Способ сигнализации о силикозности пыли в шахтной атмосфере Советский патент 1992 года по МПК E21F17/18 

Поставленная цель достигается тем, что в способе сигнализации о силикозности пыли в шахтной атмосфере инфракрасным излучением просвечивают контролируемый объем шахтной атмосферы, интенсивности 11 и la регистрируют в диапазонах длин волн около 13,1 и 12 мкм после прохождения инфракрасного излучения через контролируемый объем шахтной атмосферы, а о силикозности пыли сигнализируют по величине отношения fnte/fnh.

На фиг. 1 приведены зависимости коэффициентов ослабления инфракрасного излучения угольной Пу, породной Пп и силикозной Пс пыли от длины волны излучения; на фиг. 2 - зависимости отношения логарифмов интенсивностей прошедшего контролируемый объем шахтной атмосферы инфракрасного излучения в двух диапазонах длин волн l nl2/tVili от силикозности пыли S при отсутствии породной пыли (1), при равных концентрациях угольной и породной пыли (2), при отсутствии угольной пыли

(3).

Способ осуществляют следующим образом.

Зависимость интенсивности h прошедшего контролируемый объем шахтной атмосферы монохроматического инфракрасного излучения на длине волны 13,1 мкм от концентраций угольной Су, породной Сп и силикозной Сс пыли согласно закону Лам- берта-Бугера-Бера имеет вид

И 101 ехр (-СуКу - СпКпГ- СсКсГ). (1) где loi - интенсивность падающего на контролируемый объем шахтной атмосферы мо- нохроматического инфракрасного излучения;

I - толщина контролируемого объема шахтной атмосферы, равная 1 м;

Ку, Кп и Кс - коэффициенты экстинкции соответственно угольной, породной и силикозной пыли на длине волны 13,1 мкм.

Зависимость интенсивности la инфракрасного излучения на длине волны 12 мкм запишется аналогично

12 loaexp (-CyKy K- CnKn t1- CcKc fy (2) где 1о2 - интенсивность падающего на контролируемый объем шахтной атмосферы монохроматического инфракрасного излучения;

Ку , Кп и Кс - коэффициенты экстинкции соответственно угольной, породной и силикозной пыли на длине волны 12 мкм.

Прологарифмировав выражения (1) и (2), а затем разделив (2) на (1), получим

tn I2

Ky i L/C

(3)

in И Су Ку + Сп Кп + Сс Кс

На практике чаще всего используют

дифференциальные схемы измерения ин

принята упрощенная запись

тенсивностей инфракрасного излучения. На выходе таких схем формируется сигнал отношения выходной интенсивности к входной. Поэтому в выражении (3) вместо

5 Гп (I2/I02)

In(h/loi)

I nla/J nh. Из выражения (3) видно, что при увеличении общей концентрации пыли в N раз соответственно в N раз увеличиваются

10 концентрации угольной, породной и силикозной пыли. Отношение tnl2/Jnli при этом остается постоянным.

При неизменной концентрации Сс силикозной пыли и изменении соотношения

15 между угольной Су и породной Сп пылью отношение Enl2/tnh будет изменяться незначительно, так как две длины волны инфракрасного излучения выбраны таким образом, что коэффициенты экстинкции Ку

20 и Ку угольной пыли на этих длинах волн приблизительно равны между собой и коэффициенты экстинкции Кп и Кп породной пыли также незначительно отличаются друг от друга. С другой стороны, изменение концен25 трации силикозной пыли Сс в общей концентрации пыли будет вызывать существенные изменения отношения fn/12/l nli, так как коэффициент экстинкции на длине волны 13,1 мкм Кс меньше коэффициента экстинкции

30 на длине волны 12 мкм Кс для силикозной пыли. Коэффициенты экстинкции определяются по коэффициентам ослабления инфракрасного излучения соответствующей пыли

35Ki (fn(1-ni/100))/Cr,(4)

где П| - коэффициент ослабления пылью инфракрасного излучения (фиг. 1);

С 4,51 г/м - концентрация пыли, при которой производились эксперименталь40 ные измерения коэффициентов ослабления; f 1 м - толщина контролируемого объема шахтной атмосферы.

Силикозность пыли в шахтной атмосфере определяется процентным содержанием

45 свободной двуокиси кремния Si02 в пыли. С достаточной верностью допущения для силикозности пыли в шахтной атмосфере можно записать

50S - 7rxehrr- ° 8 (5)

Су т Сп г Сс где Сс - концентрация силикозной пыли, в которой содержится 80% свободной двуокиси кремния 5Ю2 по эксперименту.

Для нахождения однозначной зависи- 55 мости между отношением Jri /Tnli и сили- козностью пыли S принимаем, что . Найдя из (5) Сс и подставив ее в (3), имеем

Enl2(0.8-S)(Ky +Kn )+2SKc ,, Fnh (0,8-S)(Ky + Kn)+2SKc lbj

Для нахождения максимальной погрешности определения силикозности пыли S по величине отношения fnla/fnli определим аналитические зависимости Inl2/fnli от S при Су О

Сс 0,8 ;

Сп + Сг In 12 (0,8 - S) Кп + S Kc thli (0,8-S)Kn +SKC

(7) (8)

аналогично при Сп О S Сс 0,8;

(9)

(10)

Су +СС

Cn I2 (0.8 - S) Ку + S Кс En И (0,8-S)Ky + SKC На фиг. 2 приведены зависимости отношения fnl2/fnli от силикозности пыли S, Зависимость 1 соответствует случаю отсутствия породной пыли Сп О согласно (10), зависимость 2 - случаю среднего перераспределения угольной и породной пыли, т.е. Су Сп, согласно (6), зависимость 3 - случаю отсутствия угольной пыли Су 0 согласно (8). Из фиг. 2 видно, что максимальная погрешность способа приходится на малые, до 30%, концентрации содержания SiOa. В том случае, когда концентрации содержания SiOa достигают опасных пределов свыше 30%, погрешность способа не превышает 3% содержания SI02.

Для реализации способа контролируемый объем шахтной атмосферы просвечивают инфракрасным излучением, регистрируют интенсивности прошедшего контролируемый объем инфракрасного излучения Н и 2 в двух диапазонах длин волн

13,1 мкм и 12 мкм, определяют отношение логарифмов интенсивностей fril2/fnli инфракрасного излучения, по величине отношения fnl2/Enh судят о силикозности пыли в

5 шахтной атмосфере.

Техническими преимуществами предлагаемого способа по сравнению с известным являются увеличение экспрессности (в базовом объекте время измерения и анали10 за составляет около 80 ч, в изобретении - 1 с) и устранение ручного труда (в базовом объекте установка фильтра в заборщик воздуха, забор воздуха, извлечение фильтра, снятие пылевой пробы производятся вручную, а

15 анализ пыли на силикозность производится при помощи инфракрасного спектрометра).

Формула изобретения

20 Способ сигнализации о силикозности пыли в шахтной атмосфере, включающий регистрацию интенсивностей в двух диапазонах длин волн И и 2 инфракрасного излучения, отличающийся тем, что, с целью

25 повышения точности за счет уменьшения влияний флуктуации общего содержания пыли в шахтной атмосфере и перераспределения угольной и породной пыли, инфракрасным излучением просвечивают

30 контролируемый объем шахтной атмосферы, интенсивности Н и h регистрируют в диапазонах длин волн около 13,1 и 12 мкм после прохождения инфракрасного излучения через контролируемый объем шахтной

35 атмосферы, а о силикозности пыли сигнализируют по величине отношения Inl2/Pnh.

Ч

7 8 3 10 (( 1 в V 15 16 17 ( П X 31 3 ЪЬ У 35 36 3/ b «,3 Ф 76) 7ГГ7вП П П$ й V 33 з ЛЗ 303 2У, 2,№ JS П ДО

&,

40

о/,

03

СИ

(Due 2

I.O S