Способ контроля выбросоопасности при выемке угля Советский патент 1987 года по МПК E21F5/00 E21C39/00 

безопасности в горной промышленности, а именно к способам контроля выбросо- спасности угольных пластов непосредственно при выемке угля очистными машинами, и может быть использовано в опасных по внезапным выбросам угольных шахтах для обеспечения безопасности труда шахтеров и увеличения производительности выемочных машин за счет исключения ложных тревог Из- за несовершенства существующих методов и средств контроля выбросоопас- ности угольных пластов

Целью изобретения является повышение точности контроля за счет устранения мешающего действия сильных возмущающих факторов. Сущность предложенного способа состоит в том, чтобы

за счет одновременного измерения трех 20 выемке угля.

т емперйтур t , t и t и определения отношения разностей (t«.) / /( t) одновременно свести к минимуму влияния флуктуации прочностных характеристик угля в массиве, скорости подачи горной машины,скорости вращения исполнительного органа, подачи воды на орошение, затупление резцов исполнительного органа и скорости вентиляционной струи воздуха.

Так,при увеличении прочностных харак-. теристик угля увеличивается сопротивление резанию и увеличивается температура 35 теля 8 разности, второй вход котороt ,тоотнощение разностей не изменяется. При увеличении скорости подачи горной машины, при увеличении скорости вращения исполнительного органа или при затуплении резцов исполнительного органа происходит сильное увеличение температуры t.,, , в меньшей степени увеличивается температура и увеличивается температура t ( так как грудь забоя успела немного остыть после предшествующей стружки до последующей).

В результате величина отношения разностей изменяется лишь незначиго соединен с выходом третьего термодатчика 3.

Выходы измерителей 7 и 8 разности соединены с входами измерителя 9 от40 ношений, выход которого соединен

с входами блока 10 индикации и регистрации и аналогового дифференциатора 11. Выход дифференциатора 11 соединен с входом компаратора 12,вы45 ход которого соединен с входом индикатора 13.

Способ контроля выбросоопасности при выемке угля осуществляется слетельно от любого из этих четырех воз

мущающих факторов. При увеличении подачи воды на орошение снижаются температуры t , и t, а величина отношения разностей никак не изменяется. При увеличении скорости вентиляционной струи воздуха уменьшаются температуры и t , а отношение разностей остается постоянным.

теплоемкость массива угля, материнская влажность массива, температуропроводность массива температура и влажность окружающего воздуха в горной выработке одновременно и в одну сторону действуют на все три измеряемые температуры , t. и t. В результате действий любых сочетаНИИ этих пяти возмущающих факторов отношение разностей не изменится.

Таким образом, в изобретении устранены одновременно действия всех одиннадцати сильных возмущающих факторов на точность контроля выбросо- опэсности пласта в месте выемки угля. На чертеже приведена функциональная схема устройства для автоматического контроля выбросоопасности при

Устройство для автоматического контроля выбросоопасности при выемке угля содержит термодатчики 1-3. Первый термодатчик 1 направлен на свеже 5 обнаженную поверхность забоя 4,второй термодатчик 2 направлен в область исполнительного органа 5, а третий термодатчик 3 - на поверхность забоя перед исполнительным органом 6. Выход

30 первого термодатчика 1 соединен с вторым входом первого измерителя 7 разности, первый вход которого соединен с выходом второго термодатчика 2 и с первым входом второго измериго соединен с выходом третьего термодатчика 3.

Выходы измерителей 7 и 8 разности соединены с входами измерителя 9 от40 ношений, выход которого соединен

с входами блока 10 индикации и регистрации и аналогового дифференциатора 11. Выход дифференциатора 11 соединен с входом компаратора 12,вы45 ход которого соединен с входом индикатора 13.

Способ контроля выбросоопасности при выемке угля осуществляется следующим образом.

В процессе выемки угля выемочный механизм (горная добывающая машина) с исполнительным органом перемещаются вдоль забоя так, что за исполни- тельным органом образуется свежеобнаженная поверхность забоя. При снятии стружки угля перед исполнительным органом выемочного механизма находится поверхность забоя, которая

была свежеобнаженной ранее при выемке предьщущей стружки угля. Выемка угля происходит за счет разрушения угольного пласта в области исполнительного органа (в области резания угля).

Согласно предлагаемому способу непрерывно и одновременно измеряют три температуры: температуру на свежеобнаженной поверхности забоя псе температуру в области исполнительного органа t. и температуру по поверхности забоя перед исполнительным органом t,

После этого также непрерывно и одновременно определяют две разности температур: разность температур в области исполнительного органа и на свежеобнаженной поверхности забоя

ся электрические аналоговые сигналы напряжения, пропорциональные соответственно температурам t , t

и t

30 Электрические аналоговые сигналы напряжения поступают на входы измерителей 7 и 8 разности. На выходе измерителя 7 разности формируется сигнал, пропорциональный разности температу(t,Q - ) 3 также разность темпе-20 центном индикаторе и т.п. ратур в области исполнительного орга- Устройство для автоматического на и поверхности забоя перед исполни- контроля выбросоопасности при выемке тельным органом (t - t,,) .угля работает следующим образом.

Затем определяют величину отноше- При перемещении щеток термодатчи- ния разностей (t,,,, - t ) Ь„), 5 ков 1-3 по поверхности угля на выхо- по которой судят о степени выбросо- де термопар термодатчиков формируют- опасности пласта.

Кроме того, непрерывно определя- «ют скорость изменения отношения разностей (t. - t)/(t.o - trt) и начало выбросоопасной зоны пласта определяют по увеличению, а конец - по уменьшению скорости изменения отношения разностей.

Пример реализации устройства для 35 Р (t „ов выходе измерите- автоматического контроля выбросоопас- ля 8 разности - сигнал,пропорциональности при выемке угля.ньй разности температур (t., -t „ ) .

Сигналы с выходов измерителей 7 и 8 разности поступают на входы измери- 40 теля 9 отношений, который на своем выходе формирует сигнал, пропорциональный отношению разностей (t - пов )/(tu.o Ь„). Этот сигнал является однозначной мерой выбросоопас- 45 ности угольного пласта в зоне измерения температуры свежеобнаженной поверхности забоя, так что чем больше отношение разностей, тем выбросо- опаснее угольный пласт в месте конт- 50 роля. Это связано с тем, что при наличии в глубине пласта зоны скопления метана, он начинает просачиваться сквозь пласт угля. При просачивании метана от уносит с собой часть матеВ качестве термодатчиков 1, 2 и 3 использованы термопары со щетками на концах, которые скользят; щетка термопары термодатчика 1 скользит по свежеобнаженной поверхности забоя 4, щетка термодатчика 2 скользит по поверхности скалывания (резания) угля непосредственно вблизи исполнительного органа 5, а щетка термодатчика 3 - по поверхности забоя (напротив старой дороги) перед исполнительным органом 6. В качестве измерителей 7 и 8 разности использованы операционные усилители или сумматоры. В качестве измерителя отношений 9 использован аналоговый делитель. В качестве аналогового дифференциатора 11 ис-55 ринской влаги, находящейся в уголь- пользован неинвертирующий дифференци- ном массиве. Унос влаги (испарение атор. В качестве блока 10 индикации и регистрации использован самопишущий милливольтметр типа КСП. В качеводы из массива в метан и диффузия воды вместе с метаном через пласт) приводит к заметному охлаждению плас-

стве индикатора 13 использована электрическая лампочка.

Кроме указанного вьтолнеиия, в качестве различных блоков приведенного на чертеже устройства могут быть также использованы: в качестве термодатчиков 1-3 - радиационные пирометры на диапазон температур 5-50 С, в качестве измерителей 7 и 8 разности - делители на резисторах; в качестве измерителя 9 отношений - логарифмический делитель; в качестве аналогового дифференциатора 11 - дифференцирующая RS-цепочка.

Блок индикации и регистрации может быть любым с цифропечатью или диаграммной лентой. Индикатор 13 может быть вьтолнен также на стрелочном показывающем приборе, на сирене, на люминесцентном индикаторе и т.п. Устройство для автоматического контроля выбросоопасности при выемке угля работает следующим образом.

ся электрические аналоговые сигналы напряжения, пропорциональные соответПри перемещении щеток термодатчи- ков 1-3 по поверхности угля на выхо- де термопар термодатчиков формируют-

ственно температурам t , t

и t

30 Электрические аналоговые сигналы напряжения поступают на входы измерителей 7 и 8 разности. На выходе измерителя 7 разности формируется сигнал, пропорциональный разности температуринской влаги, находящейся в уголь- ном массиве. Унос влаги (испарение

воды из массива в метан и диффузия воды вместе с метаном через пласт) приводит к заметному охлаждению плас-

та в том месте, где в пласте находит- ся 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 свежепов

обнаженной поверхности забоя t

Принципиально измерять выбросоопасность угольного пласта можно только по температуре свежеобнаженной поверхности забоя , так как уменьшение температуры пропорционально увеличению выбросоопасности угольного пласта. Однако в реальных условиях на величину температуры поверхности забоя после исполнительного органа существенное влияние оказывают измерения прочностных характеристик угля в массиве, изменения скорости подачи выемочного механизма, изменения скорости вращения (перемещения) исполнительного органа, изменения толщины стружки, снимаемой исполнительным органом, изменения интенсивности подачи воды на орошение, затупление резцов исполнительного органа, изменение скорости вентиляционной струи воздуха, изменение теплоемкости массива угля, изменение мате- ЗО воздуха приведет к нагреву массива

ринской влажности массива, изменения теплопроводности массива, изменения температуры и влажности окружающего воздуха в горной выработке в месте выемки угля.

Действие каждого из этих двенадцати возмущающих факторов на величину температуры t настолько сильно, что определить по величине температуры выбросоопасность в месте выемки угля невозможно. Так, при увеличении прочностных характеристик увеличивается сопротивление угля резанию, и массив угля в месте резания нагревается сильнее. В результате температура на свежеобнаженной поверхности забоя также повьшгается.

Увеличение скорости подачи выемочного механизма при неизменности скорости вращения исполнительного органа и при неизменности толщины снимаемой исполнительным органом стружки также приводит к увеличению темпераи температуры t

УвеличеТакие 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 повьппению инерционных свойств угля к изменению температуры и i cniicpai ;(лл

ние скорости вращения исполнительного55 туРЫ, в результате чего он медленнее органа и увеличение снимаемой нагревается и охлаждается от подава- стружки приводят к увеличению степени емой на орошение воды, от действия нагрева угля в месте резания и в ре- вентиляционной струи, от увеличения

зультате к повьш1ению температур t,,o.

и t

пОв

Увеличение интенсивности по

дачи воды на орошение приводит к уменьшению температуры t и в резуль - тате 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 t

t.«e. и t

Температура t увеличивается аналогично и от увеличения прочности массива, скорое-

ти подачи выемочного механизма,скорости вращения исполнительного органа, снимаемой исЦолнительным органом стружки, уменьшения интенсивности подаваемой на орошение воды.

Увеличение скорости вентиляционной струи воздуха может действовать одновременно на все три температуры двояко. Если температура воздуха в вентиляционной струе более чем на Zt превьш1ает температуру массива в выработке и если влажность воздуха в вентиляционной струе меньше влажности воздуха в вьфаботке, то увеличе-. ние скорости вентиляционной струи

угля .и к одновременному увеличению

и t

Если же

температур t., , t температура воздуха в вентиляционной струе низка, а влажность сравниг ма или превьш1ает влажность воздуха в выработке, то при увеличении скорости вентиляционной струи будет увеличиваться унос влаги из массива, массив будет охлаждаться и, следова0 тельно, температуры t, t и t будут уменьшаться. В любом случае изменения скорости вентиляционной струи в большей степени изменяют температуры и t и значитель5 но 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 повьппению инерционных свойств угля к изменению темпера0

или уменьшения прочностных характеристик, 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 t и t и лишь в незна- чительной степени увеличивает температуру ty,} , Увеличение влажности окружающего воздуха в горной выработке приводит к о братному действию: пропорционально уменьшаются темпера- туры и t и лишь незначительно ;уменьшается температура tuo

Из знания каждого из двенадцати приведенных сильных возмущающих факторов в смысле их действия на изме- нения любой из трех температур ,

t.o или

с однозначностью следует,

что ни по температуре t , ни по температуре t..

ни по температуре t,

-tj

ни по разности температур (t. ), 25 соопасной зоны в угольном пласте, ни по разности температур (t нельзя однозначно судить о выбросоопасности при выемке угля. Зато отношение разностей температур

-UO

степени

В результате выполнения операц (по одновременному изменению тре температур, определению отношения разностей температур, определению

(tj.o - tno6 ) - t) полностью ин-30 скорости изменения отношения разности температур) представляется возможным с высокой точностью определять выбросоопасность и одновременно определять начало и конец выбросо- опасной зоны пласта. Повьш1ение 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.

вариантно к действию любого из двенадцати сильных возмущающих факторов или к одновременному действию любого из сочетаний этих факторов.

Сигнал с выхода измерителя 9 отношений, пропорциональный отношению разностей температур (t - ) / /(t д - t), поступает одновременно на входы блока 10 индикации и регистрации и аналогового дифференциатора 11. В блоке 10 индикации и регистрации индицируется и регистрируется на диаграммной ленте или на ленте циф- ропечатающего устройства величина выбросоопасности в месте свежеобнаженной 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. Этот сигнал поступает на вход компаратора 12. Компаратор 12 может быть вьтолнен, например, по регенераторной схеме.

Если напряжение на выходе аналогового дифференциатора 11 превьшает порог компаратора 12 (устройства срар- нения), т.е. когда скорость увеличения отношения разностей температур увеличится из-за появления в зоне контроля выбросоопасного участка пласта, то на выходе компаратора 12 появится сигнал и загорится лампочка 13, указывающая на начало выбросо- опасной 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 зоны в угольном пласте,

В результате выполнения операций (по одновременному изменению трех температур, определению отношения разностей температур, определению

скорости изменения отношения разнос

ти температур) представляется возможным с высокой точностью определять выбросоопасность и одновременно определять начало и конец выбросо- опасной зоны пласта. Повьш1ение точности определения выбросоопасности приводит к увеличению безопасности работ и, кроме того, к увеличению производительности добычи угля,так как более надежное определение выбросоопасности позволяет устранить ожные 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 увеичить непосредственное время добычи, т.е. увеличить количество добываемого угля.

55 Формула изобретения

Способ контроля выбросоопасности при выемке угля, включающий непрерывное измерение тепмературы на свеже91308770

обнаженной поверхности забоя за исполнительным органом выемочного механизма в процессе его продвиоп

гания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, непрерывно измеряют температуру поверхности забоя перед исполнительным органом t и температуру в области исполнительного органа tu,.o,

////////

0

10

определяют отношение разностей ( (t. - t) и скорость

ние отношений указанных разностей свидетельствует о выбросоопасной зоне, причем начало выбросоопасной зоны пласта определяют по увеличению, а конец - по уменьшению скорости изменения отношения разностей.

Изобретение относится к технике безопасности в горной промьшшенности. 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 свежеобнаженной поверхности забоя t за исполнительным органом выемочного комбайна, температуру в области исполнительного органа t.o и температуру поверхности забоя перед исполнительным органом t. Затем непрерывно и одновременно определяют разность температур в области исполнительного органа и на свежеобнаженной поверхности забоя (t - ) и разность температур в области исполнительнрго органа и поверхности забоя перед исполнительным органом (tj - t ). Определяют величину отношения разностей (. - )/(t., - t), по которой судят о степени выбросоопасности пласта. Непрерывно определяют скорость изменения отношения разностей (t.o - )/(Ч.о - tj начало выб- росоопасной зоны пласта определяют . по увеличению, а конец - по уменьше-- нию скорости изменения отношения разностей. 1 ил. I сл 00 о СХ)

Редактор А. Шандор

Составитель И. Назаркина

Техред В.Кадар Корректор Н. Король

Заказ 1784/29Тираж 4 30Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4