Датчик контроля скрытой границы породы-уголь

 

(72) Авторы изобретения

3. А. Черняк, А. М. Онищенко и В. И.

»»»

»и

5 1 1,Я.". .» ..

Ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового,;;-:, ;;, Красного Знамени институт горного дела

А к (7!) Заявитель (54)ДАТЧИК КОНТРОЛЯ СКРЫТОЙ ГРАНИЦЫ ПОРОДА-УГОЛЬ

Изобретение относится к автомати зацин технологических процессов в горной промыпщенности, точнее к основным элементам систем автоматического управления, положением,угледобывающих машин в профиле угольного .пласта.

Известны датчики контроля скрытой границы порода-уголь, приницип действия которых основан на регистрации обратно рассеянного гамма-нэлу3Р чення искусственного изотопа (lg.

Однако применение изотопов в условиях очистного забоя создает определенные ограничения в использовании указанных устройств, связанные.

И с необходимостью обеспечения биологи ческой защиты от действия ядерного излучения.

Указанный недостаток устранен.в датчике контроля скрытой границы порода-уголь, основанном на регистрации естественного гамма-излучения угля и вмещающих пород н на отличии . плотности потока регистрируеиого гамма-излучения от угля .и от породы 2 .

Датчик включает сцинтиплятор,сочлененный с фотоумножителем, которые поиещены в защитный «о«ух с коллимационным отверстием, обращенным к контролируемой поверхности. Это устройство является наиболее близким к настоящему изобретению по технической сущности.

Недостатком известного устройства является влияние колебаний воздушного зазора между датчиком и контролируемой поверхностью íà по-, казания датчика, что привело к ие обходимости предусматривать в известном устройстве дополнительнйй.ультразвуковой датчйк .для определения величины воздушного зазора.

Целью настоящего изобретения являетоя повышение точности измерения за.счет компенсации влияния колебаний воздушного зазора и расширения диайазояа «змерений.

861592

t„=(o,а-о,ь)в

Поставленная цель достигается тем, что коллимационное отверстие выполнено в виде усеченного конуса, а сцинтиллятор установлен соосно на меньшем основании конуса, диаметр ко торого равен диаметру сцинтиллятора, при этом апертура конуса и диаметр сциитиллятора выбраны иэ следукщих условий:

,ее -в„ал,с8, Е -Е„,, где d — диаметр меньшего основания конуса; д - диаметр сцинтиллятора; ,ц - диаметр большего основания конуса;

- полуразность диаметров оснований коллиационного от- верс тия, 6 -толщина кожуха на стороне коллимационного отверстия.

На фиг. 1 схематически показан датчик контроля скрытой границы порода.уголь в случае, когда устройством контролируется толщина 11 угольной о пачки, оставляемой в кровле вынимае" мого пласта; на фиг. 2 приведены экспериментальные зависимости показаний датчика от величины воздушного зазора(э ) при толщине угольной пачки (4 уг ) 0,50. и 150 мм для 8„0, 27 и 4„5,7 6> В„> на фиг. 3 нрйведены экспериментальные зависимости показаний датчика скорости счета. от воздушного зазора(Иуг0) при следующих соотношениях для апертуры конуса и диаметра сцинтиллятора, кривая

1 - при Р 0; сМ ЭЗОВУ кривая П вЂ” при е -0 и а 1,38<, криsan Ш - при Е, -0,718 g и а, -1,2 8уВ., кривая lу — прн 8 3,7Eg и 4„8,76 -8„; кривая У - дпя 8., 0,276 и d 5,7 -C„,, . Датчик представляет собой детектор гамма-излучения, состоящий иэ сцинтиллятора !, сочлененного при помощи световода 2 с фотоэлектронным умножителем 3. Детектор гамма-излучения помещен в защитный кожух 4, имеющий коллимационное отверстие с угловой апертурой с1.. Коллимационное отверстие с большим диаметром ф и меньшим диаметром равным диаметру . ацинтиллятора 6., s случае контроля границы порода-уголь s.3:ðoâëå или почве вынимаемого пласта угля обращено соответственно в кровле или

1 почве. Толщина кожуха на стороне коллимационного отверстия равна 6g .

Работа датчика контроля скрытой границы порода-уголь основана на том, что естественная радиоактивность вмещающих пород. превосходит естественную.радиоактивность углей.

Рассмотрим работу устройства, пока1О заниого иа фиг.l.

Регистрируемая детектором интенсивность состоит нз пяти основных составля"щих J p J„o еоь, -1 пр Qac

З,зт,3 ц. „. Интенсивность Эру, обусловлена прямыми гамма-квантами, попадающими в сцинтнллятор из объема породы. кровли, ограниченного пределами прямой видимости тени .коллимационного отверстия с апертурой 4.: пути этих гамма-квантов (а)ноказаны на фиг. l сплошными линиями со стрелками, Интенсив-. ностьЭ н иъ обусловлена прямыми гамtlé 11@А, .ма-квантами, попадающими в сцннтилля2з тор из объема породы кровли, ограниченного пределами полутени коллимационного отверстия с анертурой(9-4), пути этих гамма-квантов (б) показаны на фнг. l сплошными линиями со стрелками. Интенсивность обусловлена гамма-квантами, попадающими в сцинтнллятор иэ объема породы кровли, ограниченного пределами прямой видимости коллимационного отверстия с апертурой *, н рассеянными на поверхности стенок или в объеме стенок коллимационного отверстия: пути этих гамма«квантов ,!соответственно (с) н (dl„) показаны на фиг. пунктирными линиями со

40 стрелками. Интенсивность 3, обусловлена гамма-кьантами, попадающими в сцинтиллятор иэ объема породы кровли, лежащего за пределами теки, которые прошли через стенки коллимациониого отверстия без рассеяния: пути этих гамма-квантов(6) показаны на фнг, 1 штрих-пунктирными линиями со стрелками (кванты натекания). ИнтенсивностьЗ„ обусловлена гамма" квантами, попадающими в сцинтиллятор из объема породы кровли, лежащего за пределами тени, и которые прошли через стенки коллимационного отверстия, притерпев хотя бы один акт рассеивания; пути этих гамма-квантов() показаны на фнг. 1 штрих-пунктирными линиями со стрелками (кванты нате-! канин рассеянные). Составляющие интен5 861592 . сивностн, обусловленные гамма-кванта- практически не изменяется и, наконец, ми as других направлений отсутст- при дальнейшем увеличенииIIg до%

4 Е. 8ЪМесцс вуют, так как сциитиллятор помещен интенсивность падает. При средних в защнтный кожух. Каждая из состав- значениях * и Р величина прироста ляющих регистрируемой:датчиком иитен- .интенсивиостиИ у от изменения%щ. ,сивности .сложным образом зависит от .в пределахЪ0 . - 0 будет меньше

13.пйтГ Явсь величины воздушного зазора $ 0, между аналогичных коллимационного отверстия. плоскостью коллимационного отверстия и контролируемой поверхностью. Это обуслвлено следующ,м, причнаки:во- I0 На основании Установленных зависи.мостей от регистрируемой детектором интенсивнос гн методика оптимизации тени н полутени и растет количество гамма-квантов, излучаемых этими датчика контроля скрытой. границы порообъемами; во-вторых, с ростом 4 да-уголь может быть следующей.В зави" растет среднее расстояние от места IS симости от типораэме а датчика по возникнования гамма-квантов до сцинтилбыстродействию выби ают. площа ь с итиллятора (при увеличении площади лятора; в третьих, с ростом 11 из ЬЪ. меняются углы падения гамма-квантов на с нт лятор и, следовательно, рость счета импульсов с детектора ие регистрируемая детектором интенсив-. 20 следовательно увеличивается тенсивности падает с ростом толщины с фотоумножителем помещают в защит« угольной пачки yrh. так как при про- ный "î à*óõ с коллимационным отверсхожденйи через слой угля гамма-кванты поглощаются, рассеиваются.При уве- 23 личении 4 Г увеличивается число мера датчика но диапазону изменения гамма квантГОВ, прикодящих в сцин я- ВоэДушного зазора Устанавливают энатор из пачки угля. Но так как естест ченняЬ . иЬ .Датчик аснолагают венная радиоактивность угля эначнтель- 1Ъ91ъ1п 1 8Ъщ ( на расстоянии q ю йл последних приводит лишь к уменьше- OT контролируемой поверхности (при. нию чувствительности к угольной пач- среднем значении толщины пачки угля1 ке, но не .компенсирует уменьшения Изменяя величину воздушного зазора в излучаемых породой гамма-квантов. обе стороны отЬя определяют хаВЪср.

Анализ зависимостей каждой из пяти 3S р«Тер изменения сигнала с датчика, составляющих интенсивности от воздуш- При этом возможны три случая: 1) при ного зазора.11 позволил установить изменениях pion. в обе стороны от что зависимость суммарной регнст-. Ъ0 сигнал уменьшается; 2 при уменьРиРУемой датчиком интенсивности от шенин отЬ1 сзсигнал УменьшаетсЯ, ф0 может быть монотонно падающей, 40 а прн увеличении " увеличивается ° монотонно возрастающей н инверсион- . 3) при уменьшении 1 0 от110 сигнал ной. При малых апертурах 1. и р . .увеличивается, а прй увеличенииЭЪ ср. зависимость уменьшается. Если имеет место случай 1 то величина 4 - и является опти .) „р.1 +:1пр рш .+ г + H,ррах,.— мальиой. Если имеет кесто случай 2, то необходимо уменьшить . и снова определить характер зависимости будет монотонно падающей(с Ростом . сигнала отав ..Если имеет место слуЪ монотонно уменьщаетсядоумм,) чай 3, то необходимо увеличить d.„u

При больших апертурах 4 и Р с :снова определить характер зависимости ростом воздушного зазора в seÀeaaho сигнала ото .. Последовательными

50 условиями работы датчика предела . . изменениями угловой добиваются такого

ВЕЛИЧИНа м бУДЕт МОНОТОННО УВЕ . ПОЛОжЕИИЯ КОГДа ПРИ ИЭМЕНЕНИЯХ g

ЭЪ личнваться. При средних значениях < . в обе стороны от среднего значения и jb на зависимости Jc "-N(%gg) сигнал изменяется в одну и ту же сто" наблюдается инверсия: сначала c poc рону имеет место случай 1. На этом

SS том Ъ з отФ0 щ1„до IIg> cI. » «c» процесс оптимизации заявляемого датность растет, затем при изменениях вблизи ЬО,З интенсивность чика контроля скрытой границы порода-. уголь заканчивается.

861592 8 ч а ю щ н и с я тем, что, с целью повышения точности измерения эа счет компенсации влияния колебаний воздушного зазора и расширения диапазона измерений, коллимацнонное от,верстие выполнено в виде усечейного конуса, а сцинтнллятор установлен соосно на меньшем основании конуса,диаметр ф которого равен диаметру сцин1О тиллатора, при этом апертура конуса и диаметр сцннтиллятора выбраны ,,из следующих условий:

Ф1 (М-©,b)Cg

1,ВФ -Ь а à,аВ,4e -e„1

Формула изобретения

Теперь но изменениям регистрируемого детектором потока гамма1 излучения судят о расстоянии от датчика до контролируемой поверхности.

Соотношение между величиной изменения сигнала с датчика и степенью изменения расстояния от контролируемой поверхности определяют в процессе градуировки датчика, Использование датчика позволит повысить точность измерений за счет компенсации влияния колебаний. воэдуш ного зазора и расширения диапазона измерений.

Реализация устройства для контроля И скрытой границы порода-уголь в системе автоматического вождения угледобывающих машнн по гипсометрии плаСта позволит получить экономический эффект в размере 50 тыс.руб. в год 20 на один автоматизированный комбайн.

Датчик контроля скрытой границы порода-уголь, основанный на различии астественной радиоактивности угля и породы, содержащий сциитиллятор и сочлененный с ним фотоумножитель,раз- щ мещенные в защитном кожухе с коллимационным отверстием, обращенным к контролируемой поверхности, о т л игде 4 - диаметр меньшего основания конуса;

6 - диаметр сцинтиллятора;

Р- диаметр большего основания конуса, 3= "- полуразность диаметров основа„- - п иий коллимациониого отверстия1

Q- толщина кожуха на стороне коллимационного отверстия.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Патент ФРГ Ф 2332169 кл. Е 21 С 35/О8, опублнк.1974.

2. Иатент Великобритании

В 1526028, кл. Е 1 F, опублик. 1978,