчитывается объем добычи, и с помощью которого по временному изменению объема добычи и временному изменению измеренной концентрации газа устанавливается корреляция между объемом добычи и газовой концентрацией, а также устройство для расчета по рассчитанному объему добычи и измеренной концентрации газа содержания газа в произведенном материале.
Приоритет по пунктам:

05.09.2006 по пп.1-17;

27.03.2007 по пп.18-26.