Датчик контроля скрытой границы уголь - порода Советский патент 1991 года по МПК E21C35/24 G05G5/00 

Изобретение относится к устройствам дли автоматического вождения угледобывающих машин по гипсометрии пласта.

Цель изобретения - расширение требуемого диапазона нечувствительности к колебаниям воздушного зазора на угледобывающих машинах различного типа при сохранении минимальных габаритов датчика.

На фиг. 1 приведены датчик, общий вид и разрез пачки угля и породы под ним; на фиг. 2 сечение А -А на фиг 1; на фиг. 3 - экспериментальные зависимости, поясняющие принцип компенсации влияния воздушного зазора в «атчике, предназначенном для установки на шнек комбайна; на фиг. 4 - то же, в датчике, предназначенном для установки в секции крепи агрегата; на фиг. 5 - экспериментальные зависимости изменения выходного сигнала датчика в отсутствие фильтра; на фиг. 6 - выходные характеристики датчика для агрегатов; на фиг. 7 - то же;для комбайнов.

Датчик состоит из стального корпуса 1, источника 2 гамма-излучения, детектора 3, окна 4 под детектором 3, фильтра 5, котолый

жг

ю

ирпмо.ло::: ::; и окна 4 между контролируемой rK i-.4.. ; ;i ос г ыо уголь-порода и детектором 3. Фильтр 5 имеет ширину, равную окна -л под детектором. Между про- ч-шололожиымм сторонами окна пс линии ;- т::;:;: и:.: имлучания - детектор и фильтром ...:.:;:-; :ы щели; ближняя к источнику и.-вль о плоиищью Si и дальняя от источника щаль 7 гь .ощадью S2.

Датчж вмонтирован в узел 8 горной ашг ны таким образом, что расстояние от рабочем поверхности датчика до- почзы

1 КООиЛ1 ;1П ;СТЗ роняется НОМКИЙЛ ЬНОРЛУ

юлдуц-Н, ). :;у;:.:ору Поз 9, величина которого уь-бир- тсп а зависимости от объекта авто- м-.п. г ац-IK (комбайн, агрегат). При устакоз- ;,е аз -i x, например, в секциях крепи с.грогйТ:-. u.-j личину fins выбираютs прс целзя 5-15 :v:.; ш;я исключения влияния заштыбоо- и, ;- пг М уегзницке мз шнеке комбайна в :I-,;:.,T,,T;,:/:. ;i,; ыод зти пределы должны быть

О ЫШлИМ НУ СрЯДОК С (ДвЛЫС /К-КЛЮЧвНИЯ

iox.Mt-U i iec: :- :.-: повреждений датчика в про(;;-О угля,

pacc i OfiHna I 10 между детеи- г:::;;;;1- г о: -;ом г-ыббфается в зависимости от ;: кз е -: :м р;лчика и равна 5 ми &слм дат :; И:: г4.;г :;-:;аанз-чеи для агрегатов, и 15 ми, гаг:;; а:;тч:лк предназначен для ко озйноз,

i-iFjora датчика осуществляется еяэду- .ji.;ii,5M образом,

S-NS-M;Oлучение от источнике 2 НР ;Сй---. ;.:..-|- КОНТрОЛЙруЗМУЮ ПОЕбОХНОСТЬ

/-(;;:::-:; :;:;ли, Обратно рассеянное гамма- ..ji:y- .,;; рогистрмруетг.я дэтектором 3. .:-:ч-/ к :ть региструфу мо О ::.:;л; ;-/,ерой толщины уголы-юй па-.ки i

... С ;,О... 10СЛЗДН8Й,

bj;sroi.:,;:v;5 .данной конструкции датчики

i с я в л я у .ч; v; ь с s и о ж несть м и s- и м а л ь н о yjv;e;-;:f .iv-. ь г-гбаи гь и использовать его Ses передел:;н корпуса :-;зк для автоматизации ;и} -о:;йг:оь, так ,цля автоматизации агрегатов.

HIРкс-iv fi: iu позможное расстояние ежду исто -П -ихом излучения и детектором, спределгнощее габариты датчика, зависит . даиног- i чаа только от толщяны материа- fis корпуса датчика между источником чения и детектором, необходимого для поглощения прямого излучения источника. В pe™:.r;S.-r-;- .S :о;-;.;трукцпи датчике при актив- юсптг ион:чг;йхз гзимз-излучеиия 220 мКи рздиону-:лнд умармций 241, энергия 60 ; .зв}то;гщу на ,-.-т,-.атериала (сталь) корпуса дзт- -;ика -;0 ;;г;-л/ источникам излучения и детектором рн; ч;.-;. РЗ ;,

i jj iii. «л «ятериал фильтра выбирают такими. чтпбь; (рзтиость ослабления фильтром обрят.j рассеянного гамма-излучения

лежала в пределах 10 К 20. Тогда из формулы (ы/эс1) определяют материал и требуемую толщину фильтра.

Интенсивность излучения, приходящего на детектор через щель 6, пздзет с ростом воздушного зазора в диапазоне hBsi Вз2 (фиг. 3 и 4, кривая 1, а интенсивность излучения через щель 7 возрастает, кривая 2). Если площади щелей выбраны из условия

с S3 ;-S.l „

0 - si :, то суммарная, регистриру5

0

емая детектором интенсивность (кривая 3), не зависит от воздушного зазора в диапазоне heal - Паз2.

Видно, что кривая 1 имеет инверсионный характер, Инверсия объясняется тем, что при малых воздушных зазорах интенсивность .излучения, регистрируемая детектором, растет за счет увеличения зоны взаимной видимости источник -детектор в рассеивающей среде уголь - порода до величины . а затем падает за счет увеличения расстояния между детектором и рассеивающей излучение средой.

Положение точки инверсии на кривой 1 относительно оси абсцисс hB3 определяет нижний предел ИВз1 требуемого диапазона нечувствительности к колебаниям воздушного зазора, так как левее точки инверсии суммарная, регистрируемая детектором, интенсивность (кривая 3) резко падает и датчик становится чувствительным к колебаниям воздушного зазора.

В данном датчике (без изменения его габаритов) положение точки инверсии выбирается изменением расстояния I 10 между детектором и окном с фильтром.

Из экспериментальных зависимостей, приведенных на фиг. 5, видно, что при величине 5 мм точка инверсии приходится на им. а при мм - на мм, что соответствует требуемым значениям нижнего предела диапазона нечувствительности : . колебйниям воздушного зазора для устанавливаемых на агрегате и

Установив расстояние i 10 между детектором v окном, равное 5 или 15 мм в зависимости от типа датчика, приступают к выбору толщи к ч; фильтра и площади ближней л дальней щелей. Поскольку длины ближней 6 и дйпьней 7 щелей заданы поперечными рэзмерлр/iM окна А под детектором, то изменение их площадей можно осущестзить изменением ширины щелей.

Методика выбора толщины фильтра, шмрииы ближней и дальней щелей следующая.

Пусть необходимо обеспечить нечувствительность датчика к колебаниям воздушного зазора в пределах от hB3i до hBs2.

1.Датчик настраивают на модели, имитирующей двухслойную среду уголь - порода и состоящей из графитовых плич переменной толщины плотностью р 1,6 г/см3 и бетонного блока плотностью р 2,2 г/см . Толщину графитовой плиты над породой устанавливают равной половине диапазона измерения толщины угольной пачки соответствующим датчиком порода - уголь. При использовании в качестве источника излучения америция-241 с энергией 60 кэВ толщину графитовой плиты над породой устанавливают разной 20 мм.

2.Датчик порода - уголь размещают над двухслойной средой с воздушным зазором hB3i. Окно под детектором закрывают стальным фильтром переменной толщины, обеспечивая наличие только дальней от источника щели. Снимают зависимости скорости счета детектора от величина воздушного зазора ng f(hB3) при различной толщине фильтра и ширине дальней щели. Увеличивая толщину фильтра, добиваются, чтобы точка инверсии на зависимости ng 1(ЬВз) приходилась на значение величины воздушного зазора не менее, чем ЬВз2. При использовании источника из америция-241 толщину стального фильтра варьируют от 1 до 7 мм. Для датчиков, устанавливаемых на агрегате и комбайне, величина паз2 равна соответственно 60 и 120 мм. При этом выбранная экспериментально толщина стального фильтра равна соответственно 2,5 и 5 мм.

2.1. Установив под детектором фильтр выбранной толщины, снимают зависимости скорости счета от величины воздушного зазора (hB3) при различной ширине дальней щели, которую увеличивают до тех пор, пока точка инверсии на зависимости ng Япвз) не смещается в область hB3 ЬВ32. Практически достаточно иметь семь зависимостей вида (hB3) при изменении ширины дальней щели от 2 до 14 мм, снятых через каждые 2 мм.

3.Выбрав толщину стального фильтра по п.2 и получив серию зависимостей по п.2.1, переходят к выбору ширины ближней щели.

3.1. Датчик порода - уголь размещают над двухслойной средой уголь - порода с воздушным зазором пвз1. Окно под детектором закрывают стальным фильтром, обеспечивая наличие только ближней к источнику щели определенной ширины. Кроме того, под стальным фильтром устанавливают

вплотную к нему свинцовую пластину тол-- щиной 10 мм, в которой также имеется только ближняя к источнику щель такой же ширины как и в стальном фильтре. Снимают

зависимость скорости счета детектора oi величины воздушного зазора .) при различной ширине ближней Зависимость Пб(пвз) имеет инверсионный характер (кривая 1 на фиг. 3 и 4). Ширину ближней

щели увеличивают до тех пор, пока имеет место падающий характер зааисммости (hB3) s диапазоне изменения воздушного зазорз от пвз1 до Ьвз2. Практически достаточно иметь семь зависимостей виде

(hBs) при изменении ширины ближней щелч or 1 до 7 мм, снятых через каждый 1 мм.

3.2.Окно под детектором полностью закрывают стальным фильтром. Под стальным

фильтром устанавливают свинцовую пластину по п. 3,1. Снимают зависимости скорости счета детектора от величины воздушного зазора пб+ф-f (паз) при различной ширине ближней к источнику щели в

свинце, ширина которой устанавливается каждый раз такой же, как в п. 3.1. В результате получают семь зависимостей вида (Ьвз) при изменении ширины ближней ширины ближней щели в свинце от 1 до

7 мм, снятых через каждый 1 мм.

3.3.Используя зависимости по п. 3.1 и 3.2, вычитая их ординаты, строят семь зависимостей вида ne - пб+ф f(has).

4. Из серии возрастающих зависимостей по п. 2.1 и серии убывающих зависимостей по п. 3.3, выбирают две такие, при сложении ординат которых получают зависимость rig + (пб-Пб+ф) -const при изменении воздушного зазора от hB3i до пВЭ2 (кривая 3

на фиг. 3 и 4). Ширина ближней и дальней щелей однозначно определяется выбранными зависимостями, так как каждая зависимость з серий получена при определенном значении ширины ближней или дальней щели.

На основании указанного разработан датчик контроля скрытой границы уголь - порода, имеющий габариты 112x62x65 мм, источник излучения - америций 241 актмвностью 220 мКи и детектор излучения из семи малогабаритных, параллельно установленных счетчиков СБМ-21.

Для датчика, устанавливаемого в секции крепи агрегата, параметры следующие:

толщина стального фильтра 2,5 мм; ширина и площадь ближней щели соответственно 3 мм и 156 мм2; ширина и площадь дальней щели соответственно 62 мм и 322,4 мм ; расстояние между детектором и окном 5 мм.

Для датчика, устанавливаемого на шнек комбайна, параметры следующие: толщина стального фильтра 5 мм; ширина и площадь ближней щели соответственно 4,3 мм и

fj

223,6 мм ; ширина и площадь дальней щели соответственно 10 мм и 520 мм ; расстояние между детектором и окном 15 мм.

Выходные характеристики датчика, устанавливаемого в секции крепи агрегата, приведены на фиг.6, а датчика, устанавливаемого на шнек комбайна, - на фиг.7, Цифры у кризых обозначают в миллиметрах толщину угольной пачки над породой. Видно, что скорость счета п практически постоянна в пределах п ±о, где cr - vf при изменении воздушного зазора от ЬВз1 до МВз2Для исключения заштыбовки детектора через щели в фильтре, перед установкой датчика на конкретную угледобывающую машину, окно под детектором и детектор заливают, например эпоксидным компаундом.

Данный малогабаритный датчик контроля скрытой границы уголь - порода является универсальным и может быть использован для автоматизации агрегатов фронтального действия, комбайнов любого типоразмера, агрегатов для камерной выем- ки и т.п., работающих с выемкой пласта на полную мощность.

Формула изобретения Датчик контроля скрытой границы уголь порода по авт.св. № 684952, о т л и ч а ю - щ и и с я тем, что, с целью расширения требуемого диапазона нечувствительности к колебаниям воздушного зазора на угледобывающих машинах различного типа при

сохранении минимальных габаритов датчика, детектор установлен над окном с фильтром на расстоянии, которое не превышает величину требуемого минимального воздушного зазора, а расстояние между источником излучения и центром детектора больше или равно толщине материала корпуса датчика между источником и детектором, но не превышает требуемой величины максимального воздушного зазора.

Изобретение предназначено для автоматического вождения угледобывающих машин по гипсометрии пласта. Цель изобретения - расширение требуемого диапазона нечувствительности к колебаниям- воздушного зазора на угледобывающих машинах различного типа прч сохранении минимальных габаритов датчика. Для згого детектор установлен над окном с фильтром нз расстоянии, которое не преаышао тре- 6ye.tOio (-и-низального гоодуц ного зазора. Раистоп V, между источником измерения и центром детектора больше или равно толщине материала корпуса датчика между ис- точн ПхОг--. и детектором, но не превышает требуемой величины максимального воздушного зазора. В окне 4 между контролируемой повеохностью уголь-порода и детектором 3 расположен фильтр 5. Его ширина равна ширине окна 4. Между противо- поло;«ны1 /,- сторонами скнз 4 по линии источи :, «злучения - детектор и фильтром 5образоззны щели: ближняя к источнику 2 щель 6 площадью Si и дальняя от источника 2 щель 7 площадью S2. Детектор 3 регистрирует излучаемое источником 2 гамма-излучение интенсивность которого является мерой толщины угольной пачки и растет с ростом последней. Поскольку длина щелей 6и 7 задана поперечными размерами окна 4 под детектооом, изменение их площадей можно осуществить изменением ширины щелей. 7 ил и iL.

7

Ш

4 (риг. г

фаг. 1

Ш

WQ

200

1501

1001

501

Ю 20 30 40 50 60 .

hQftff

90 100 110 ПО

0зг

woa

15001QO&

ЖН

10 20 Jtf 40 Ид 60

Фиг. 5

25

200Ч

I

1001

50 40

83i

20 -50 W 50 6$ fyfyiMH

i фиг

д

Of

С

83

N

ъ

«Q

fv

С

; сз ,.„,

4-Q

i

N

«li

cs

«V,

4

«5