Устройство газовой защиты для угольных шахт

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ВСГ(® : "

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3777063/22-03 (22) 06.08.84 (46) 07.03.86. Бюл. Ф 9 (71) Конотопский ордена Трудового

Красного Знамени электромеханический завод "Красный металлист" (72)В.А.Деняк, А.М.Онищенко, Вас.П. Белоножко, Вик.П.Белоножко, И.M.Êðèâîíîñ и А.В.Чащинов (53) 622.412(088,8) (56) Автоматизация и автоматизированные системы управления в угольной промышленности. Под ред. Б.Ф.Братченко. М.: Недра, 1976, с. 321.

Авторское свидетельство СССР

У 716372, кл. E 21 F 9/00, 1977. (54)(57) УСТРОЙСТВО ГАЗОВОЙ ЗАЩИТЫ

ДЛЯ УГОЛЬНЫХ ШАХТ, содержащее датчик контроля концентрации метана, соединенный с измеуителем скорости изменения концентрации метана, который соединен с одним из входов пороговоÄÄSUÄÄ 1216365 A (51) 4 E 21 F 5/00

ro элемента, и исполнительный элемент, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности защиты, устройство снабжено датчиком контроля скорости воздуха в выработке, регулируемым задатчиком и сигнализатором, причем датчик контроля концентрации метана выполнен в виде установленных один против другого лазерного инфракрасного светодиода и инф— ракрасного фотодиода, соединенного через операционный усилитель со светодиодом, а чувствительный элемент измерителя скорости изменения концентрации метана выполнен на фотодиоде, который световодом соединен со светодиодом датчика контроля кон" центрации метана, при этом датчик контроля скорости воздуха через регулируемый задатчик, соединен с другим входом порогового блока, который подключен к сигнализатору.

1216365

Изобретение относится к горной автоматике, конкретнее к устройствам автоматической газовой защиты, и может использоваться на опасных по газу и пыли угольных шахтах для контроля и предупреждения внезапных выбросов, их регистрации, подачи аварийной сигнализации и автоматического отключения фидерного автомата или пускателя при аварийной концентрации метана.

Целью изобретения является повышение надежности автоматической газовой защиты за счет повышения быстродействия, помехоустойчивости и точности датчика контроля метана и упро" щения электронной схемы и учета скорости воздуха.

На чертеже показана функциональная блок-схема устройства.

Устройство автоматической газовой защиты для угольных шахт состоит из датчика 1 контроля метана, измерителя 2 скорости изменения метана, порогового блока 3, исполнительного блока 4, датчика 5 контроля скорости воздуха и регулируемого задатчика б.

Датчик 1 контроля метана содержит расположенные в общем ко!.пусе автономньгй источник 7 питания„ лазерный инфракрасный светодиоц 8. инфракрасный фотодиод 9 с операционным усилителем 10., к вьгходу которого подключен светодиод 11 Светоизлучающая сторона 12 лазерного инфряк1эасеЕого диода 8 установлена напротив ветоприемной стороны 13 инфракрас:ного фотодиада 9. Светоизлучающая сторона 14 св тодиода 11 через сэокон

15 сочлекена с входным торцом волоконно-оптического световода 16.

Измеритель 2 скорости изменения метана состоит иэ фотодиода 17, свегоприемняя стсрона 18 которого через расширя!ощийся фокон 19 сачленена с ! выходным торцом волоконно--оптического световадя 16. На выходе фотодиода ьключен операционный усилитель 20, вью:од ка торого соединен с входом блока 21 дифференцирования. Вьг од последнего через блок 22 интегрирования подключен к входу порогового блока 3,, вход задания порога которого соединен с выходом управляемога зядатчи-. ка 5, а выход соединен с входами регистратора 23, аппарата 24 сигнализации и фидерного автомата 25, входящих в состав дополнительного блока 4. Выход датчика 5 контроля скорости воздуха соединен с входом регулируемого задатчика 6.

Устройство работает следуюшим образом.

При включении автономного источника 7 питания инфракрасное излучение с длиной волны около 3,391 мкм от лазерного инфракрасного светодиода 8 из его светоиэлучающей старонь.

10 l2 направляется на контролируемый обьем шахтной атмосферы 26 толщиной

L.

После прохождения через контролируемый объем инфракрасное излучение

t5 попадает на светоприемную сторону 13 инфракрасного фотодиода 9. Интенсивность Л прошедшего через контролируемый объем инфракрасного излучения ня фотодиод 9 является мерой

20 содержания метана "- в объеме толщиной

1=I ехр(— 1.С), где Х вЂ” интенсивность инфракрасного излучения при нулевой конas центрации метана С=-О. (С,%); коэффициент поглощения инф-ракрасного излучения метана, (% ° см); ! — толщина контролируема го

3Q объема, CM.

На выходе фотадиода 9 появляется прс)порцианяле>ный инте !lcивнас l элек трический сигнал, усиливаемый операционным усили". åë.åì 10. На выходе усиэ5 лителя 10 формируется ропорциональный интенсивности Х электрический сигнал, который с помощью светодиода

1i преобразуется в пропорциональную сигналу интенсивность света. Свет от светодиода 11 из егo светоизлучающей стороны 14 через фокон 15 подается в волоконно-оптический световод 16, по которому передается к измерителю скоpocTl! изменения конЕЕентряции метяня 2.

Зтот пучок. светя из световода )6 через расширяющийся фокон 19 "=:.адается

«ве аллин;дную c TGDoHy 8 фа год! ада р где ПЕэсоорязуется в электр: ческий ср гнал . эй Для передачи сигналя от датчика 1 контроля концентрации метана до из- меритег!я 2 скорости изменения концентрации метана на возможно большее расс таяние соответствующим образом подби-* рают параметры:светодиод !1 — сужающийся фокон 15 — волоконно-оптический световод 16 — расширя-oщийся фокон 19 — фотодиод 17.

1216365

Эти параметры должны обеспечить минимальные потери сигнала от выхода усилителя 10 до входа усилителя 20.

Минимальные потери достигаются, если спектральная полоса максимальной светоотдачи светодиода, спектральная полоса максимума пропускания световода и спектральная полоса максимума чувствительности фотодиода совпадают (например, если используются красные светодиод и фотодиод и красный стекловолоконный световод), а также, когда диаметр светоизлучающей стороны 14 равен большему диаметру сужающегося фокона 15, меньшие диаметры 15 и 19 равны диаметру световода 6, а больший диаметр расширяющегося фокона 19 равен диаметру светоприемной стороны

18 фотодиода 17.

Электрический сигнал с выхода фотодиода 17 усиливается операционным усилителем 20 и подается на входы блока 21 дифференцирования и регистратора 23, где регистрируется в виде процентного содержания С метана в контролируемом объеме.

В блоке 21 из аналогового электрического сигнала выделяется его первая производная, т. е. производится его дифференцирование. На вы— ходе блока дифференцирования форми-. руется электрический сигнал, знак которого равен знаку первой производной, а абсолютное значение пропорционально скорости изменения сигнала на выходе усилителя 20, т.е. формируется сигнал, знак которого определяется направлением изменения концентрации метана (при уменьшении концентрации формируется отрицательный сигнал, при увеличении концентрации — положительный, а при постоянной концентрации — нулевой сигнал), а абсолютнаявеличина пропорциональна скорости измененияконцентрации метана.

Этот сигнал поступает в блок 22 интегрирования, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный средней скорости изменения содер жания метана за заданное время, Для этого постоянная времени интегрирования блока 22 устанавливается равнок . Знак сигнала на выходе блока 22 также зависит от направле-, ния изменения средней концентрации метана за время,.

Сигнал выхода блока 22 интегрирования поступает в пороговой блок 3.

35 звуковой сирены) и под действием которого выключается"-фидерный автомат 25, отключающий электропитание в добычном участке.

Таким образом, настроив коэффици45

5

Величина положительного порога (напряжения) в блоке 3 задается регулируемым задатчиком 6, напряжение на выходе которого пропорционально скорости воздуха в выработке. Для достижения этого условия вход регулируемого задатчика 6 соединен с выходом датчика 5 скорости воздуха в выработке. Чем выше скорость воздуха, тем больше сигнал на выходе датчика 5. тем больше положительное напряжение на выходе регулируемого задатчика 6, тем выше положительный порог порогового блока 3, и при большей концентрации метана С в контролируемом объеме появится аварийный сигнал на выходе порогового блока 3. При этом для больших скоростей воздуха, когда вентиляция препятствует скоплению метана в выработке во взрывоопасных количествах, обеспечивается работа добычного оборудования без его остановки. При слабой вентиляции (когда скорость воздуха мала) возникает опасность скопления метана в выработ= ке во взрывоопасных количествах и устройство раньше выдает сигнал на выходе блока 3, чем предупреждает возможный взрыв метана.

При достижении сигналом с интегратора 22 (изменяемой в общем случае) величина порога на выходе бло1ка 3 возникает аварийный сигнал, который регистрируется регистратором 23, сигнализируется аппаратом 24 (например, в виде световой сигнапизации и ент передачи регулируемого задатчика

6, постоянную времени интегратора 22 и коэффициент усиления усилителя 20 по допустимым для данного участка соотношениям скорости повышения концентрации метана к скорости воздуха в выработке участка, устройство позволит автоматически осуществить га-. зовую защиту с учетом работы вентиляции с любым требуемым быстродействием (в представленном виде инерционность сигнала на выходе блока 22 может быть даже доли миллисекунд) и выключить электроэнергию в выработке при любой сколь угодно большой скорости внезапного выброса еще до появления опасной концентрации метана в выработке. При достаточно интенсив1216365

Составител И. Назаркина

Редактор Л. Гратилло Техред М.пароцай корректор Л.Пилипенко

Заказ 973/37 Тираж 436 Подписное

БНИИПИ Госуцарственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ной вентиляции предлагаемое устройство позволяет проводить работы при больших скоростях увеличения концентрации. метана, которые все равно не приводят к появлению взрывоопасных

его количеств в выработке °