Способ взрывозащиты электрооборудования

 

Изобретение относится к средствам взрывозащмты электрооборудования, предназначенного для работы во взрывоопасных производствах и помещениях, например на выбросоопасных пластах угольных шахт. Цель - повышение эффективности за счет селекции упругих колебаний начальной стадии выброса. Сейсмический сигнал регистрируют в полосе низких частот одновременно не менее чем от двух сейсмоприемников, которые установлены один от другого на расстоянии, кратном длине волны. Выделяют амплитуду сигнала и его фазу от разных сейсмоприемников. Электроэнергию отключают при превышении амплитудами сейсмического сигнала порогового уровня не менее чем в трех' периодах .если амплитуда предыдущего и фазы сигналов от разных сейсмоприемников совпадают после их смещения на расчетную величину относительно друг друга. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl>s Е 21 F 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

K ABTOPCKGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4788358! 03 (22) 05.02,90. (46) 30.01,92, Бюл. М 4

{71) .Государственный макеевский научноисследовательский институт па безопасности рабат в гарной промышленности (72) О. А. Колесов, B. П, Колосюк, А. И. Бобров, Л. А. Вайнштейн, В. П. Коптиков, Г. И.

Колчин, П. В. Лаппо и В. С. Бабенко (53) 621.316.925(088.8) (56) Временная инструкция и типовые схемы злсктроснабжения очистных и подготовительных забоев шахт, разрабатывающих крутые т1ласты. — М,: 1984, с.3.

Авторское свидетельство СССР

N 1368447, кл. Е 21 F 9/00, 1987.

{54) СПОСОБ ВЗРЬ ВОЗАЩИТЫ ЗЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ (57) Изобретение относится к средствам взрывозащиты электрооборудования, предИзобретение относится к горной промышленности и предназначено для без- опасного ведения работ на выбросоопасных .пластах.

Известен способ взрывозащиты электрооборудования, заключающийся в том, что контролируют концентрацию метана и при достижении ею определенного значения, соответствующего уставке срабатывания датчика, подают сигнал на отключение электроэнергии, Основным недостатком известного способа является — î, что он не реагирует на признаки, характеризующие внезапный выбоос в начальной стадии. Следовательно, если в результате внезапного выброса не произойдет короткого замыкания вследстI

„„5Ц „„1769119 А1 назначенногадля рабаты во взрывоопасных производствах и помещениях, например на выбрасоапасных пластах угольных шахт.

Цель — павы зение эффективности за счет селекции упругих колебаний начальной стадии выброса. Сейсмический сигнал регистрируют в полосе низких частот ! одновременно не менее чем от двух сейсмоприемников, которые установлены один от другого на расстоянии, кратном длине волны. Выделяют амплитуду сигнала и его фазу ат разных сейсмоприемникав. Электроэнергию отключают при превышении амплитудами сейсмического сигнаЛа порогового уровня не менее чем в трех периодах, если амплитуда предыдущего и фазы сигналов от разных сейсмаприемникав совпадают после их смещения на расчетную величину относительно друг друга.

3 ил. вие повреждения электрооборудования, аппаратура быстродействующего защитного отключения не отреагирует и электрооборудование не будет отключена. Между тем, интенсивное выделение газа вызовет быстрое загазирование электроборудования, чта может привести к взрыву при функционировании последнего.

Известен способ взрывазащиты, заключающийся в том, чта контролируют сейсмическую активность горного массива как параметр выбрасоопасности и отключают электрооборудование при превышении ею заданного значения, Электрооборудование отключают с выдержкой времени, равной времени затухания возмущений, вызванных проведением взрывных работ.

1709119

Недостатком известного способа, взятого в качестве прототипа, является низкая надежность вследствие ложных отключений, обусловленных, помимо импульсного воздействия взрывных работ, влиянием других помех. К ним относятся импульсы упругих колебаний, возникающие при осадке кровли, выполнении горных работ, связанных с механическими ударами вблизи сейсмоприемника, и т,п. Кроме того, анализ сейсмической активности массива в забоях выбросоопасных пластов некоторых шахт показал, что большое количество выбросов вообще не сопровождается увеличением количества импульсов до критического уровня.

Целью изобретения является повышение эффективности способа за счет селекции упругих колебаний начальной стадии выброса.

Поставленная цель достигается тем, что в способе взрывозащиты электрооборудования. заключающемся в том, что регистрируют сейсмический сигнал в горной выработке, сравнивают его параметры с заданными и при их превышении формируют сигнал на отключение электрооборудования, сейсмический сигнал регистрируют в полосе низких частот одновременно не менее чем от двух сейсмоприемников, которые установлены друг от друга на расстоянии, кратном длйне волны, а сигнал на отключение формируют при условии превышения амплитудой сейсмических сигналов заданной величины не менее чем на двух сейсмоприемниках, при росте амплитуд не менее чем. в трех периодах и совпадения фаз сигналов от разных сейсмоприемников после их смещения на расчетную величину одна относительно другой, На фиг, 1 приведены низкочастотные части спектров сейсмических колебаний, возникающих при работе механизмов в;орных Bblp3t)QTKGx, до выброса (кривая 1} и в начальной стадии выброса (кривая 2}; на фиг; 2 — фрагменты сейсмограмм сигнала в низкочастотном диапазоне,при работающих в лаве механизмах (кривая 1) и начальной стадии выброса (кривая 2); на фиг. 3—

15 п0

45 схема осуществления способа, На фиг. 3 .50 изображена подготовительная выработка 1, пройденная в горном массиве, добыча угля идет в лаве 2, в которой наиболее опасным по выбросам является участок 1, прилеГающий к сопряжению лавь 2 с Горной выработкой 1, На удалении L от этого участка размещены сейсмоприемники 3 (СП 1 и СП

2), которые подключены к устройству 4, осуществляющему анализ сигналов от сейсмоприемников и формирукнцему импульс для устройства 5, которое отключает электрооборудование 6 и оповещает подземные и наземные службы о начале выброса.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительно определяют параметры системы регистрации и выделения сейсмосигнала для конкретной лавы. К ним относятся; рабочая частота fp. расстояние между сейсмоприемниками d, смещение фаЛ t упругих колебаний (сдвиг фаз), воспринимаемых сейсмоприемниеками, длина участка лавы, расстояние L от забоя до места крепления сейсмоприемников.

Рабочую частоту fp выбирают одним из двух способов.

Первый заключается в том, что проводят специальные экспериментальные работы: регистрируют и анализируют сейсмический сигнал, возникающий при проведении взрывных работ. Если, например, горную выработку проходят, используя буровзрывные работы, то на расстоянии 150 — 200 м от забоя устанавливают сейсмоприемник, который подключают к системе типа ЗУА — 6 передачи сигнала на поверхность или к шахтному магнитному регистратору типа

РАЙШ. Затем сейсмический сигнал от взрыва обрабатывают при помощи,спектроанализатооа СК-4-72 или с применением быстрого преобразования Фурье на ПП

ЭВМ. В результате выделяют максимумы амплитуд в диапазоне частот 3 — 45 Гц и в пределах наибольшего из них выделяют полосу шириной 5 — 10 Гц, середину которой принимают эа рабочую частоту fp.

Второй способ выбора рабочей частоты заключается в том, что используют результаты измерений в соседних горных выработках, на других шахтопластах или принимают ее равной 35 Гц при ширине полосы пропускания 15-50 Гц. Как показали исследования (флг. 1), в этот интервал всегда попадает не мечее одной резонансной частоты.

Для определения расстояния d необходимо уточнить скорость v распространения упругих волн. Это делают одним из известных, способов. Например, на расстоянии 150 — 200 м от забоя, где ведут взрывные работы, закрепляют два сейсмоприемника на расстоянии 20—

40 м один от другого и измеряют разность времен прихода волн при взрыве или импульсном возбуждении. Скорость распространения упругих волн может быть определена при помощи шахтных сейсморазведочных станций, например ШСС-1 или 2ШАИ-3. Расстояние д вычисляют по формуле

K v

d= (1}

1709119 где К вЂ” коэффициент, принимающий значения 1,0; 0,50; 0,25: 0,125. Значение К выбирают исходя из конкретных условий и величины рабочей частоты. Так, например, при рабочей частоте 20 Гц и скорости рас- 5 пространения волн 2400 м/с длина волны будет равна 120 м. Крепление сейсмоприемников на таком расстоянии один от другого вызовет технические неудобства, кроме того, такое расстояние соизмеримо с общими параметрами системы, а в ряде случаев — с длиной подготовительной горной выработки, Коэффициент К необходимо выбирать таким, чтобы величина d не превышала 30—

40 м. В приведенном примере К необходимо

15 принять равным 0,25. Исходя из вычисленных размеров dопределяют,,сдвиг фаз

К (2) .v где fð — выбранная рабочая частота.

Сдвиг по фазе устанавливают на устройстве 4, анализирующем сейсмический сигнал и вырабатывающем сигнал на

20.отключение электроборудования и оповещение персонала. 25

Расстояние от забоя L, на котором размещают сейсмоприемники 3 (центр отрезка

d), определяют из соотношения

0,54 () 30 где I — длина участка лавы, на котором вероятность выбросов угля и газа наиболь-. шая, Этот участок, как правило, прилегает к подготовительной горной выработке. Если 35 выброси равновероятны по всей длине лавы, то I равно длине лавы. Если эта длина велика настолько, что L оказывается больше длины подготовительной выработки, то устанавливают две системы в двух подготови- 40

:тельных выработках по обе стороны от лавы.

Коэффициент 0,54 получен из расчета, что система выделения сейсмического сигнала в начальной стадии выброса будет эф- 45 фективно работать в секторе, ограниченном лучами а, при максимальной величине

a= 15О. Этот угол вносит искажения в длину волны (около 20ф,) при проходе ее от самого края участка I, что является допустимой рас- 50 фазировкой в устройстве 4, Кроме того, величина L, определенная по формуле (3), должна быть больше длины волны на рабочей частоте и больше (5 — 7)б. Это условие необходимо для того, чтобы. источник был 55 достаточно удален по отношению к приемному блоку и затухание волн на других сейсмоприемниках относительно первого было небольшим.

Определив по приведенным формулам параметры системы, на расстоянии L от забоя в массиве горных пород размещают не менее двух сейсмоприемников с шагом, равным d. Сейсмоприемники 3 размещают на линии, проходящей через середину уча- стка I, на котором выбросы угля и газа наиболее вероятны. Каждый из сейсмоприемников подключают к соответствующему каналу устройства 4. Последнее состоит иэ п редварительного усилителя, полосового фильтра низких частот (5 — 50 Гц), индикатора среднего значения амплитуды в заданном временном окне, фазового сместителя, блока сравнения амплитуд с пороговым уровнем ат разных сейсмоприемников, блока подачи управляющего сигнала на устройство 5, отключающее электрооборудование и оповещающее персонал а выбросе. В устройстве 4 сигнал от каждого сейсмоприемника усиливается. Затем осуществляют паласовую фильтрацию, выделяя рабочую частоту fp. Сигнал от двух сейсмоприемников сравнивают по фазе и амплитуде, п эедварительно сместив íà Al сигнал от первого сейсмоприемника относительно второго, на

2 Ь t — относительно третьего и т.д. Если смещенный по фазе сигнал от первого сейсмоприемника совпадает с сигналом от второго и оба сигнала превосходят некий пороговый уровень, а амплитуда каждого последующего периода не меньше предыдущей, то после выделения трех подряд таких периодов устройство 4 вырабатывает сигнал и подает его на отключающее устройство 5, которое и обесточивает электрооборудование 6. Для определения порогового уровня срабатывания системы можно, например, электрический сигнал от ближнего к лаве сейсмоприемника после усиления и паласовой фильтрации на рабочей частоте проанализировать при помощи индикатора среднего значения в двух-трех сменах при работе всех механизмов в лаве. Утроенное значение средней величины сигнала принимают за пороговый уровень срабатывания системы для всех сейсмоприемников. В качестве примера на фиг. 2 приведен фрагмент(0,5 с) записи сейсмического сигнала от работающих механизмов в лаве и в начальной стадии выброса, Для конкретных условий определен пороговый уровень срабатывания системы А . Управляющий сигнал подается не толька на устройство 5, но и на систему оповещения рабочих и диспетчера на дневной поверхности.

Если, например, необходимо обеспечить отключение электрооборудования в лаве длиной 200 м, то целесообразно

1709119 чО F,Ги, разместить две системы в двух подготовительных горных выработках.,В этом случае участок вероятного возникновения выброса

I = 100 м, а удаление места крепления сейсмоприемника будет не менее 200 м. Если регистрирующая система ориентирована нэ выделение сигнала частотой 40 Гц, то длина волны будет А =, v/40, где v — скорость распространения наиболее интенсивных волн в массиве. Из опыта ведения шахтной сейсморазведки известно, что скорость распространения таких волн лежит в пределах

1700-2500 м/с. Если скорость распространения волн 2000 м/с, то il; — 50 м. Приняв в формуле (1) К = 0,5, расстояние между сейсмоприемниками СП1 и СП2 — 25 м, и вычисляют Л t и вводят в блок корректоры фазы с тем, чтобы обеспечить синфазность сравниваемых сигналов на СП1 и СП2.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом имеет следующйе технические преимущества: обеспечивается отключение злектрооборудования на ранних стадиях выброса; исключаются ложные срабатывания устройства; своевременно оповещаются рабочие о начале выброса:.

Формула изобретения

Способ взрывозащиты электрооборудо5 вания заключающийся в регистрации сейсмического сигнала в горной выработке,сравнении его параметров с заданными и при их превышении формировании сигнала на отключение электрооборудования, о т10 л и,ч а ю шийся тем, что„с целью повышения эффективности -за счет селекции упругих колебаний начальной стадии .выброса, сейсмический сигнал регистрируют в полосе низких частот одновременно не

15 менее чем от двух сейсмоприемников, кото- . рые установлены друг от друга на расстоя-нии, кратном длине волны, а сигналы на отключение формируют при условии превышения амплитуд сейсмических сигналов за 20 данной величины не менее чем на двух сейсмоприемниках, при росте амплитуд не менее чем в трех периодах, и совпадения фаз сигналов от разных сейсмоприемников после их смещения нэ расчетную величину

25 относительно друг друга.

1709119

О f00 200 ЪОО 1ÎÎ 500

Физ. ъ

Составитель Г.Колчин

Редактор А.Маковская Техред M.Ìîðãåíòàë, Корректор Э. Лончакова

Заказ 417 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-ЗБ, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101