Устройство контроля положения рабочего органа машины относительно границ рудного тела

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< >972090 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 24. 03. 80 (2l ) 2939606/22-03 с присоединением заявки ¹вЂ” (23) Приоритет

Опубликовано 07. 11. 82. Бюллетень № 41 (53}M. Кл.

Е 21 С 35/24 Ьеударствснный комитет

СССР но делен нзооретеннй и открытий (53) УДК622.232. .72(088.8) Дата опубликования описания 07. 11.82

I (72) Авторы изобретения

В.В.Гончаров, В.А.Смагин, Н.Г.Рыбочкин и P.È.Халееа (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО 1(ОНТРОЛЯ ПОЛО)КЕНИЯ РАБОЧЕГО

ОРГАНА МАШИНЫ ОТНОСИТЕЛЬНО ГРАНИЦ РУДНОГО

ТЕЛА

Изобретение относится к контролю, дистанционному управлению и автоматизации выемки полезных ископаемых и может быть применено при отработке руд, обладающих естественной радиоактивностью.

Известно устройство контроля за границей уголь - порода, содержащее разделенные защитным экраном источник и приемник гамма-излучения. В основе работы устройства использовано различие в коэффициентах отражения гамма-излучения от угля и породы fl), Применить известное устройство при отработке радиоактивных руд не представляется возможным ввиду наличия естественного гамма-излучения, мешающего нормальной работе прибора °

Известно также устройство контроля положения бурошнековой машины относительно границ пласта, содержащее детектор гамма-излучения, установленный в контейнере-коллиматоре, пред2 усилитель, амплитудный дискриминатор и интенсиметр.

Положение рабочего органа машины (в данном случае бурошнековой) относительно границ пласта определяется по ранее пробуренной скважине, в которую вводится самоходная платформа.

На платформе размещены три датчика гамма-излучения, заключенные в свинцовый защитный экран с тремя коллима1о ционными отверстиями. Направленный прием гамма-излучения осуществляется каждым датчиком соответственно от верхней и нижней приграничных и от центральной зон пласта, что обеспечивается направлением осей коллимационных отверстий, Платформа транспортирует датчики по всей длине скважины, а сигналы от них поступают в блок обработки информации, выполненный по обычной схеме радиометра (усилитель, формирователь, интенсиметр), и регистрируются .на ленте самописца. Записанные значения интенсивности от

3 97209 верхних и нижних приграничных зон пласта сопоставляются между собой, в результате чего определяется отклонение скважины к верхней или нижней границе. Боковой датчик, регистрирую. щий уровень излучения от центральных зон пласта, служит для фиксации выклиниваний пласта (2 J.

Известное устройство обладает рядом недостатков, Положение рабочего 1О органа (в данном случае бурошнековой скважины) относительно верхней и нижней границ пласта определяется сравнением уровней интенсивности излучения от соответствующих приграничных зон. Это возможно в процессе бурошнековой выемки, когда диаметр скважины ненамного отличается от мощности пласта. Устройство четко отмечает уход скважины к верхней или нижней границе, если между поверхностью скважины и верхней и нижней границами пласта остается ненасыщенный излучающий слой.

Однако во многих случаях ненасыщенный слой остается только у одной границы, например при слоевой выемке мощных пластов узкозахватными комбайна" ми. В этом случае между рабочим органом и другой границей пласта в процессе работы выемочной машины толщина слоя больше насыщенного и движение рабочего органа к этой границе не вызовет изменения уровня интенсивности от этой зоны.

Таким образом при выемке мощных и средней мощности пластов известное устройство позволяет судить о приближении (или удалении) к одной из границ по изменению уровня сигнала в одном из радиометров. Но изменение уровня сигнала может быть вызвано не

40 только приближением к границе (уменьшением излучающего слоя), но и уменьшением содержания излучающего вещества в полезном ископаемом. Ввиду того, что содержание излучающего ве45 щества в полезном ископаемом изменяется в широких пределах даже на длине лавы, достоверность определения положения рабочего органа относительно одной границы недостаточна.

По той же причине неэффективная работа бокового датчика с его помощью можно лишь зафиксировать выклинивание пласта, когда рабочий орган уже внедрился s неизлучающую горную массу, а определить заранее приближение к неизлучающему участку нельзя. Внедрение рабочего органа в неизлучающий

0 4 участок нежелательно, так как отбойка неизлучающей породы приводит к разубоживанию полезного ископаемого.

Кроме того, на некоторых месторождениях в рудных телах встречаются посторонние включения., по твердости значительно превышающие твердость руды. Встреча рабочего органа выемочной машины с этими включениями может привести к поломке режущего инструмента. Известное устройство не дает информации о приближении рабочего органа к посторонним включениям.

Цель изобретения — повышение точности и расширение функциональных возможностей устройства.

Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено вторым амплитудным дискриминатором с нижним порогом ие менее 400 кэВ, вторым интенсиметром, ячейкой запрета, блоком деления, пороговым устройством и блоком индикации, причем выход предусилителя через второй амплитудный дискриминатор подключен на вход второго интенсиметра, выходы обоих интенсиметров соединены с входами блока деления, выход которого соединен с входом порогового устройства, на выход последнего подключен блок инди.кации, а выходы амплитудных дискрими наторов соединены между собой через ячейку запрета.

На фиг. 1 показана установка устройства на выемочном комбайне; на фиг. 2 — функциональная схема устройства; на фиг. 3 - аппаратурный спектр излучающей среды и нормированный к нему спектр точечного источника; на фиг. 4 — импульсы напряжения на выходе предусилителя при насыщенном слое руды; на фиг, — то же, при приближении рабочего органа горной машины к границе рудного тела.

Устройство 1 установлено на выемочной машине комбайне) 2 таким образом, что зона 3 опробования забоя расположена перед рабочим органом 4. Глубина зоны опробования, соответствующая толщине насыщенного слоя излучения, для большинства горных пород составляет 40-60 см, что в общем соответствует захвату рабочего органа узкоза-. хватных комбайнов. Поэтому возможно разместить предлагаемое устройство на комбайне так, как показано на фиг. 1. В случае большого захвата, а также для других машин, например проходческих или фронтальных, воз97209 можна иная установка устройства..Его можно, например, встроить в рабочий орган.

Устройство содержит детектор гаммаизлучения, например, в виде сцинтилляционного кристалла 5, сочлененного с фотоумножителем 6, которые установлены в цилиндрическом контейнере-коллиматоре 7. Контейнер-коллиматор 7 коллимационным отверстием повернут в о с.. ону эоны 3 опробования. К выходу фотоумножителя 6 подкпючен предусилитель 8, выход которого соединен с входами первого амплитудного дискриминатора 9 и второго амплитудного 1з дискриминатора 10, выходы которых через эмиттерные повторители 11 и 12 соединены с входами блоков, дозирующих емкостей 13 и 14 и интегрирующих контуров 15 и 16. Соединение эмиттер- 2р ный повторитель 11, блок дозирующих емкостей 13 и интегрирующий контур

15 составляет первый интенсиметр 17 а соединение блоков 12, 14 и 16 представляет собой второй интенсиметр 18. gg

Выходы амплитудных дискриминаторов 9 и 10 соединены между собой через ячей-. ку 19 запрета.

Блок 20 деления состоит из операционного усилителя 21 (например, типа зо

140УД7) и аналогового перемножителя

22 (например, на базе интегральной схемы 52511CI и нормирующих резисторов

R3 и R4). Выходы интенсиметров 17 и

18 соединены с входами блока 20 деле

35 ния. Выход блока 20 деления соединен с входом порогового устройства 23, на выход которого подключен блок 24 индикации (например, в виде двух лампочек 25). Предусилитель 8 включен между фотоумножителем 6 и параллельно соединенными каналами 17 и 18 обработки информации, выполнен на транзисторе, включенном по схеме с общей базой, и служит для согласования выходного сопротивления детектора (кристалл 5, фотоумножитель 6) с входным сопротивлением каналов 17 и 18.

Уровень дискриминации в дискрими50 наторе 9 установлен подачей порогового напряжения U-, а в дискриминаторе 10 — напряжейия U;. В дискриминаторе 10 уровень дискриминации соот- ветствует энергии гамма-квантов, равЯ ной 400 кэВ, т. е. в этом канале отсекается мягкая часть гамма-излучения.

B дискриминаторе 9 порог настроен на энергию порядка 20-50 кэВ, чем обес0 6 печивается отсечение собственных шумов фотоумножителя.

Уровни дискриминации для примера показаны на фиг. 4 и 5, где на графиках по оси абсцисс отложено время t, а по оси ординат - энергия гаммаквантов E и примерно соответствующая этим энергиям амплитуда напряжеййя импульсов 0 на входе дискриминаторов.

Импульсы на фиг. 4 и 5 йокаэаны в вида пилообразной кривой, при этом ко),ячество импульсов в единицу времени, nj. порциональное площадям под кривыми 1 и 1! на фиг. 3, было подсчитано отдельно для мягкой части излучения (до 400 кэВ) и для жесткой части (более 400 кэВ). Для графика, приведенного в качестве примера (фиг. 3), получено количество импульсов в секунду под кривой 1, усп.ед., До 400 кэВ 13

Более 400 кэВ 0,66 и количество импульсов в секунду под кривой 11, усл. ед.:

До 400 кэВ 5

Более 400 кэВ 0,65

Устройство может содержать несколько коллимированных датчиков гаммаизлучения в зависимости от того, что необходимо определять: приближение к верхней или нижней границе пласта или приближение к месту выклинивания пласта или к постороннему включению в пласте. В дальнейшем описано устройство, включающее один датчик, ориентированный в сторону движения рабочего органа выемочного комбайна, т. е. устройство, показывающее приближение к месту выклинивания пласта или к постороннему включению. Поскольку работа устройства протекает одинаково как для обнаружения выклинивания, так и для обнаружения постороннего включения, то ниже описан только случай наличия в рудном пласте постороннего включения.

Работа устройства происходит следующим образом.

При движении комбайна 2 опробуется забой перед рабочим органом 4. Излучение преобразуется кристаллом 5 с фотоумножителем 6 в электрические импульсы, которые подаются через звено

8 согласования на работающие параллельно каналы 17 и 18 обработки информации. Через канал 1о проходят только импульсы жесткой части излучения, а через канал 17 только мягкая часть

972090 излучения (меньше 400 кэВ). Интенсивности как мягкой, так и жесткой частей излучения пропорциональны среднему содержанию излучающего вещества в зоне опробования. Это содержание может5 меняться в пласте полезного ископаемого от участка к участку. Чтобы исключить влияние этого изменения на

I работу устройства, в блоке 20 деления происходит деление сигнала 3 В на сиг-io нал 3„ (мягкого к жесткому).

В результате сигнал на выходе блока сравнения оказывается пронормированным на единицу содержания. При этом значение отношения 38/3> устанав- 15 ливается в начале работы комбайна опробованием зоны забоя, где заведбмо нет посторонних включений.

Импульсы с выхода дискриминаторов

9 и 10 поступают через эмиттерные пов2О торители 11 и 12 на дозирующие емкости 13, 14 и интегрирующие контуры 15, 16, при этом на выходе .интегрируюцих контуров появляется сигнал, пропорциональный скорости счета импульсов в каналах 18 и,17 соответственно (сигналы Зт и ЗВ) °

Если рабочий орган 4 комбайна 2 находится на значительном расстоянии от постороннего включения, то зона 3 on-30 робования датчика устройства полностью расположена в излучающей горной мас-. се, а спектр излучения соответствует кривой I на фиг. 3. Соответствующее этому спектру число импульсов в

35 секунду для жесткого излучения, например, равно 0,66, а для мягкого излучения .13 (фиг. 4). Сигнал Э на выходе канала 18 будет пропорционален

0,66, а сигнал 1В пропорционален 13. ®

Сигналы поступают в блок 20 деления, где происходит деление одного сигнала . на другой. На выходе блока 20 сигнал

ЗВ будет соответствовать величине Ý

3 т 45 — = 0 усл. ед. При этом эначеО, Ь6 нии пороговое устройство 23 включает ту сигнальную лампу 25 блока 24 индикации, которая указывает, что рабочий

$0 орган комбайна далек от границы рудного, тела.

Приближение рабочего органа 4 комбайна к постороннему включению вызывает перекрытие части зоны 3 опробо55 вания посторонним неизлучающим вклю— чением. Глубина излучающего слоя, воздействующего на устройство, уменьшится, уменьшится и доля рассеянного излучения, т. е. относительное количество многократно рассеянных квантов.

Спектр излучения приблизится к спектру точечного источника, т. е..к спектру под кривой II на фиг. 3. Спектры излучающе-поглощающего пространства и точеного источника отличаются в основном в низкоэнергетической части

Поэтому скорость поступления жестких квантов практически останется той же т. е. 3 будет по-прежнему пропорционально 0,66, а количество мягких кван тов уменьшится и составит в рассматриваемом примере 5 имп/с фиг. 5

На выходе блока сравнения появится В 5 сигнал = — =В. Пороговое уст31 066 ройство 23 перейдет во второе состоя-, ние и загорится вторая сигнальная лампа блока 24 индикации, указывающая на приближение рабочего органа 4 комбайна к постороннему включению.

Устройство обеспечивает контроль при отработке мощных пластов, когда необходимо следить эа приближением к одной иэ границ: либо к верхней, либо к нижней. Кроме того, с помощью устройства судят о приближении рабочего органа к месту выклинивания рудного тела и к месту расположения постороннего включения в руде.

Экономическая эффективность от применения устройства определяется уменьшением разубоживания, от того, что с его помощью возможно останавливать выемочную машину перед местом выклинивания пласта. Это дает возможность выявлять твердые посторонние включения до встречи с ними рабочего органа комбайна, что позволяет исключить поломки режущих зубков и увеличить коэффициент использования машинного времени выемочной машины.

Формула изобретения

Устройство контроля положения рабочего органа машины относительно границ рудного тела, содержащее детектор гамма-излучения, установленный в контейнере-коллиматоре, предусилитель, амплитудный дискриминатор, интенсиметр, в котором выход детектора через предусилитель и амплитудный дискриминатор подключен на вход интенсиметра, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля и расширения функциональных возможнос972090

Фиг. 1

Фиг 2 ей устройства оно снабжено вторым амплитудным дискриминатором с нижним порогом не менее 400 кзВ, вторым интенсиметром, ячейкой запрета, блоком деления, пороговым устройством и бло- ком индикации, причем выход предусилителя через второй амплитудный дискриминатор подключен на вход второго интенсиметра, выходы обоих интенсиметров соединены с входами блока де- IВ ления, выход которого соединен с входом порогового устройства, на выход последнего подключен блок индикации, а выходы амплитудных дискриминаторов соединены между собой через ячейку запрета.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Рудановский А. А., Черняк 3. А.

Радиоизотопный метод контроля границы порода — уголь. - Торные машины и автоматика", 1966, Е 9, с. 68-69.

2. Авторское свидетельство CCCP

348956, кл. G 01 V 5/ОО, l976 (прототип).

Ф 0 и %

200 ÌÎÎ бОО 600 1ООО 12М 1ИО f6È 1ИР 7ОЙ7 2200 2ФОО Е,изб

4hz.ä

ЕукФ Ilpa

2ФЮ

Фиг. 5

ВНИИПИ Закэказ 8504/20 Тираж á2 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, мл. Проектнм, 4