Устройство для измерения эффективной диффузии газа в угле

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности и может быть использовано в шахтах для определения эффективной диффузии газа в угле в месте отбора пробы в реальном времени. Техническим результатом является обеспечение упрощения процесса измерения эффективной диффузии газа в угле. Предложено устройство для измерения эффективной диффузии газа в угле, содержащее корпус, внутри которого размещен блок питания, блок накопления газа, выполненный в виде герметического контейнера с пробоотборником для штыба и датчиком давления, блок электронный, оснащенный процессором, электронным переключателем и таймером, панель управления, индикатор и коммуникационный порт, например, USB. При этом устройство снабжено дополнительным блоком накопления и датчиком давления, а блок электронный - устройством памяти и вычислительным узлом. Причем выходы основного и дополнительного датчиков давления соединены со входами процессора, выходы которого через первые выходы электронного переключателя, соединенного с таймером, подключены к индикатору и устройству памяти, а вторые выходы электронного переключателя, соответственно, соединены с вычислительным узлом, выходы которого подключены к индикатору и коммуникационному порту. 2 ил.

 

Изобретение относится к горному производству, преимущественно к угольной промышленности и может быть использовано в шахтах для определения эффективной диффузии газа в угле в месте отбора пробы в реальном времени.

Для прогнозирования газодинамических явлений в массиве горных пород необходимы знания кинетики десорбции метана - эффективной диффузии D(t), используемой для прогноза степени выбросоопасности (Греков С.П., Березовский А.А., Кошовский Б.И., Смоланов И.Н. Метановыделение из частиц угля в закрытых объемах. Горноспасательное дело. - Донецк. - 2002. - С. 56-65).

Эффективная диффузия D(t) рассчитывается из зависимости количества десорбированного метана во времени, который регистрируется одновременно в двух герметичных емкостях с пробоотборниками со штыбом фракциями R1 и R2 по формуле, приведенной в работе - Щербань А.Н., Цирульников А.С. Методика определения газопроницаемости угольных пластов. К.: АН УССР, 1956. - 35 с.

где R1, R2 - размер фракций образцов, R1<R2;

Q1, Q2 - относительные величины остаточного количества метана на момент времени ti в угле фракций R1 и R2 ( Q 1 = 1 Q 1 ( t ) Q 1 max ) ( Q 2 = 1 Q 2 ( t ) Q 2 max ) ;

ti - время измерения (15-30 минут с интервалом 0,5-1 минута).

Известно устройство, описанное в патенте Украины на изобретение № 96884, МПК: E21F 5/00, G01L 7/00, опубл. 12.12.2011, бюл. № в 23, 2011 г., содержащее корпус, внутри которого размещен блок электронный, блок накопления газа, выполнений в виде герметического контейнера с пробоотборником, содержащем штыб и датчик давления, блок электронный, снабженный блоком сравнения, который содержит данные по тестированию исследуемого угольного пласта в лабораторных условиях и таймер, причем выход датчика давления соединен со входом процессора, выход которого через электронный переключатель соединен с таймером, подключенным к входу блока сравнения, на внешней поверхности корпуса размещена панель управления, индикатор и порт-USB, причем панель управления взаимосвязана с блоком питания, а через таймер с индикатором, взаимосвязанным с блоком сравнения и электронным переключателем.

Данное устройство было создано для оперативного измерения давления газа в угле и газоносности угольного пласта в шахте в месте отбора пробы путем использования интегральной десорбции, которая коррелирует с эффективной диффузией D(t).

К недостаткам известного устройства относится то, что для его работы необходимо предварительно производить тестирование исследуемого угольного пласта в лабораторных условиях и вводить результаты тестирования в прибор, для чего необходимо специальное оборудование и дополнительные затраты времени.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для измерения эффективной диффузии газа в угле путем модификации конструкции устройства. За счет чего упрощается процесс измерения, поскольку оно исключает необходимость предварительного тестирования угольного пласта в лабораторных условиях.

Поставленная задача решается за счет того, что устройство для измерения эффективной диффузии газа в угле, содержащее корпус, внутри которого размещен блок питания, блок накопления газа, выполненный в виде герметичного контейнера с пробоотборником для штыба и датчиком давления, блок электронный, снабженный процессором, электронным переключателем и таймером, панель управления, индикатор и коммуникационный порт, например, USB, согласно изобретению дополнительно снабжено блоком накопления, а блок электронный - устройством памяти и вычислительным узлом. Причем выходы основного и дополнительного датчиков давления соединены с входами процессора, выходы которого через первые выходы электронного переключателя, соединенного с таймером, подключены к индикатору и устройству памяти, а вторые выходы электронного переключателя, соответственно, соединены с вычислительным узлом, выходы которого подключены к индикатору и коммуникационному порту.

Блок накопления, дополнительно введенный в устройство для измерения эффективной диффузии газа в угле, обеспечивает измерение и накопление данных о давлении из штыба угольного образца фракции R2, в то время как первый блок накопления обеспечивает измерение и накопление данных о давлении из штыба угольного образца фракции R1. За счет этого данное устройство обеспечивает одновременное измерение и накопление данных из штыба двух угольных образцов R1, R2.

Блок электронный дополнительно оснащен устройством памяти и вычислительным узлом для расчета эффективной диффузии D(t), что упрощает процесс измерения, поскольку обеспечивается оперативное определение эффективной диффузии газа в угле без предварительного тестирования угольного пласта в лабораторных условиях.

Соединение блоков и элементов блоков позволяет обеспечить измерение зависимостей давления газа от времени, передачу их в устройство памяти, дальше в вычислительный узел для расчета эффективной диффузии D(t) к индикатору и коммуникационному порту.

На фигуре 1 представлена блок-схема устройства.

Устройство для измерения эффективной диффузии газа D(t) в угле содержит корпус 1, внутри которого размещен блок 2 питания, блок накопления газа, включающий герметический контейнер 3 с пробоотборником 4, внутри которого находится штыб образца угольного пласта фракции R1 и датчик 5 давления. Также внутри корпуса 1 размещен электронный блок, включающий процессор 6, таймер 7 и управляемый им электронный переключатель 8. На внешней поверхности корпуса 1 расположена панель управления 9 с кнопкой 10, посредством которой включают блок 2 питания и таймер 7, задающий последовательность и длительность работы устройства. На внешней поверхности корпуса 1 также расположен индикатор 11 и коммуникационный порт 12 для подключения данного устройства к внешним устройствам. Кроме того, внутри корпуса 1 размещен дополнительный герметический контейнер 13 с пробоотборником 14, внутри которого находится штыб образца угольного пласта фракции R2 и датчик 15 давления, устройство памяти 16 и вычислительный узел 17. Блок 2 питания соединен с датчиками давления 5 и 15, процессором 6, таймером 7, электронным переключателем 8, панелью управления 9, индикатором 11, устройством памяти 16 и вычислительным узлом 17. Причем выходы датчиков давления 5 и 15 соединены со входами процессора 6, первой выход которого через электронный переключатель 8 может быть соединен или с индикатором 11 и устройством памяти 16, или с первым входом вычислительного узла 17, а второй выход, через электронный переключатель 8 может быть соединен или с индикатором 11 и устройством памяти 16, или со вторым входом вычислительного узла 17. Выходы вычислительного узла 17 соединены с индикатором 11 и коммуникационным портом 12. Кнопка 10 панели управления 9 соединена с блоком 2 питания, таймером 7 и электронным переключателем 8.

Заявляемое устройство работает следующим образом. В пробоотборник 4 размещают штыб образца угольного пласта фракции R1 размером 0,4-0,5 мм, а в пробоотборник 14 размещают штыб образца угольного пласта фракции R2 размером 1-1,6 мм. Пробоотборник 4 размещают в герметичном контейнере 3, а пробоотборник 14 размещают в герметичном контейнере 13. Дальше нажимают кнопку 10 на панели управления 9. Благодаря этому включается блок питания 2, электронный переключатель 8, который соединяет первый и второй выход процессора 6 с индикатором 11 и устройством памяти 16, и таймер 7 начинает отсчет времени, что может длиться от 15 до 30 минут для разных условий измерения. Из штыба образцов угольного пласта фракций R1 и R2 начинает выделяться газ, что при неизменном объеме герметичных контейнеров 3 и 13 приводит к постепенному повышению давления со временем. Отсчет давления P1i и P2i посредством датчиков давления 5 и 15, проводится с периодичностью 0.5-1 минуты, отображается на индикаторе 11 и заносится в устройство памяти 16. По окончании отсчета времени таймером 7 электронный переключатель 8 переключает первый и второй выходы процессора 6 на вычислительный узел 17 и полученные результаты давления P1i и P2i из устройства памяти 16 передаются на вычислительный узел 17. После этого вычислительный узел 17 прорабатывает результаты давления P1i, и P2i и рассчитывает эффективную диффузию газа в угле D(t).

Используя уравнение состояния идеального газа P V = m M R T при T, R, V=const, формула (1) записывается в виде:

где - R1, R2 - размер фракций образцов, R1<R2;

P1i, - текущее давление в кювете с углем фракции R1,

p2i - текущее давление в кювете с углем фракции R2,

Pk1 - конечное давление метана в кювете с углем фракции R1 по завершении измерения;

t - время измерения.

Исходя из того, что содержание метана в угле двух фракций одинаковое, а десорбция с меньшей проходит быстрее, за Pmax принимается давление Pk1 - конечное давление метана в пробоотборнике с углем меньшей фракции по завершении измерения.

Эксплуатационные испытания устройства проводились на пласте m3 в конвейерном штреке третьей западной лавы ПК 74+6,0 м. ОП "Шахта Чайкино ГП" «Макеевуголь» 09.10.2012.

Угольный пласт сложного строения. Марка уголь Ж. Угольный пласт m3 - опасный по внезапным выбросам, опасный по взрыву пыли, угрожаемый по горным ударам, не склонный к самовозгоранию, опасный по суфлярным выделениям метана. Природная газоносность 18-21 м3/т.

Бурили шпур по угольному пласту на глубину 1,3 м и прорабатывали, то есть буровая штанга проворачивалась без продвижения вперед до полного выхода горной массы. После этого продолжали бурение шпура до глубины 1,5 м и собирали измельченный уголь, высыпали его с шпура в кассету из сит с ячейками - размером 0,4 мм; 0,5 мм; 1,0 мм; 1,6 мм. Затем отсеивали на ситах гранулы размером 0,4-0,5 мм и 1,0-1,6 мм и помещали в пробоотборники до полного их заполнения. Время на все операции от начала бурения шпура по углю и перебуривания угольного пласта к заполнению пробоотборников не превышало 5 минут. Проводилась ежеминутная фиксация сведений десорбции метана из угля для каждой фракции. По завершении измерения происходил расчет эффективного коэффициента диффузии от времени выхода метана. Результаты измерения приведены в таблице (см. фиг. 2). Необходимо отметить, что результаты измерений, которые были получены посредством заявляемого устройства в шахтных условиях, близки к результатам измерений, полученных в лабораторных условиях и опубликованных в работе Греков С.П., Березовский А.А., Кошовский Б.И., Смоланов И.Н. Метановыделение из частиц угля в закрытых объемах. Горноспасательное дело. - Донецк. - 2002. - С. 56-65, а именно: D(t), измеренное посредством устройства, составляет 2,1·10-9 м2/с, а D(t), измеренное в лабораторных условиях, - 1,8·10-9 м2/с. Кроме того, измерения, проводимые в лабораторных условиях, значительно более сложные и продолжительные по времени, поскольку связаны с насыщением газом метаном угольных фракций и длятся от 20 до 25 дней.

Устройство для измерения эффективной диффузии газа в угле, содержащее корпус, внутри которого размещен блок питания, блок накопления газа, выполненный в виде герметичного контейнера с пробоотборником для штыба и датчиком давления, блок электронный, снабженный процессором, электронным переключателем и таймером, панель управления, индикатор и коммуникационный порт, например, USB, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным блоком накопления и датчиком давления, а блок электронный - устройством памяти и вычислительным узлом, причем выходы основного и дополнительного датчиков давления соединены с входами процессора, выходы которого через первые выходы электронного переключателя, соединенного с таймером, подключены к индикатору и устройству памяти, а вторые выходы электронного переключателя, соответственно, соединены с вычислительным узлом, выходы которого подключены к индикатору и коммуникационному порту.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу прогнозирования опасности выброса угля и газа посредством объединения различной информации, который можно использовать в очистных забоях угольных шахт.

Изобретение предназначено для определения начала обледенения жалюзи воздухоприемной решетки при исследовании тепловых процессов, осуществляемых в целях защиты от обледенения.

Изобретение относится к способу предотвращения и контроля внезапных зональных выбросов угля и газа из угольных пластов. Способ предотвращения и контроля внезапных зональных выбросов угля и газа, согласно которому разделяют район производства горных работ на зоны (5) производства горных работ путем распределения дефектов и складок в месторождении таким образом, что границы зон (5) производства горных работ по возможности располагаются в осевых частях дефектов или складок.

Изобретение относится к возведению перемычек в горнорудной промышленности, а более конкретно к устройству перемычек в подводящих выработках отработанных очистных лав и в выработках у запожаренных участков в газовых шахтах.
Изобретение относится к горной промышленности, борьбе с эндогенными пожарами. Техническим результатом является повышение эффективности способа предупреждения и подавления самовозгорания породных отвалов.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к борьбе с взрывами горючих газов в горных выработках. Техническим результатом является повышение эффективности способа предотвращения взрывов горючих газов, а также снижение расхода пенообразующей жидкости.
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для прогноза взрывоопасности отложившейся пыли в выработках газообильных шахт. Техническим результатом является повышение достоверности прогноза взрывоопасности отложившейся пыли в горных выработках пыли.

Изобретение относится к горному делу, а именно к повышению безопасности ведения горных работ. Технический результат достигается тем, что измерение относительного изменения радиационной температуры поверхности забоя пласта осуществляют дистанционно с расстояния 1,0-1,5 м через 3-5 м по длине лавы, при этом в каждой точке измерения к учету принимают среднее значение, полученное не менее чем в 30 циклах измерений, а границей защищенной зоны принимают расстояние от линии примыкания пласта к выработанному пространству до точки фиксации стабилизации значения радиационной температуры.

Изобретение относится к автоматизированной системе аэрогазового контроля в очистном забое шахты. Техническим результатом является минимизация опасности взрыва путем надежного выявления манипуляции с газовыми датчиками и предупреждения самовозгорания угля в забое.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для проветривания глубоких карьеров и эффективной очистки выдаваемого из рабочей зоны воздуха.

Изобретение относится к горному делу, а именно к подземной разработке месторождений полезных ископаемых. Способ включает бурение скважин по горным породам, размещение в них зарядов ВВ, формирование зоны разрушенных пород взрыванием пород. Из подходных выработок пробуривают скважины для размещения в них зарядов ВВ и для создания вертикального концентрированного заряда (ВКЗ) и управляемым направленным сотрясательным взрывом массив горных пород разгружают в заданном направлении. Подготовленный ВКЗ с трех сторон окружают демпферным слоем разрушенных горных пород, взрывая заряды ВВ, расположенные в пробуренных вертикальных скважинах, затем инициируют вертикальный концентрированный заряд (ВКЗ) и направленным взрыванием воздействуют сейсмовзрывом на зоны концентрации напряжений в горном массиве, а объем ВКЗ определяют по формуле. Изобретение позволяет повысить эффективность разгрузки удароопасных и структурно нарушенных участков месторождений полезных ископаемых для обеспечения безопасного ведения горных работ. 1 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к средствам предотвращения взрыва газа в угольных шахтах. Техническим результатом является обеспечение высокой надежности, практичности, легкости и удобства эксплуатации и повышение безопасности работы в угольных шахтах. Предложена система предотвращения взрыва газа в угольных шахтах, содержащая модуль (1) обнаружения газа для обнаружения концентрации метана и концентрации кислорода в верхнем углу рабочего забоя для добычи угля и по существу взрывобезопасный регулирующий клапан (2), электрически связанный с модулем (1) обнаружения газа. При этом по существу взрывобезопасный регулирующий клапан (2) электрически связан с устройством (12), выпускающим инертный газ в верхний угол рабочего забоя с целью уменьшения концентрации кислорода и концентрации метана. Кроме того, система содержит ветрозащиту для предотвращения попадания кислорода из входной вентиляционной выработки в верхний угол рабочего забоя для добычи угля. При этом модуль (1) обнаружения газа содержит по меньшей мере один датчик I (1-1), определяющий концентрацию метана, для обнаружения концентрации метана в верхнем углу рабочего забоя для добычи угля и по меньшей мере один датчик I (1-2), определяющий концентрацию кислорода, для обнаружения концентрации кислорода в верхнем углу рабочего забоя для добычи угля. А ветрозащита содержит мотор I (6-2), намоточный барабан, соединенный с выходным валом мотора I (6-2), и ветрозащитный экран, намотанный на намоточный барабан. При этом намоточный барабан расположен между двумя соседними отдельными гидравлическими стойками рабочего забоя для добычи угля по направлению добычи угля. Причем мотор I (6-2) расположен на отдельных гидравлических стойках рабочего забоя для добычи угля. При этом сторона выпуска взрывобезопасного регулирующего клапана (2) электрически связана с приводом I (6-1) мотора, и привод I (6-1) мотора электрически связан с мотором I (6-2). 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.
Группа изобретений относится к затвердевающему пеноматериалу, содержащему угольную золу, для предотвращений самовозгорания угля и способу его получения. Затвердевающий пеноматериал, содержащий угольную золу, для предотвращения самовозгорания угля содержит, мас.ч.: воду 40-60, угольную золу 100, порошкообразный состав, выделяющий газ в ходе химической реакции, 25-40, ускоритель 3-5, активатор 2-4, пластификатор 1-2, стабилизирующий пену состав 1, причем порошкообразный состав, выделяющий газ в ходе химической реакции, получен при следующем соотношении, мас.ч.: полугидрат сульфата кальция 24-35 и бикарбонат натрия 1-5, которые вступают в химическую реакцию с образованием инертного газа, т.е. газообразного диоксида углерода, с формированием таким образом вспененного известкового раствора; ускоритель получен при следующем соотношении, мас.ч.: глиноземистый клинкер 1-2, карбонат натрия 1 и обожженная известь 1-2, при этом глиноземистый клинкер состоит из следующих ингредиентов, мас.%: алюминат натрия 94, оксид алюминия 4, алюмосиликат кальция 2; активатор получен при следующем соотношении, мас.ч.: оксид магния 0,8-1,6 и хлорид магния 1,2-2,4; пластификатор получен при следующем соотношении, мас.ч.: лигносульфонат кальция 0,5-1 и продукт конденсации нафталинсульфоната и формальдегида 0,5-1, причем в продукте конденсации нафталинсульфоната и формальдегида содержание Na2SO4 составляет <3%; стабилизирующий пену состав получен при следующем соотношении, мас.ч.: бутиловый эфир этиленгликоля 0,2, нанокремний 0,3 и гидроксиэтилцеллюлоза 0,5; при этом время затвердевания указанного пеноматериала можно регулировать путем подбора массовых соотношений между ускорителем, активатором и пластификатором. Способ получения затвердевающего пеноматериала по п. 1 включает: этап 1: добавление 40-60 мас.ч. воды, 0,2 мас.ч. бутилового эфира этиленгликоля, 0,3 мас.ч. нанокремния и 0,5 мас.ч. гидроксиэтилцеллюлозы в специальную емкость для перемешивания А, перемешивание полученного раствора со скоростью 3000±100 оборотов в минуту при помощи мешалки в течение 2 мин с образованием однородного вспененного раствора; этап 2: добавление 100 мас.ч. угольной золы, 1-2 мас.ч. глиноземистого клинкера, 1 мас.ч. карбоната натрия, 1-2 мас.ч. обожженной извести, 0,8-1,6 мас.ч. оксида магния, 1,2-2,4 мас.ч. хлорида магния, 0,5-1 мас.ч. лигносульфоната кальция и 0,5-1 мас.ч. продукта конденсации нафталинсульфоната и формальдегида в смеситель для сухого перемешивания В, и перемешивание полученного порошка со скоростью 3000±100 оборотов в минуту в течение 3 мин при помощи мешалки с образованием перемешанного порошка; этап 3: добавление перемешанного порошка, полученного в смесителе для сухого перемешивания В, в однородный вспененный раствор в специальной емкости для перемешивания А, и перемешивание смеси со скоростью 12000±500 оборотов в минуту в течение 2 мин с помощью мешалки в специальной емкости для перемешивания А с образованием перемешанного жидкого известкового раствора, выдерживание перемешанного жидкого известкового раствора с образованием пены, с получением затвердевающего пеноматериала, содержащего угольную золу, для предотвращения самовозгорания угля. Технический результат - создание затвердевающего материала с низким коэффициентом теплопроводности, высокой прочностью на сжатие, хорошим теплоизолирующим эффектом, а также способного понижать концентрацию кислорода в остаточном пространстве угля. 2 н.п. ф-лы, 3 пр.
Наверх