Способ взрывозащиты электрооборудования Советский патент 1992 года по МПК E21F9/00 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для безопасного ведения работ на выбросоопасных пластах.

Известен способ взрывозащиты электрооборудования, заключающийся в том. что контролируют концентрацию метана и при достижении ею определенного значения, соответствующего уставке срабатывания датчика, подают сигнал на отключение электроэнергии.

Основным недостатком известного способа является то, что он не реагирует на признаки, характеризующие внезапный выброс в начальной стадии. Следовательно. аспи в результате внезапного выброса не произойдет короткого замыкания вследствие повреждения электрооборудования, аппаратура быстродействующего защитного отключения не отреагирует и электрооборудование не будет отключено. Между тем. интенсивное выделение газа вызовет быстрое загазирование электроборудования. что может привести к взрыву при функционировании последнего.

Известен способ взрывозащиты. заключающийся в том, что контролируют сейсмическую активность горного массива как параметр выбросоопасности и отключают электрооборудование при превышении ею заданного значения. Электрооборудование отключают с выдержкой времени, равной времени затухания возмущений, вызванных проведением взрывных работ.

Недостатком известного способа, взятого в качестве прототипа, является низкая надежность вследствие ложных отключений, обусловленных, помимо импульсного воздействия взрывных работ влиянием других помех. К ним относятся импульсы упругих колебаний, возникающие при осадке кровли, выполнении горных работ, связанных с механическими ударами вблизи сейсмоприемника, и т.п. Кроме того, анализ сейсмической активности массива в забоях выбросоопасных пластов некоторых шахт показал, что большое количество выбросов вообще не сопровождается увеличением количества импульсов до критического уровня.

Целью изобретения является повышение эффективности способа за счет селекции упругих колебаний начальной стадии выброса.

Поставленная цель достигается тем, что в способе взрывозащиты электрооборудования, заключающемся в том, что регистрирую,т сейсмический сигцал в горной выработке, сравнивают его параметры с заданными и при их превышении формируют сигнал на отключение электрооборудования, сейсмический сигнал регистрируют в полосе н. частот одновременно ие менее чем от двух сейсмоприемников, которые установлены друг от друга на расстоянии, кратном длине волны, а сигнал на отключение формируют при условии превышения амплитудой сейсмических сигналов заданной величины не менее чем на двух сейсмоприемникак, при росте амплитуд не менее чем. в трех периодах и совпадения фаз сигналов от разных сейсмоприемникоа после их смещения на расчетную величину одна относительно другой.

На фиг, 1 приведены низкочастотные части спектров сейсмических колебаний, возникающих при работе механизмов а горных выработках, до выброса(кривая 1) и а начальной стадии выброса (кривая 2); на фиг. 2 - фрагменты сейсмограмм сигнала в 11изкочастотном .диапазоне .при работающих в лаве механизмах (кривая 1) и начальной стадии вы.броса (кривая 2); на фиг. 3 схема осуществления способа. На фиг. 3 изображена подготовительная выработка 1, пройденная в горном массиве, добыча угля идет в лаве 2, в которой наиболее опасным по выбросам я зляется участок i, прилегающий к сопряжению лавы 2 с горной выработкой 1, На удалении L от этого участка раз ащены сейсмоприемники 3 (СП Т и СП 2), которые подключены к устройству 4, осуществляющему анализ сигналов от г.ейсмоприемников и формирующему импульс

для устройства 5, которое отключает электрооборудование б и оповещает подземные и наземные службы о начале выброса.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительно определяют параметры системы регистрации и выделения сейсмосигнала для конкретно,й лавы. К ним относятся: рабочая частота fp, расстояние между сейсМоприемниками d, смещение фаД t упругих колебаний (сдвиг фаз), воспринимаемых сейсмоприемниеками, длина I участка лавы, расстояние L от забоя до места крепления сейсмоприемников.

Рабочую частоту fp выбирают одним из двух способов.

Первый заключается в том, что проводят специальные экспериментальные работы; регистрируют и анализируют сейсмический сигнал, возникающий при проведении взрывных работ. Если, например, горную выработку проходят, используя буровзрывные работы, то на расстоянии 150-200 м от забоя устанавливают сейсмоприемник, который подключают к системе типа ЗУА-б передачи сигнала на поверхность или к шахтному магнитному регистратору типа РАМШ. Затем сейсмический сигнал от взрыва обрабатывают при помощи,слектроанализатора или с применением быстрого преобразования Фурье на ПП Э8М. В результате выделяют максимумы амплитуд в диапазоне частот 3-45 Гц и в пределах наибольшего из них выделяют полосу шириной 5-10 Гц, середину которой принимают за рабочую частоту fp.

Второй способ выбора рабочей частоты заключается в том, что используют результаты измерений а соседних горных выработках, из других шахтопластах или принимают ее равной 35 Гц при ширине полосы пропускания 15-50 Гц. Как показали исследования (фиг. 1), в этот интервал всегда попадает не менее одной резонансной частоты.

Для определения расстояния d необходимо уточнить скорость V распространения упруП.1Х волн. Это делают одним из известных , способов. Например, на расстоянии 150-200 м от забоя, где ведут взрывные работы, закрепляют два сейсмоприемника на расстоянии 2040 м один от другого и измеряют разность времен прихода волн при взрыве или импульсном возбум дении. Скорость распространения упругих волн может быть определена при помощи шахтных сейсморазведочных станций, например LLICC-1 или 2ШАИ-3. Расстояние d вычисляют по формуле

с,.,0) где К- - коэффициент, принимающий значения 1.0; 0.50; 0,25; 0.125. Значение К выбирают исходя из конкретных условий и величины рабочей частоты. Так, например, при рабочей частоте 20 Гц и скорости распространения волн 2400 м/с длина волны будет равна 120м. Крепление сейсмоприемников на таком расстоянии один от другого вызовет технические неудобства, кроме того, такое расстояние соизмеримо с обл- ими параметрами системы, а в ряде случаев - с длиной подготовительной горной выработки. Коэффициент К необходимо выбирать таким, чтобы величина d не превышала 3040 м. В приведенном примере К необходимо принять равным 0,25, Исходя из вычисленных размеров d определяют сдвиг фа:з .(2) Тр где fp - выбранная рабочая частота. Сдвиг по фазе устанавливают на устройстве 4. анализирующем сейсмический сигнал и вырабатывающем сигнал на .отключение электроборудования и оповещение персонала. Расстояние от забоя L, на котором размещают сейсмоприемники 3 (центр отрезка d), определяют из соотношения где I - длина участка лавы, на котором вероятность выбросов угля и газа наибольшая. Этот участок, как правило, прилегает к подготовительной горной выработке. Если выбросы равновероятны по всей длине лавы, то I равно длине лавы. Если эта длина велика настолько, что .оказывается больше длины подготовительной выработки, то устанавливают две системы в двух подготови тельных выработках по обе стороны от лавы. Коэффициент 0,54 получен из расчета, что система выделения сейсмического сигнала в начальной стадии выброса будет эффективно работать в секторе, ограниченном лучами ±а , при максимальной величине а 15°, Этот угол вносит искажения в длину волны (около 20%) при проходе ее от самого края участка I, что является допустимой расфазировкой в устройстве 4. Кроме того, величина L, определенная по формуле (3), должна быть больше длины волны на рабочейчастоте и больше (5-7)d. Это условие необходимо для ;гого, чтобы .источник был достаточно удален по отношению к приемному блоку и затухание волн на других сейсмоприемниках относительно первого было небольшим. Определив по приведенным формулам параметры системы, на расстоянии L от забоя в массиве горных пород размещают не менее двух сейсмоприемников с шагом, равным d. Сейсмоприемники 3 размещают на линии, проходящей через середину участка I, на котором выбросы угля и газа наиболее вероятны. Каждый из сейсмоприемников подключают к соответствующему каналу устройства 4. Последнее состоит из предварительного усилителя, полосового фильтра низких частот(5-50 Гц), индикатора среднего значения амйтитуды в заданном временном окне, фазового сместителя, блока сравнения амплитуд с пороговым уровнем от разных сейсмоприемников, блока подачи управляющего сигнала наустройстSO 5, отключающее электрооборудование и оповещающее персонал с выбросе. В устройстве 4 сигнал от каждого сейсмоприемника усиливается. Затем осуществляют полосовую фильтрацию, выделяя рабочую частоту fp. Сигнал от двух сейсмоприемников сравнивают по фазе и амплитуде, п 1едварительно сместив на At сигнал от первого сейсмоприемника относительно второго, на 2 А t - относительно третьего и т.д. Если смещенный по фазе сигнал от первого сейсмоприемника совпадает с сигналом от второго и оба сигнала превосходят некий пороговый уровень, а амплитуда каждого последующего периода не меньше предыдущей, то после выделения трех подряд таких периодов устройство 4 вырабатывает сигнал и подает его на отключающее устройство 5. которое и обесточивает электрооборудование 6. Для определения порогового уровня срабатывания системы можно, например, электрический сигнал от ближнего к лаве сейсмоприемника после усиления и полосовой фильтрации на рабочей частоте проанализировать при помощи индикатора среднего значения в двух-трех сменах при работе всех механизмов в лаве. Утроенное значение средней величины сигнала принимают за пороговый уровень срабатывания системы для всех сейсмоприемников, В качестве примера на фиг. 2 приведен фрагмент(0,5 с) записи сейсмического сигнала от работающих механизмов в лаве и в начальной стадии выброса. Для конкретных условий определен пороговый уровень срабатывания системы АО. Управляющий сигнал подается не только на устройство 5, но и на систему оповещения рабочих и диспетчера на дневной поверхности. Если, например, необходимо обеспечить отключение электрооборудования в лаве длиной 200 м, то целесообразно

разместить две системы в двух подготовительных горных выработках.,В этом случае участок вероятного возникновения выброса I 100 м, а удаление места крепления сейсмоприемника будет не менее 200 м. Если регистрирующая система ориентирована на выделение сигнала частотой 40 Гц, то длина волны будет А- V/40, где v - скорость распространения наиболее интенсивных волн в массиве. Из опыта ведения шахтной сейсморазведки известно, что скорость распространения таких волн лежит в пределах 1700-2500 м/с. Если скорость распространения волн 2000 м/с, то А 50 м. Приняв в формуле (1) К 0.5, расстояние между сейсмоприемникаМи СП1 и СП2 - 25 м, и вычисляют At и вводят в блок корректоры фазы с тем, чтобы обеспечить синфазность сравниваемых сигналов на СП1 и СП2.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом имеет следующ1 е технические преимущества: обеспечивается отключение электрооборудования на р.аиних стадиях выброса; исключаются ложные срабатывания устройства; своевременно оповещаются рабочие о начале выброса.

Формула изобретения Способ взрывозащиты электрооборудования) заключающийся в регистрации сейсмического сигнала в горнбй выработке, сравнении его параметров с заданными и при их превышении формировании сигнала на отключение электрооборудования, о тличающий ся тем, что,,с целью повышения эффективности за счет селекции упругих колебаний начальной стадии выброса, сейсмический сигнал регистрируют в полосе низких частот одновременно не

менее чем от двух сейсмоприемников, которые установлены друг от друга на расстоянии, кратном длине волны, а сигналы на отключение формируют при условии превышения амплитуд сейсмических сигналов заданной величины не менее чем на двух сейсмоприемниках, при росте амплитуд не менее чем в трех периодах, и совпадения фаз сигналов от разных сейсмоприемников после их смещения на расчетную величину

относительно друг друга.

Изобретение относится к средствам взрывозащмты электрооборудования, предназначенного для работы во взрывоопасных производствах и помещениях, например на выбросоопасных пластах угольных шахт. Цель - повышение эффективности за счет селекции упругих колебаний начальной стадии выброса. Сейсмический сигнал регистрируют в полосе низких частот одновременно не менее чем от двух сейс- моприемников, которые установлены один от другого на расстоянии, кратном длине волны. Выделяют амплитуду сигнала и его фазу от разных сейсмоприемников. Электроэнергию отключают при превышении амплитудами сейсмического сигнала порогового уровня не менее чем в трех' периодах .если амплитуда предыдущего и фазы сигналов от разных сейсмоприемников совпадают после их смещения на расчетную величину относительно друг друга. 3 ил.

АЛ

ум.е

80 706050Сизого 0

0 20 50 0 F,ru, Фиг. f

1 | ЛА/ Д/ л/ ДЛ АлдД/ у/л

ШО 200 500 400 500 Фиг. 2