Способ контроля за самонагреванием угля

 

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 подвигания 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.

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s1)s Е 21 F 5/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4866641/03 (22) 18,07.90 (46) 23.04.93. Бюл, N 15 (75) А,Н.Зорин (56) Крикунов Г.Н. Обнаружение ранней стадии самонагревания угля. Уголь, 1970, N 6, с. 55-56.

Авторское свидетельство СССР

М 905494, кл. Е 21 F 5/00, 1982;

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 s 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, „„Я „„181057б А1 (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЗА САМОНАГРЕВАНИЕМ УГЛЯ (57) 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 подвигания лавы. П ри открытой 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, 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 времени т, зная длину трубы L. определяют скорость ультра2L звука и = . По заранее составленной т 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

1810576

40 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 Э о (9). При этом учитывают, что для обычной водопроводной воды при нормальном ат- 45 мосферном 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 50 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 55 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 водопроводизлучатель располагаются рядом как у эхолота(или газовые ультразвуковые термометры

8 (фиг.3), 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 — ско- 20 рость увеличилась, импульс пришел раньше, 3 — скорость уменьшилась, импульс запоздал, На фиг. 3 приняты следующие обозначения: 1 — излучатель, 2 — приемник, 3 — гене- 25 ратор, 4 — фаэовращатель, 5 — усилитель мощности, 6 — усилитель, 7 — нормалиэатор, 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 ной водой, насыщенной воздухом, чтобы избежать кавитации используют звуковые генераторы малой и средней мощности, развивающие звуковое давление не более 2.5 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 дистиллированной воды (16).

2, Глубина локации; а) близкая локация — L=3-5 м. б) дальняя локация (100 м и более)— используют систему из труб, соединенных друг с другом — фиг. 4а и б.

Способ соединения труб может быть как реэьбовым, так и с помощью резиновых шлангов, При резьбовом соединении не 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 сопротивления материала к волновому сопротивлению воды). Для этого пробки L1 изготовляют из материалов, волновое сопротивление которых близко к значению волнового сопротивления воды (р„рСц =1,5 10 Па с/м).

3. Пропускание, отражение и звукоизоляция, Чтобы экран L1 был акустически прозрачен для ультразвука — сигнал проходил через него без поглощения и отражения, толщину подбирают такой, чтобы звукоизоля ция, подсчитываемая по формуле (17):

1 — nl

3=10lg sin kх+1

4 гп2 где m — отношение волнового сопротивленияp С материала к волновому сопротивлению воды р Cg=1,5 10 П с/м);

k — волновое число; х — толщина барьера L>, равнялась нулю 3 = О. Это достигается, когда толщина

Li кратна половине длины волны, т.е, kx = 0.2л, Зл ... Толщина отражающего экрана выбирается такой, чтобы обеспечить максимальную изоляцию и отражение — толщина должна быть кратна нечетному числу четвертей длины волны kx = -2-, —, — à —... л. Зл. 5л

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 иапазонах выбирают магнитострикцион1810576 ный 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.

Способ контроля за самонагреванием 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.

10

Температура воды, С

Модуль объемной упругости, кгlм

Скорость ультразвука, м/с

Плотность воды, кгlм

Плотность воды, кг с /м

1417,5

1420,9

102,024

102,030

102,037

1424,3

1431,1

102,038

102,038, 1431,1

102,037

102,034

102,030

102,025

102,018

102,010

102,000

101,989

101,977

101,963

101,948

101,932

101,915

101,897

101,878

101,857

101,835

101,813

101,789

101;739

101,656

101,565

101.500

101,466

1434,5

1437,9

1441,4

1444,8

1448,3

1451,7

1455,2

1458,6

1462,1

1465,5

1469,0

1472,4

1475,9

1479,3

1482,8

1486,2

1486,0

1486,0

1488,0

1490,4

1492,6

1494,9

1497,1

1499,0

1

3

5

7

9

11

12

13

14

16

17

18

19

21

22

23

28

31

33

999,840.

999,900

999,941

999,973

999,973

999,965

999,941

999,902

999,849

999,781

999,700

999.605

999,498

999,377

999,244

999,099

998,943

998.774

998,595

998.405

998,203

997,992

997,770

997.538

997,044

996,232

995,344

994,70

994.37

Формула изобретения

22800

1810576

101,395

101,360

101,291

101,245

1501,1

1503,0

1505,0

1507,2

1509,84

1511,6

1513,6

1515,6

1517,8

1519,8

101,167

101,084

101,042

100,998

100,911

100,866

100.820

1520,0

100,581

100,327

100,057

1541,4

1556,0

1564,0

1574,0

1584,0

99,773

99,59

99,475

1575,0

1522,0

99,163

99,838

99,501

968.62

1498,0

1486,0

965.31

36

37

39

42

44

46

48

49

72

993,68

993,33 .992,96

992,66

991,44

990,63

990,22

989,79

988,93

988.49

988,04

985,70

983,21

980.56

977.78

976,0

974,86

971,80

21800

Продолжение таблицы

1810576

1810576

Составитель А. Зорин

Техред M.Moðãåíòàë

Корректор. М. Куль

Редактор О, Стенина

Заказ 1430 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101