Устройство газовой защиты для угольных шахт Советский патент 1986 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горной автоматике, конкретнее к устройствам автоматической газовой защиты, и может использоваться на опасных по газ и пыли угольных шахтах для контроля и предупреждения внезапных выбросов, их регистрации, подачи аварийной сигнализации и автоматического отключе ния фидерного автомата или пускателя при аварийной концентрации метана.

Целью изобретения является повышение надежности автоматической газовой защиты за счет повьшения быстродействия, помехоустойчивости,и точ яости датчика контроля метана и упрощения электронной схемы и учета скорости воздуха.

На чертеже показана функциональ- ная блок-схема устройства.

Устройство автоматической газовой защиты для угольных шахт состоит из датчика 1 контроля метана, измери теля 2 скорости изменения метана, порогового блока 3, исполнительного блока 4, датчика 5 контроля скорости воздуха и регулируемого задатчика 6.

Датчик 1 контроля метана содер- кит расположенные в общем корпусе автономный источник 7 питания, лазерный инфракрасньй светодиод 8 ннфракрасньй фотодиод 9 с операционным усилителем 10, к выходу которого подключен светодиод 11. Светоиалу- чагащая сторона .12 лазерного инфракрасного диода 8 установлена напротив светоприемной стороны 13 инфракрасного фотодиода 9. Светоизлучающая сторона 14 светодиода 11 через фокон 15 сочленена с входным торцом воло- Г онно- оптического световода 1.6..

Измеритель 2 скорости изменения метана состоит из фотодиода 17, све- топриемная сторона 18 которого через расширягоищйся фокон 19 сочленена с зыходньпч торцом волоконно-оптического световода 16. На выходе фотодиода включен операционный усилитель 20, вькод ко торого соединен с входом блока 21 дифференцирования. Вьгкод последнего через блок 22 интегрирования под- ключен к входу порогового блока 3., вход задания порога которого соединен с выходом управляемого задатчи- ка 5, а выход соединен с входами регистратора 23, аппарата 24 сигнализации и фидерного автомата 25, ззходящих в состав дополнительного блока 4. Выход датчика .5 контроля

скорости воздуха соединен с входом регулируемого задатчика 6.

Устройство работает следующим образом,

При включении автономного источника 7 питания инфракрасное излучение с длиной волны около 3,391 мкм от лазерного инфракрасного светодиода 8 из его светоизлучающей сторонь; 12 направляется на контролируемый объем шахтной атмосферы 26 толщиной L.

После прохождения через контроли- руемьш объем инфракрасное излучение попадает на светоприемную сторону 13 инфракрасного фотодиода 9. Интенсивность 3 прошедшего через контроли- руемык-; объем инфракрасного излучения на. фотодиод 9 является мерой содержания метана С в толщиной

j: Ioexp(), где 1 - интенсивность инфракрасного

излучения при нулевой кон- центрации метана ,. (С,/);

li - коэффициент поглощения инфракрасного излучения метана, (% см);

L - толщина контролируемого объема, см.

На выходе фотодиода 9 появляется пропорциональньш интенсивности Т электрический сигналэ усиливаемый операционным усилителем 10, На выходе уси- лителя 10 формируется пропорциональный интенсивности Z электрический сигнал3 который с помощью светодиода 11 преобразуется в пропорциональную сигналу интенсивность света. Свет от светодиода 11 из его светоизлучающей стороны 14 через фокон 15 подается в волоконно-оптический световод 16. по которому передается к измерителю скорости изменения концентрации метана 2. Этот пучок: света из световода 16 через распгиряющийся фокон 19 подается на светоприемную сторону 18 фотодиода 1/S где преобразуется в электрический сигнал.

Для передачи сигнала от датчика 1 контроля концентрации метана до измерителя 2 скорости изменения концентрации метана на возможно большее расстояние соотвегст угощим образом подбирают параметры:светодиод 11 - сужающийся фокон 15 - волоконно-опти- ческий световод 16 - расширяющийся фокон 19 - фотодиод 17.

312

Эти параметры должны обеспечить минимальные потери сигнала от выхода усилителя 10 до входа усилителя 20. Минимальные потери достигаются, если спектральная полоса максимальной светоотдачи светодиода, спектральная полоса максимума пропускания световода и спектральная полоса максимума чувствительности фотодиода совпадают (например, если используются красные светодиод и фотодиод и красньй стек- ловолоконный световод), а также, когда диаметр светоизлучающей стороны 14 равен большему диаметру сужающегося фокона 15, меньшие диаметры 15 и 19 равны диаметру световода 6, а больший диаметр расширяющегося фокона 19 равен диаметр светоприемной стороны 18 фотодиода 17.

Электрический сигнал с выхода фотодиода 17 усиливается операционным усилителем 20 и подается на входы блока 21 дифференцирования и регистратора 23, где регистрируется в виде процентного содержания С метана в контролируемом объеме. I В блоке 21 из аналогового электрического сигнала выделяется его первая произв.одная, т. е. производится его дифференцирование. На выходе блока дифференцирования формируется электрический сигнал, знак которого равен знаку первой производной, а абсолютное значение пропорционально скорости изменения сигнала на выходе усилителя 20, т.е. формируется сигнал, знак которого определяется направлением изменения концентрации метана (при уменьшении концентрации формируется отрицательный сигнал, при увеличении концентрации - положительный, а при постоянной концентрации - нулевой сигнал), а абсолютнаявеличина пропорциональна скорости измененияконцентрации метана

Этот сигнал поступает в блок 22 интегрирования, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный средней скорости изменения содер жания метана за заданное время . Для этого постоянная -времени интегрирования блока 22 устанавливается равной Z, Знак сигнала на выходе блока 22 также зависит от направле-. НИН изменения средней концентрации метана за время С.

Сигнал выхода блока 22 интегрирования поступает в пороговой блок 3.

3654

Величина положительного порога (напряжения) в блоке 3 задается регулируемым задатчиком 6, напряжение на выходе которого пропорционально ско5 рости воздуха в выработке. Для достижения этого условия вход регулируемого задатчика 6 соединен с выходом датчика 3 скорости воздуха в выработке. Чем выше скорость воздуха,

0 тем больше сигнал на выходе датчика 5. тем больше положительное напряжение на выходе регулируемого задатчика 6 тем выше положительный порог порогового блока 3, и при большей кон15 центрации метана С в контролируемом объеме появится аварийный сигнал на выходе порогового блока 3. При этом для больших скоростей воздуха, когда вентиляция препятствует скоплению

0 метана в выработке во взрывоопасных количествах, обеспечивается работа добычного оборудования без его остановки. При слабой вентиляции (когда скорость воздуха мала) возникает

5 опасность скопления метана в выработке во взрывоопасных количествах и устройство раньш е выдает сигнал на выходе блока 3, чем предупреждает возможный взрыв метана.

0 При достиже1П1и сигналом с интегратора 22 (изменяемой в общем случае) величина порога на выходе бло- ка 3 возникает аварийный сигнал, который регистрируется регистратором 23, сигнализируется аппаратом 24 (например, в виде Световой сигнализации и звуковой сирены) и под действием которого выключае тся фидерный автомат 25, отключающий электропитание в добычном участке.

Таким образом, настроив коэффициент передачи регулируемого задатчика 6, постоянную speMeini интегратора 22 и коэффициент усиления усилителя 20 по допустимым для данного участка соотношениям скорости повышения концентрации метана к скорости воздуха в выработке участка, устройство позволит автоматически осуществить га-, зовую защиту с учетом работы венти- ляции с любым требуемым быстродействием (в представленном виде инерционность сигнала на выходе блока 22 может быть даже доли миллисекунд) и выключить электроэнергию в выработке

5 при любой сколь угодно большой скорости внезапного выброса еще до появления опасной концентрации метана в выработке При достаточно интенсив5

0

5

ной вентиляции предлагаемое устройство позволяет проводить работы при больших скоростях увеличения концентрации метана, которые все равно не приводят к появлению взрывоопасных его количеств в выработке.

KOWtff M