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

(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ГРАНИНЫ УГОЛЬэ-ПОРОДА

Изобретение относится к определению границы раздела TBepaijix сред по физическим свойствам, точнее - границы раздела угля и вмешающих пород Для вождения горных машин попласту. Известен способ контроля границы уголь-порода, основанный на измерении тангенсиального усилия, действующего на измерительный зубок исполнительного органа горной машины в процессе резания угдя, в котором- дополнительно измеряют осевое усилие на измерительный зу бок. Затем осевое и тангенсиальное усилия суммируют и по его величине (путем сравнения с заданной величиной суммы, соответствующей врезанию исполнительно го органа в породу) устанавливают момент врезания исполнительного органа в породу 1 . Недостатком способа является необходамость использования специального ненадежного измерительного резца и низкая точность ввиду сильных вариаций проч tкостных свойств угля и породы. Известен способ контроля границы уголь-Порода, основанный на измерении физических , свойств границы уголь-порода с последующим сравнением с заданными свойствами, в котором в пласт излучают одновременно 2 радиоволны, отличающиеся по частоте в 5-1О раз, измеряют сопротивления излучаемых радиоволн, определяют разность измеренных сопротивлений и по величине разности, путем сравнения ее с заданной разностью, контролируют границу уголь-порода 2 . Недостатком этого способа является низкая надежность контроля границы уголь-порода с его помощью, так как оба сопротивления зависят от одних и тех же физичес.ких свойств угля или породы и оба имеют одинаковую качественную зависимость от влияющих физических величин. Цель изобретения - повышение надежности контроля границы уголь-порода. Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля границьг уголь9порода, основанном на измерении ее физических свойств зачитают и обезвожива ют участок кроЕпи или почвы и одновременно измеряют удельное электрическое сопротивление, диэлектрическую проницаемость и угол диэлектрических потерь, по ним определяют интегральное свойство и по его величине кбнтролируют границу уголь-порода. Для повышения точности контроля диэлектрическую проницаемость измеряют на частоте выше 10 Гц, а угол диэлектрических потерь измеряют на частоте ниже J.О Гц. На фиг. 1 показаны доверительные о&1асти изменения вектора углей (1) и пород (2); на фиг. 2 - схема устройства для контроля границы уголь-порода, реализующего способ. Устройство для реализации способа {фиг. 2) содержит фрезу 1, мощный СВЧ (или инфракрасный) излучатель 2, и датчик 3 свойств, включающий первичные измерительные преобразователи удельного электрического сопротивления, диэлек трической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь. Датчик 3 свойств устанавливают на обработанный с помощью фрезы 1 и обезвоженный с по мощью излучателя 2 часток кровли или почвы пласта (на фиг. 2 показана установка датчика свойств 3 на кровле пласта). Датчик 3 свойств соединен с входом измерительного устройства 5, выход которого соединен с входом измерительно-командного устройства 6 (АКУ), управляющий сигнал которого воздействует на исполнительный орган 4. Определение границы уголь-порода проводится следующим образом. . С помощью специального устройства 1 (фреза) подготавливают небольщой участок кровли или подошвы забоя, соответствующий размерам датчика. Для измерения свойств производится зачистка от щтыба и выравнивание поверхности-до Достижения необходимой плоскостности, затем этот участок сущится мощным СВЧ излучателем 2 (или другим способом). Поскольку электроды имеют размер rJ см , эта операция занимает несколько секунд. Затем датчик 3 свойств перемещающийся вместе с исполнительным органом 4, подводится и прижимает ся к подготовленному участку забоя. Измерительное устройство 5 с заданной периодичностью опращивает датчик и передает поступающую от него информацию о свойствах р р,,. Яз анализирующее1командное устройство (АКУ) 6, где осуществляется идентификация материала, находящегося в поле датчика, с той или иной породой путем сравнения поступающей информации с заложенной в АКУ информацией (фиг. 1). Затем в соответствии с принятым в АКУ рещением передается команда на корректировку положения исполнительного органа комбайна. Таким образом, использование данного способа сводится к выполнению следующих операций. Подготавливается.участок размеров см для измерения свойств. Одновременно измеряется ряд свойств среды, контактирующей с датчиком, например, ри|р9т рана установленнь1Х заранее частотах, при которых уголь и порода в наибольшей степени отличаются друг от друга. Полученная с помощью датчика информация о свойствах сред поступает в АКУ, например, в вычислительную мащину, Сравнивая поступающую информацию с имеющимися в АКУ сведениями о параметрах областей отличия углей и породы, АКУ идентифицирует среду с углем или породой. Чтобы провести идентификацию, необходимо правильно выбрать частоты, на которых измеряется р РЗ провести градуировку устройства на данном месторождении угля. Эти операции осуществляются разработчиком аппаратуры до проведения собственного контроля границы уголь-порода по предлагаемому способу, В результате 1асследования электрических свойств сухих карагандинских углей, песчаников, аргиллитов и алевролитов был разработан метод построения доверительных зон значений диэлектрической проницаемости и угла диэлектрических потерь в зависимости от удельного электрического сопротивления при различных температурах и частотах; Эти величины оказались связанными сильными корреляционными зависимостями. Система уравнений для вычисления доверительных границ диэлектрической проницаемости в зависимости от температур (Т, К) и частоты (,f-ru) имеет следующий вид: РГ Pi. 2, Т) (1-288 р)- 1-3(585-Т; х 4e(Pl,Z,297;(T-297) (С. z ii-t t4(}} ,(1) 22. : (Я,2.297)Ц: ridijp Z i ,(+Ь(-(-2в8/ьГУе С o|,., / Песчаг НИКИ . 54,2 21,3 -4,68 -11,4 -5,1 Угли -2,78 О,791 5,75 11,8 -4,2

ПесчаНИКИ 1,63 -2,13 30,5 5,56 Аналогично записывается система для 45. вычисления доверительных границ тангеноа угла диэлектрических потерь: . (P.Z,T),;Z,T)± (Т-297)(Т-320М 23 . .,о. . Л- i Т-291 Бр 7:2w xEl ZZtnijp, 2 , i«0

Таблица 2

-2,87 0,329 -2,27 2,27 -0,3 , I:M Здесь р - удельное сопротивление в логарифмическом масштабе. Значение коэффициентов. фигурирующих в (1). для углей и песчаников приведены в табяД-3. . ;Т а б л и ц а 1 10,8 О,686 3,07 --.65,0 8,3 Т а б л и ц а 3 О,34 -5,51 .2,27 -О,176 10 . 8 . у ZZ «3,2 t(l-23at) ) d.Z х /23.1 JE: II 2ijp Z4 (1, / . / 1 -1. . ., V / д п:п1пгя;2ур, 52 IId.2- .z f Необходимые для расчета коэффиииенприведены в табл. 4-7. 9977 С помощью (1) ,(2) можно рассчитывагь трехмерные области и определять условия (температура, частота), при которых они пересекаются, На фиг. 1 показаны доверительные области изменения векторЪв углей (1) песчаников (2) рассчитанные по формулам (1), (2) для и доверительной вероятности 0,95. Для-указанной пары пород области статистического отличия индивидуальны при измерении f на частотах выше 10 Гц; р - ниже . Аналогичные области рассчитаны для всех исследованных пород, причем для каждой породы определена область, абсолютного огличия от трех других. Таким образом, измерив р, р и РЗ материала и сопоставив полученные значения с данным фиг. 1, можно определить его принадпежностъ к той или иной области, т.е. отождествить с той или иной породой. Если свойства материала оказались следующими: р Рз то согласно фиг. 1 он принадлежит к песчаникам. Способ позволяет обеспечить более надежное определение границь разДела уголь-порода, поскольку, во-первых, опрьделение произвЬЙится по комплексу свойств, каждое из которых измеряется на установленных при статическом анали зе свойств углей и пород частотах, при которых угли максимально отличаются о пород, т.е. датчик работает в статичес ки обоснованном режиме. Во-вторых, ук занный способ обладает высоким быстро действием, поскольку -для измерения 110 свойств могут быть использова1Ш1 оогоматические мосты, например, типаРБОЮ, где процесс измерения занимает доли секунды и предусмотрено усреднение результатов измерений в течение эапанного интервала времени, т.е. повышение точности возможно за счет усреднения ряда измерений. При- реализации способа легко осуществляется дистанционное управление. Формула изобретения 1. Способ контроля границы уголь-порода, основаннБ1й на измерении ее физичес их свойств, отличающийся «елью повышения надешюсти контроля, зачищают и обезвоживают участок кровли или почвы и одновременно из меряют удельное электрическое сопротивление, диэлектрическую проницаемость и угол диэлектрических потерь, по ним определяют интегральное свойство и По его величине судят о границе уголье-порода. 2. Способ по п. 1, отличающий с я тем, что, с целью повышения точности контроля, диэлектрическую проницаемость измеряют на частота выше Ю Гц, а угол диэлектрических потерь измеряют на частоте ниже 1О Гц. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 234303, кл. Е 21 С 35/08, 1963. 2.Авторское свидетельство СССР №428357, кл. Б 21 С 35/О8, 1973 (прототип). е(,р 0 Фиг.-/ fPi YO.)