АКУСТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ОЧАГОВ ПОЖАРОВ В ГЛУБИНЕ УГОЛЬНОГО МАССИВА И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК G01V1/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ. Заявляемое изобретение относится к горному делу: к области обнаружения очагов пожара на предприятиях, добывающих твердые горючие полезные ископаемые (например, уголь), и акустического мониторинга горного массива на предприятиях, добывающих твердые горючие полезные ископаемые, и может быть использовано для повышения эффективности борьбы с пожарами на предприятиях, добывающих твердые горючие полезные ископаемые, для обнаружения и определения координат очагов пожара и предшествующих возгоранию процессов (например, самонагревания в течение инкубационного периода эндогенного пожара) в глубине пласта твердого горючего полезного ископаемого.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ. Известен способ локации эндогенных пожаров из Методики определения фона индикаторных газов в выемочных полях шахт России и Руководства по локации эндогенных пожаров с поверхности шахтного поля, введенных в действие Приказом Министерства топлива и энергетики Российской Федерации №151 от 29 апреля 1998 «О введении в действие нормативных документов по обеспечению безопасных условий на шахтах, отрабатывающих склонные к самовозгоранию пласты угля» [1].

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ. Сущность изобретения состоит в наличии разнесенных в пространстве (по горной выработке) сейсмоприемников в количестве, необходимом для точной пеленгации источника излучения, с которых по каналам передачи информации (например, в виде проводящих кабелей или оптоволоконных кабелей или радиоволн) сигнал передают на блок обработки сигнала и принятия решений.

Основной особенностью предлагаемого способа является идентификация процесса горения по акустическим сигналам. В блоке обработки сигнала и принятия решений осуществляют сопоставление образа полученного сигнала с образом эталонного сигнала, установленным при тарировке. Для определения координат очагов пожара и предшествующих возгоранию процессов в глубине пласта твердого горючего полезного ископаемого используют способ разнесенной пассивной локации. Основным информационным признаком для определения направления на объект является функция взаимной корреляции сигналов в различных каналах обработки сигналов. По величине задержки сигнала принимают решение о величине азимута на объект. Обнаружение и определение координат очагов пожара и предшествующих возгоранию процессов в глубине пласта твердого горючего полезного ископаемого осуществляют по акустическим сигналам; слежение за возникновением и развитием очагов пожара и предшествующих возгоранию процессов в глубине пласта твердого горючего полезного ископаемого осуществляют в автоматическом режиме; акустические сигналы поступают на приемник от датчиков, воспринимающих акустические волны, инициируемые очагами пожара и процессов, предшествующих возгоранию в пластах твердых горючих полезных ископаемых; датчики устанавливают в шпурах на глубине не менее половины мощности пласта; образ полученного сигнала сравнивают с образом эталонного сигнала; эталонный сигнал устанавливают на образцах твердого горючего полезного ископаемого, отобранных при тарировке сигнала, возникающего в горном массиве при горении.

Техническим результатом заявляемого изобретения является определение координат очагов пожаров и предшествующих возгоранию процессов в горном массиве, а также расширение арсенала технических средств идентификации очагов пожаров и предшествующих возгоранию процессов в горном массиве.

Вначале определяют проводимость испытуемым массивом горных пород акустических волн известными методами.

Идентификация очагов пожаров и предшествующих возгоранию процессов в горном массиве, а также определение их координат обусловливаются свойством заявляемого изобретения идентифицировать сигналы, соответствующие горению и предшествующим возгоранию процессам в горном массиве на основе данных, полученных при тарировке на отобранных из пластов твердого горючего полезного ископаемого образцах. При тарировке образцы заторцовывают с двух противоположных сторон параллельными гранями. На торце образца устанавливают датчики. Датчики изолируют теплозвукоизолирующим материалом по боковой поверхности образца от нагрева датчиков по воздуху. Между внешней поверхностью изоляции и внутренней поверхностью камеры сгорания оставляют зазор для прохода воздуха. Датчики соединяют каналом передачи информации (например, в виде проводящих кабелей или оптоволоконных кабелей или радиоволн) с блоком обработки сигнала и принятия решений (например, персональным компьютером). Образцы помещают в камеру сгорания. Прикрепляют образцы к стенкам камеры сгорания на подвесе из кремнеземной нити. Воздействием открытого пламени газовой горелки или паяльной лампы на торцы образцов, противоположные тем, к которым прикреплены датчики, поджигают образец. Заслонкой и вытяжной трубой регулируют подачу воздуха для получения стационарного режима горения. Первые вступления полученных акустических импульсов по преобразованию через интеграл Фурье раскладывают в частотный спектр. Полученный образ сигнала фиксируют в качестве эталона. В зоне регистрации традиционных признаков подземного пожара (повышенной концентрации продуктов горения, повышенной температуре, повышенной влажности) в шпурах на глубине не менее m/2 (где m - мощность пласта твердого горючего полезного ископаемого) устанавливают датчики в количестве, необходимом для точной пеленгации источника акустического излучения. Датчики устанавливают в плотном контакте с цельным массивом твердого горючего полезного ископаемого. Датчики соединяют каналом передачи информации (например, в виде проводящих кабелей или оптоволоконных кабелей или радиоволн) с блоком обработки сигналов и принятия решений, содержащим усилители, резонансные контуры и фильтры соответствующей частоты. Первые вступления полученных акустических импульсов по преобразованию через интеграл Фурье раскладывают в частотный спектр. Полученный образ сигнала сравнивают с образом сигнала, полученного при тарировке. Устанавливают совпадение образов сигналов: накладывают образы полученного сигнала на образ эталонного сигнала в одинаковом масштабе. Если образ полученного сигнала соответствует образу эталонного сигнала (расхождение не превышает 5%), то определяют координаты очагов пожаров и предшествующих возгоранию процессов по правилам пеленгации: по разности времени прихода сигналов на разные датчики устройства определяют направление на источник акустического излучения и расстояние до него.

Слежение за возникновением и развитием очагов пожаров и предшествующих возгоранию процессов в горном массиве осуществляют в автоматическом режиме.

Устройство для осуществления акустического способа идентификации и определения координат очагов пожаров и предшествующих возгоранию процессов в горном массиве, содержащее приемники акустического излучения, низкочастотные усилители, каналы передачи информации (например, в виде проводящих кабелей или оптоволоконных кабелей или радиоволн) и блок обработки сигнала и принятия решений, включающий усилители, резонансные контуры и фильтры соответствующих частот, регистрирующие устройства (магнитофоны и (или) оператора) и периферию. Перед применением предлагаемого устройства определяется проводимость испытуемым массивом горных пород акустических волн известными методами. Отбираются образцы из пластов твердого горючего полезного ископаемого для тарировки. На образцах производится тарировка. Образцы заторцовываются с двух противоположных сторон параллельными гранями. На торце образца устанавливаются датчики. Датчики изолируются теплозвукоизолирующим материалом по боковой поверхности образца от нагрева датчиков по воздуху. Между внешней поверхностью изоляции и внутренней поверхностью камеры сгорания оставляется зазор для прохода воздуха. Датчики соединяются каналом передачи информации (например, в виде проводящих кабелей или оптоволоконных кабелей или радиоволн) с блоком обработки сигнала и принятия решений (например, персональным компьютером). Образцы помещаются в камеру сгорания. Прикрепляются образцы к стенкам камеры сгорания на подвесе из кремнеземной нити. Воздействием открытого пламени газовой горелки или паяльной лампы на торцы образцов, противоположные тем, к которым прикреплены датчики, образец поджигается. Заслонкой и вытяжной трубой регулируется подача воздуха для получения стационарного режима горения. Первые вступления полученных акустических импульсов по преобразованию через интеграл Фурье раскладываются в частотный спектр. Полученный образ сигнала фиксируется в качестве эталона. По результатам тарировки определяются частотные диапазоны, характерные для акустических волн, возникающих при горении и предшествующих возгоранию процессах испытуемого пласта твердого горючего полезного ископаемого. Исходя из частотных диапазонов выбираются датчики, воспринимающие акустические волны (например, пьезодатчики). Акустические сигналы поступают от воспринимающих акустические волны датчиков, установленных в количестве, необходимом для точной пеленгации источника излучения в пластах твердого горючего полезного ископаемого. Датчики устанавливаются в шпурах на глубине не менее m/2, где m - мощность пласта твердого горючего полезного ископаемого. Образ полученного сигнала сравнивается с образом эталонного сигнала. Блок обработки сигнала и принятия решений позволяет настроить фильтр на диапазон эталонного сигнала, устанавливаемого на образце при тарировке сигнала, возникающего в массиве при горении, рассчитывает время прихода сигнала на каждый акустический приемник и по полученным данным определяет координаты источника сигнала, направление на очаг пожара и (или) предшествующего возгоранию процесса и расстояние до него определяет по разности времени прихода сигналов на установленные датчики. При обнаружении очага пожара сигнал об опасности передается в общешахтную систему сигнализации.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ. Заявляемый способ может быть осуществлен при диагностике пожаров для их ликвидации в пластах твердых горючих полезных ископаемых на предприятиях, добывающих твердые горючие полезные ископаемые. Устройство, осуществляющее заявляемый способ, содержит приемники акустического излучения (например, в виде пьезоэлектрических акселерометров, или микрофонов, или геофонов), низкочастотные усилители, канал передачи информации (например, в виде проводящих кабелей, или оптоволоконных кабелей, или радиоволн), блок обработки сигнала и принятия решений, включающий усилители, резонансные контуры и фильтры соответствующих частот и периферию. На обнаженной поверхности пласта твердого горючего полезного ископаемого в шпурах глубиной не менее m/2 (где m - мощность пласта горючего твердого ископаемого) устанавливают приемники акустического излучения, смонтированные в одном корпусе с низкочастотными усилителями. Определяют проводимость испытуемым массивом горных пород акустических волн известными методами. Чувствительные элементы, содержащие датчики, заглубляют в обнаженную поверхность пласта твердого горючего полезного ископаемого из горной выработки на величину, превышающую половину мощности пласта, обеспечивают плотный контакт датчиков с пластом твердого горючего полезного ископаемого, чем обеспечивают прием сигнала датчиками, расположенными за пределами зоны отжима, и способствуют обеспечению надежности их работы. При поступлении акустической волны на приемник акустического излучения в нем возникает электрический сигнал, который усиливают усилителем и по каналу передачи информации (например, в виде проводящих кабелей или оптоволоконных кабелей или радиоволн) передают в блок обработки сигнала и принятия решений, включающий усилители, резонансные контуры и фильтры соответствующих частот, где образ полученного сигнала сопоставляют с образом эталонного сигнала, определенным при тарировке (накладывают образы полученного сигнала на образ эталонного сигнала в одинаковом масштабе). Если образ полученного сигнала соответствует образу эталонного сигнала (расхождение не превышает 5%), то по разности времени прихода сигналов на разные датчики устройства определяют направление на источник акустического излучения и расстояние до него. Определяют координаты очагов пожаров и предшествующих возгоранию процессов.

Источники информации

1. Приказ Министерства топлива и энергетики Российской федерации №151 от 29 апреля 1998 «О введении в действие нормативных документов по обеспечению безопасных условий на шахтах, отрабатывающих склонные к самовозгоранию пласты угля».

Изобретение относится к области акустического мониторинга угольного массива. Сущность: регистрируют акустические сигналы приемниками, установленными в шпурах на глубине, равной не менее половины мощности пласта. Фиксируют время прихода сигналов на каждый приемник. Сравнивают полученные сигналы с эталонным сигналом, полученным при тарировке сигнала, возникающего в массиве угля при горении, проведенной на образцах угля. При соответствии полученного сигнала эталонному сигналу по указанному полученному сигналу определяют направление на очаг пожара и расстояние до него. Дополнительно осуществляют слежение за возникновением и развитием очагов пожаров и предшествующих возгоранию процессов. Система для осуществления способа содержит приемники акустического излучения, низкочастотные усилители, каналы передачи информации, блок обработки сигнала и принятия решений. Каналы передачи информации выполнены в виде проводящих кабелей или оптоволоконных кабелей или радиоволн. Блок обработки сигнала и принятия решений выполнен с возможностью определения направления на очаг пожара и расстояния до него, а также с возможностью настройки фильтра на диапазон частотного сигнала. Технический результат: расширение функциональных возможностей. 2 н. и 3 з.п. ф-лы.

1. Акустический способ определения координат очагов пожаров в глубине угольного массива, заключающийся в регистрации акустических сигналов акустическими приемниками, установленными в шпурах на глубине не менее m/2, где m - мощность пласта твердого горючего полезного ископаемого, фиксации времени прихода сигналов на каждый акустический приемник, сравнении полученных сигналов с эталонным сигналом, полученным при тарировке сигнала, возникающего в массиве угля при горении, проведенной на образцах угля, при соответствии полученного сигнала эталонному сигналу по указанному полученному сигналу определяется направление на очаг пожара и расстояние до него, дополнительно осуществляют слежение за возникновением и развитием очагов пожаров и предшествующих возгоранию процессов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что слежение за возникновением и развитием очагов пожаров в глубине угольного массива могут осуществлять как в полностью автоматическом режиме, так и по команде оператора или в смешенном режиме: постоянный контроль осуществляют автоматически, а по команде оператора осуществляют дополнительный контроль в данный момент.

3. Система для осуществления способа определения координат очагов пожаров в глубине угольного массива, содержащая приемники акустического излучения, устанавливаемые в шпурах на глубине не менее m/2, где m - мощность пласта горючего полезного ископаемого, низкочастотные усилители сигнала, поступающего с акустического приемника, каналы передачи информации, выполненные, например, в виде проводящих кабелей, или оптоволоконных кабелей, или радиоволн, и блок обработки сигнала и принятия решений, выполненный с возможностью сравнения сигнала, полученного с акустического приемника, с эталонным сигналом, полученным при тарировке сигнала, возникающего в массиве угля при горении, проведенной на образцах угля, возможностью определения направления на очаг пожара и расстояния до него по полученному сигналу, соответствующему эталонному, возможностью настройки фильтра на диапазон частотного сигнала.

4. Система по п.3, отличающаяся тем, что блок обработки сигнала и принятия решений дополнительно содержит источник радиоволн для диагностики состояния работы устройства.

5. Система по п.3, отличающаяся тем, что приемники акустического излучения дополнительно содержат источники радиоизлучения, воспринимаемого блоком обработки сигнала и принятия решений, по которому судят об изменении количества работоспособных датчиков системы.