Способ контроля за самонагреванием угля Советский патент 1993 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горному делу, в частности к методу контроля за ранними стадиями самонагревания угля в пожароопасных зонах выработанного пространства, штабелях и скоплениях угля.

Целью изобретения является повышение эффективности измерения температуры угля.

Указанная цель достигается переходом от термоэлектрического к ультразвуковому способу контроля. Экспериментальными исследованиями установлено, что скорость ультразвука в воде линейно зависит от ее температуры.

Способ иллюстрирован фиг. 1-4.

В таблице приведены данные определения температуры угля по скорости ультразвука в воде,

В металлическую трубу с водой 1 (фиг. 1), находящуюся в разрыхленной массе угля 2,

посылается ультразвуковой импульс от генератора измерительного узла 3 через излучатель 4. Этот импульс, пройдя путь излучатель - вода - отражающая стенка - приемник 5, фиксируется осциллографом, на котором определяют время г прохождения сигнала. По известному временит, зная длину трубы L, определяют скорость ультра2 L звука v ----. По заранее составленной

€

тарировочной таблице 6, 7, находят температуру воды, соответствующую данной скорости ультразвука, а значит, и температуру угля. В качестве измерительных узлов (фиг.2) могут быть использованы;

приборы УЗИС-6, УЗИС-7П, ультразвуковые экспресс-анализаторы ЭАС, ЭАС-5, переконструированные для данных измерений (с уменьшенной базой - приемники и

00

тт&

О

ел ч

о

жА

излучатель располагаются рядом как у эхо- лота( или

газовые ультразвуковые термометры 8 (фиг.З), приспособленные для этих измерений (с уменьшенной базой, калибровкой масштаба амплитуд и переградуировкой для интересующего диапазона температур).

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: 1 -вода; 2 - импульсный генератор; 3 - излучатель; 4 - приемник ультразвука; 5 .- усилитель; 6 - электронный осциллоскоп; 7 - импульс ультразвуковых колебаний; 8 - провод для передачи контрольного импульса а) - схема, б - вид изобретения на экране электронного осциллоскопа (слева - контрольный импульс, амплитуда которого поддерживается неизменной, справа - импульс, прошедший через исследуемую среду): 1 - исходное положение; 2 - скорость увеличилась, импульс пришел раньше, 3 - скорость уменьшилась, импульс запоздал.

На фиг. 3 приняты следующие обозначения: 1 - излучатель, 2 - приемник, 3 - генератор, 4 - фазовращатель, 5 - усилитель мощности, 6 - усилитель, 7 - нормализатор, 8 -дискриминатор, 9 - нормализатор 10 - индикатор градуированный непосредственно в единицах температуры. Измерение сдвига фаз ведется на частоте 2 кГц.

Выбор конкретных параметров измерительной системы обусловлен:

1. Кавитацией, чистотой и состоянием жидкости;

2. Глубиной локации;

3. Пропусканием, отражением и звукоизоляцией;

4. Выбором измерительной жидкости:

5. Выбором типа излучателя.

1. Кавитация, чистота и состояние воды. Чтобы избежать кавитации при выборе частотного диапазона пользуются кривыми Эшэ (9). При этом учитывают, что для обычной водопроводной воды при нормальном атмосферном давлении кавитационная область лежит в интервале 32-47°С при частотах 0-15 кГц и кавитационные шумы в этом же интервале температур - при частотах 15-10 кГц (10), (11), Чтобы использовать более широкий диапазон частот 15-500 кГц, вместо обычной воды применяют дистиллированную, предварительно отстоявшуюся 2 дня после изготовления (12). Для измерений во всем частотном диапазоне 0-5000 кГц кавитационную прочность воды увеличивают в лабораторных условиях, подвергают ее кратковременному статическому сжатию - 1000 ат (13). При работе на частотах 15-150 кГц и выше с обычной водопроводной водой, насыщенной воздухом, чтобы избежать кавитации используют звуковые генераторы малой и средней мощности, развивающие звуковое давление не более 2.5 5 ат (14), (15). При работе с дистиллированной водой пользуются звуковыми генераторами, развивающими звуковое давление не более 6 ат (для воды сразу залитой в трубы после изготовления) и 18 ат(для отстоявшейся ди- стиллированной воды (16).

2. Глубина локации: а) близкая локация -1 3-5м.

б) дальняя локация (100 м и. более) - используют систему из труб, соединенных 5 друг с другом - фиг. 4а и б.

Способ соединения труб может быть как резьбовым, так и с помощью резиновых шлангов. При резьбовом .соединении не

0 должно быть воздушных промежутков между трубами (17). При соединении шлангами, кроме всего прочего должно еще соблюдаться идеальное согласование импедансов (17), когда m 1. (Отношение волнового сопротив5 ления материала к волновому сопротивлению воды). Для этого пробки Li изготовляют из материалов, волновое сопротивление которых близко к значению волнового сопротивления воды 1,5-106 Па -с/м).

0 з. Пропускание, отражение и звукоизоляция. Чтобы экран Li был акустически прозрачен для ультразвука - сигнал проходил через него без поглощения и отражения, толщину подбирают такой, чтобы

5 звукоизоляция, подсчитываемая по формуле (17):.

40

ГО-™2 )2 8ln2kx+ll L 4 гтгJ

где m - отношение волнового сопротивления/о С материала к волновому сопротивлению воды (рцСь) 1,5 -106 П- с/м);

k - волновое число;

х - толщина барьера Li, равнялась нулю 3 0. Это достигается, когда толщина Li кратна половине длины волны, т.е. kx 0,2л: , Зя ... Толщина отражающего

экрана выбирается такой, чтобы обеспечить максимальную изоляцию и отражение - толщина должна быть кратна нечетному числу

четвертей длины волны kx -n-: -Ј-

4. Измерительной жидкостью может быть не только вода, но и другие жидкости. Тогда все параметры для измерений и закономерности будут другие.

5. Тип излучателя для работы в широких диапазонах выбирают магнитострикционный или пьезоэлектрический. Использова- ние предлагаемого способа по сравнению с существующим обеспечивает следующие преимущества:

экономичность - отпадает необходимость в использовании термосопротивлений и проводов;

надежность, обусловленная исключением факторов влияющих на измерение при использовании прототипа;

автоматизация замеров.

0

Формула изобретения

Способ контроля за самонагреаанием угля, заключающийся в определении температуры угля, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и экономичности контроля в докритической области температур, температуру угля определяют по изменению скорости ультразвука в воде, находящейся в тепловом контакте с углем.

Продолжение таблицы

Использование: профилактика подземных пожаров, Сущность изобретения: трубы с водой устанавливают в шпуры, пробуренные в массив угля, или монтируют в пройденной в почве канавке и оставляют их в отработанном пространстве по мере подви- гания лавы. Приоткрытой разработке трубы с водой укладывают в штабелях. Определяют изменение скорости ультразвука в воде, находящейся в тепловом контакте с углем. Температуру угля устанавливают по изменению скорости ультразвука в воде, используя при этом тарировочную таблицу, составленную в лабораторных условиях.

9иг,1.

;

f A

/1Г

Фиг.2

Тиг.З.

f A

r

x /

X

ъг,

ёС.

8)

Я,

ЙС,

9мг. 4