Способ контроля скрытой границы порода-уголь Советский патент 1982 года по МПК E21C35/24 

(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ СКРЫТОЙ ГРАНИЦЫ

I

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов в горной промышленности, точнее к ос- . новным элементам систем автоматического управления положением угледобывающих машин в профиле угольного пласта.

Известен способ контроля границы порода-уголь, основанный на регистрации обратно рассеянного гамма-излучения искусственного изотопа, на основании которого созданы изотопные датчики контроля границы породауголь 1.

Однако применение изотопов в условиях очистного забоя создает опре- . деленные ограничения в использовании указанных устройств, связанные с необходимостью обеспечения биологической за1дит 1 от действия ядерного излучения.

Известен также способ контроля скрытой границы порода-уголь, основанный на регистрации естественного

jl u ur;;;:/- -i.. ,j I

.ТЕХгшдй/гля ПОРОДА-УГОЛЬ

-Б аЙЙУНМЛ

гамма-излучений угля и виещаю1ф1х и на отличии плотности потока реги стрируемого гамма-излучения от угля и от породы. В этом способе контроль границы пор эда-уголь осуще. ствляется путем регистрвцИи интегральной скорости cMeta гамма-квант ов, испускаемых породой почвы .кровп1. пласта и ослабляемых угольной пачкой. Контроль толи|ины угольной пачки оеуto{цествляется до 300 мм с максимальной дифференцирующей способностью, дос тигающей 0,5 (отношение регистрируемой скорости счета при угольной пачки 300 мм, соответствующей

«5 насыщению выходной характеристики датчика, к скорости счета регистрируемой йа породе h- 0) 21.

Однако довольно низкая дифферен20цирующая способность (т.е. малая крутизна зависимости п ()) не позволяет точно определять толщину угольной пачки. .. 39 Цель изобретения - повышение точности контроля скрытой границы порода-уголь в диапазоне толщин угольной пачки до 100 мм. Именно в этом диапазоне находится толщина угольной пачки, оставляемой в кровле угольного пласта или на почве, в про цессе управления угледобывающей машиной относительно профиля пласта. Здесь ошибка в измерении влечет за собой нарушение технологии добычи угля,, связанные с присечкой породы или оставлением пачки недопустимой толщины. Указанная цель достигается тем, что дополнительно выделяют импульсы. Ьвусловленньт гамма-квантами с энергией до 6О (N-j) и свыше 60 кэВ (), регистрируют скорости счета этих импульсов и по отношению определяют расстояние до скрытой границы порода-уголь. На фиг. 1 показаны зависимости ре гистрируемой детектором интенсивности излучения в различных диапазонах энедгий (кривые 1,2, 3) и отношения зависимостей, выраженных кривыми 2, 3 и от угольной пачки; на фиг. 2 - устро йство для реализации ;способа. На фиг. 1 показаны зависимость 1 интегральной скорости счета п на выходе детектора от толщины угольной пачки зависимость 2 от скорости счета импульсов п, обусловлен ных гамма квантами естественного изл чений с энергией свыше 60 кэВ; соответствующая зависимость 3 п при регистрации излучения с энергией до 60 кэВ; кривая (описывает зависимость отношений ng/jVjOT .. Испускаемйе породой кровли и прикровельной угольной пачкой угля естественное гамма-на1учение регистрируётс й спектрометрическим сцинтилляционным детектором на основе монокристалла NaH(Tt), сочленного с фото электронным умножителем;, причем интенсивность излучений, испускаемого углем, значительно ниже, чем породой Исследованиями, проведенными с различными размерами кристаллов, установлено, что при регистрации естественного гамма-излучения в област малых энергий (до 100 кэВ) интенсивность последнего с ростом толщины угольной пачки сначала увеличивается за счет накопления высокоэнергетич04. ных гамма-квантов испускаемых породой, а затем уменьшается (см. кривую 3 фиг. 1), При регистрации гамма-излучения области больших энергий интенсивность последнего монотонно уменьшается с ростом Ь(кривые 1 и 2 на фиг.1) . Порог регистрации 60 кэВ обусловлен тем, одной стороны, при увеличении порогового значения энергии растет скорость счета регистрируемого сигнала, что способствует уменьшению статистической погрешности регистрации сигнала; с другой стороны, при этом падает крутизна зависимости 3 на фиг.1, что вызывает уменьшение крутизны результирующей зависимости А (фиг. 1) и увеличение погрешности измерения толщины угольной пачки. Порог 60 кэВ соответствует оптимуму этих двух противоречивых факторов с точки зрения минимума суммарной погрешности измерения. Экспериментальные зависимости, показанные на фиг. t, получены при использовании в качестве детектора излучения спектрометрического сцинтилля- . ционного монокристалла NaD(Т) размером }бхЗО мм при его неколлимироваНИИ. Подобная тенденция сохраняется и для других размеров кристаллов и геометрий измерения. То обстоятельство, что ход зависимости регистрируемой детектором интенсивности естественного гамма-излучения от имеет противоположный характер для различных диапазонов энергии регистрируемых гамма-квантов, позволяет значительно увеличить дифференцирующую способность способа и повысить точность контроля толщины угольной пачки до 100 им (см. кривую if фиг. 1), Так, например, при изменении толщины угольной пачки до 100 мм сигнал по зависимости 2 (фиг. 1) уменьшается в 1,3 раза, а по зависимости 3 (фиг.1) увеличивается в 1,6 раза. При этом отношение этих сигналов по зависимости 4 (фиг. 1) изменяется в 2,2 ра позволяет с большей точностью оценить величину, на которую изменилась толщина угольной пачки. Для контроля толщины угольной пачки свыше 100 мм сохраняется канал интегральной регистрации импульсов (кривая 1 фиг. 1), что позволяет получить меньшую погрешность определения , так как абсолютное значение регистрируемого числа импульсов здесь небольшое. Устройство, реализующее предлагае мый способ (фиг.2) состоит из детек тора гамма-излучения 1, выход которого соединен со входом амплитудного дифференциального дискриминатора (АДД) 2 с порогом регистрации 60 кэВ и со входом счетчика 6, регистрирую щего интегральную скорость счета им пульсов. Выходы АДД 2 соединены со счетчиками 3 и 4 числа импульсов, обусловленных энергиями гамма-излучения до 60 кэВ и свыше 60 кэВ, выходы которых соединены с устройством деления 5- Один из выходов счетчика 6 соединен со входом дешифратора 7, управляющего работой арифметического устройства. Выходы счетчика 6 и устройства деления 5 соединены со входом арифметического устройства 8, расчитывающего толщину угольной пачки. Устройство работает следующим образом. Исгускаемое породой гамма-излучение регистрируется детектором I, на выходе которого образуется последова тельность импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии регистрируемого гамма-излумения. Импульсы с частотой следования п/ поступают как на вход счетчика 6, регистрирующего интегральную скорость счета N,| за время Т, так и на вход АДД 2 с порогом регистрации 60 кэВ, на вЫходе которого образуются два потока имт пульсов с частотой следования п (энергия гамма-квантов более 60 кэВ) и П-(энергия регистрируемых гаммаквантов менее 60 кэВ), число которых за время Т (N/j и N3), регистрируется соответственно счетчиками 3 и it. Выходы счетчиков 3 и 1 соединены со входом устройства деления 5 кото рое осуществляет деление чисел А- №. ПоТ д- отношение Д поступает на вход арифметического устройства 8. Число импульсов N., полученное за время Та счетчике 6, поступает на вход дешифратора 7 и вход арифметического устройства 8.Если число импульсов N меньше N (соответствую щего трлщине угольной пачки 100 мм и .определяемого в процессе калибровки пpибopaJ, что соответствует liyp 100 мм (фиг. 1), то срабатывает дешифратор 7 и дает управляющий сигнал на арифметическое устройство, которое оперирует только с числом N , зарегистрированным счетчиком 6. Если толщина контролируемой угольной пачки Менее 100 мм, дешифратор 7 не срабатывает и арифметическое устройство 8 анализирует отношение Д Ng/N. Арифметическое устройство решает уравнение N (hyr) при h 100 мм, Л Nji/No, f(liyr) при h, мм относительно и выдает на выходе значения толщины уголь..ной пачки. Таким образом, предлагаемый спо; соб позволяет осуществлять выемку угля как на полную мощность, так и с оставлением предохранительной угольной пачки до 300 мм, что практически охватывает 90% всех разрабатываемых шахтопластов. Оснащение угледобывающих комбайнов устройствами, реализующими данный способ, позволит осуществить с высокой точностью автоматическое вожделие машин по гипсометрии пласта, что дает экономический эффект около 50 тыс.руб. в год на прибор. Формула изобретения Способ контроля скрытой границы порода-уголь, основанный на различии естественной радиоактивности угля и вмещающих пород и включающий измерение интегральной скорости счета импульсов с детектора излучения и определение толщины угольной пачки, отличающийся тем, что, с целью повышения контроля угольных пачек в диапазоне толщин до 100 мм, дополнительно выделяют импульсы, обусловленные гамма-квантами с энергией до 60 и свыше 60 кэВ,регистрируют скорости счета этих импульсов и по их отношению опреAeyiHiot расстояние до границы породауголь . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР If , 1977. 2.Патент Великобритании ff 1526028, кл. F. 21 С 3572, опублик. 1978 (прототип).

y«,/v $ о , nopff ff о о

IJ

о о

фиг. 2