Способ контроля границы уголь-порода
Союз Советсимн
Соцмалмстмческмк
Реслублмм
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
< 97777! (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 11.06.81 (21) 3301315/22-ОЗ с присоединением заявки Рй (23) Приоритет
Опубликовано 30.11.82. Бк>ллетень № 44
Дата опубликования описания 30.11.82 (5))M. К.д.
Е 21 С 35/24
9кударетаенвй камнтет
СССР
ll0 ANaM нзобретеннй н аткрытнй (5З) УД К 622.232..7 2 (088. 8 ) I
М. П. Тонконогов, В. А. Векслер и А. Д, Аязбаев (72) Авторы изобретения
Карагандинский ордена Трудового Красного..., Знамени политехнический институт (7! ) Заявитель (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ГРАНИБЫ УГОЛЬ-ПОРОДА
Изобретение относится к определению границы раздела твердт, х сред по физическим свойствам, точнее - границы раздела угля и вмещающих пород для вождения горных машин по пласту.
Известен способ контроля границы а уголь-порода, основанный на измерении тангенсиального усилия, действующего на измерительный зубок исполнительного органа горной машины в процессе резания угдя, в котором. дополнительно измеряют осевое усилие на измерительный зубок. Затем осевое и тангенсиальное усилия суммируют и по его величине (путем сравнения с заданной величиной суммы, соответствующей вреэанию исполнительного органа в породу) устанавливают момент врезания исполнительного органа в породу Г1).
Недостатком способа является необхо- zo димость использования специального ненадежно".о измерительного резца и низкая точность ввиду сильных вариаций проч -. ностных свойств угля и породы.
Известен способ контроля границы уголь-порода, основанный на измерении физических, свойств границы уголь-порода с последующим сравнением с заданными свойствами, в котором в пласт излучают одновременно 2 радиоволны, отличающиеся по частоте в 5-10 раз, измеряют сопротивления излучаемых радиоволн, определяют разность измеренных сопротивлений и по величине разности, путем сравнения ее с заданной разностью, контролируют границу уголь-порода (2).
Недостатком этого способа является низкая надежность контроля границы уголь-порода с его помощью, так как оба сопротивления зависят от одних и тех же физических свойств угля или породы и оба имеют одинаковую качественную зависимость от влияющих физических величин.
Цель изобретения - повышение надежности контроля границы уголь-порола, Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля границы уголь3 9777 порода„основанном на измерении ее физических свойств зачинают и обезвоживают участок KpoBTIH или почвы и одновременно измеряют . удельное электрическое сопротивление, диэлектрическую проницаемость и угол диэлектрических потерь, по ним определяют интегральное свойство и по его величине кднтролируют границу уголь-поройа.
Для повышения точности контроля йи- щ электрическую проницаемость измеряют на частоте выше 10 Гц, а угол диэлек6 трических потерь измеряют на частоте ниже 10 Гц.
На фиг. 1 показаны доверительные 15 области изменения вектора углей (1) и пород (2); на фиг. 2 — схема устройства для контроля границы уголь-порода, реализуюшего способ.
Устройство для реализации способа р0 (фиг. 2) содержит фрезу 1, мощный СВЧ (или инфракрасный) излучатель 2, и датчик 3 свойств, включаюший первичные измерительные преобразователи удельного электрического сопротивления, диэлек- д трической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь. Датчик 3 свойств устанавливают на обработанный с помошью фрезы 1 и обезвоженный с помошью излучателя 2 часток кровли или почвы пласта (на фиг. 2 показана установка датчика свойств 3 на кровле пласта). Датчик 3 свойств соединен с входом измерительного устройства 5, выход которого соединен с входом измерительно-командного устройства 6 (АКУ), уп35 равляюший сигнал которого воздействует на исполнительный орган 4.
Определение границы уголь-порода проводится следуюшим образом.
С помошью специального устройства
Ю
1 (фреза) подготавливают небольшой участок кровли или подошвы забоя, соот- ветствуюший размерам датчика. Для измерения свойств производится зачистка от штыба и выравнивание поверхности-до достижения необходимой плоскостности, затем этот участок сушится мошным
СВЧ излучателем 2 (или другим способом). Поскольку электроды имеют размер см, эта операция занимает не2 сколько секунд, Затем датчик 3 свойств перемешаюшийся вместе с исполнительным органом 4, подводится и прижимается к подготовленному участку забоя. Измерительное устройство 5 с заданной периодичностью опрашивает датчик и передает поступаюшую от него информацию о свойствах р„, 9>, р в анализирующее71 4 командное устройство (АКУ) 6, где осуществляется идентификация материала, находяшегося в поле датчика, с той или иной поройой путем сравнения поступаюшей информации с заложенной в АКУ информацией (фиг. 1). Затем в соответствии с принятым в АКУ решением передается команда на корректировку положения исполнительного органа комбайна. Гаким образом, использование данного способа сводится к выполнению следуюших операций.
Подготавливается участок размеров см для измерения свойств. Одновре2 менно измеряется ряд свойств среды, контактируюшей с датчиком, например, 9„,9 ., 9g на установленных заранее частотах, при которых уголь и порола в наибольшей степени отличаются друг от друга.
Полученная с помощью датчика информация о свойствах сред поступает в АКУ, например, в вычислительную машину, Сравнивая поступаюшую информацию с имеюшимися в АКУ сведениями о параметрах областей отличия углей и породы, АКУ
:идентифицирует среду с углем или породой, Чтобы провести идентификацию, необходимо правильно выбрать частоты, на которых измеряется р и 9> и провести градуировку устройства на данном месторождении угля. Эти операции осуществляются разработчиком аппаратуры до проведения собственного контроля границы уголь-порода по предлагаемому способу.
В результате исследования электрических свойств сухих карагандинских углей, песчаников, аргиллитов и алевролитов был разработан метод построения доверительных зон значений диэлектрической проницаемости и угла диэлектрических потерь в зависимости от удельного электрического сопротивления при различных температурах и частотах. Эти величины оказались связанными сильными корреляционными зависимостями.
Система уравнений для вычисления доверительных границ диэлектрической проницаемости в зависимости от температур (Т, К) и частоты (Z= 977771 1р= Ес„.z 1-7 к Здесь о1 - удельное сопротивление в логарифмическом масштабе. Значение коэффициентов, фигурирующих в (1), для углей и песчаников приведены в табл.1-3.. ::,Таблица 1 аоо а01 а,2 а„о а12, а12 а20 а,1 а22 а1 Ь-1 С о4 - 04 Угли 388 -108 7,89-71,2 19,9 -1,43,32 0 917 0,065 ., 190088,,4,96 -1,1. Песча ники 667 -163 10,2 -126 26,4 -1,2 5,65 -0,85 0,0 0,8:6,75 -8,79 Таблица 2 %оф % о1 %o2 Чно 11 %12 " %2о 4< 10 22 "о Угли 97,9 -27,8 2,02 -20,9 5 94 -4,3 2 1 61 -4,58 33,2 6,49 Песча-. ники 54 2 21,3 --4,68 -11,4 -5 1 10 8 0,686 3 07 -65,0 8,3 Табли ца 3 С2 Сд -10 С1 ° 10 Сэ -10 С6-10 С- .10 С -10 С9. 10 -2,78 0,791 -5,75 11,8 -4,2 0,34 -5,51 .2,27 -0,176 Угли Песча-. ники 1,63 -2,13 30,5 5,56 -2,87 0,329 -2,27 2, 27 -0,3 р =(gled (р,2, т)= Ч (Я; z, 1+ (т-291)b + j1+aL(7-320) Ь 1" 232 т-29а Ч{Р„,2,.) - ij Р1 " „ 1=0 j=0 5 к Е». 1П1 р„2 ii0 j=O 2 2 f(P 2,297)= Е а1jР „2+ 11 i=O =0 1 2 q. ð 2 +/р-и/Cñ-z 1-O =О i=O 2 2 дд.-a+a(i-268ð) /e K a„jpIz ñ/ 1=0 3=0 Аналогично записывается система для if вычисления доверительных границ тангенса угла диэлектрических потерь: 10 . 8 21-91.(1 Z ) 1 g Z1-Ь„ 1=9 1=Ь 2 Э ° Е: Е: Р, р, 2 1=0 j=0 4 1 h V= K 6 p z +/р,- к,. 2 / 1 «0 j- »««0 — i =-0 2 .Е а. 2г3 ы = r д zi 1 . 1 1 Необходимые для расчета коэффициенты приведены в табл. 4-7. 97777 1 «1 о» С ) 1 lQ (О Я -О О CD о о» о C 1 о» го о о М1 о Ч а -1 03 (О о (D Я о CQ (0 СО о Ю о Ф о « о» о 03 «-1 о CD Ч о CU «1 Ю о» о LC) СЧ Ю ) CD 1 о 1 о» о о» о Ф о tf E о о »I сО о «1 l0 \ о м о т (Ч t (О 1 с Ж (О 1 (D CD Ч о ® л1 С4 Ю т (-1» о CD CD. Я СО О) Ч о (О о Л () lD (О С9 (0 cU о (О Л 1 (0 «1 Щ 1 (О о (1 г° (Ч (О о» о Ф1 О Я о, CQ iQ (4 Ж «1 1 о о о о н IQ Ü ) CQ CQ о о о С4 о CQ о «1 С1 I о о о о (4 t» о iQ (»I Е о l (O 4 о (O о (Q о Л о л1 1 о фФЪ о о» (0 С1 1о 4 IQ 1" СЧ t сч о Ч CU (О о Ю С) ч 1 (Q о С о о g ЦЪ Ю Ъ СЧ It СЧ о (4 II о Ч Ц) СЧ lI с ЦЪ о . ссй ll Ю 0 1 4 Ю фСЪ Ю О fA О л Ю С4 о iQ о о (fl Г» (1 lQ CD I ((t ы o g е ж г о (Ч И) Я 1. 1 l» Ф O 7 о х Ф с 4 ) СЧ о ч о С 4 ) СЧ о 1» о ) о Ct )о (4 о со СЧ Ю с 4 ) т О ) «1 Ч Й t» lQ. о 1 v у М м, С) 9777 С помощью (1 ) ., (2) можно рассчитывать трехмерные области g„-p .-p и определять условия (температура, частота), при которых они пересекаются. На фиг. 1 показаны доверительные об- % ласти изменения векторов 4 углей (1) и песчаников (2) рассчитанные по формулам (1), (2) для 20 С и доверительной вероятности 0,95.,Пля- указанной пары пород области статистического отличия индивидуальны при измерении р на частотах выше 10 Гц; g - ниже 10 Гц. Ь 3 Аналогичные области рассчитаны для всех исследованных пород, причем для каждой породы определена область абсолютного отличия от трех других. Таким образом, измерив у., pZ " р материала и сопоставив полученные значения с данным фиг. 1, можно определить его принадлежность к той или иной области, т.е. отож= 2 дествить с той или иной породой. Если свойства материала оказались следующими: р. = 4, р = 1 3 Яэ = 2, то согласно фиг, 1 он принадлежит к песчаникам. И Способ позволяет обеспечить более надежное опредеЛение границы раздела уголь-порода, поскольку, во-первых, определение проиэвЬдится rio комплексу свойств, каждое из которых измеряется на установленных при статическом анализе свойств углей и пород частотах, при которых угли максимально отличаются от пород, т.е. датчик работает в статически обоснованном режиме. Во-вторых, ука-33 занный способ обладает высоким быстродействием, поскольку -для измерения 71 lU свойств могут быть испольэоваш автоматические мосты, например, типа Р5010, где процесс измерения занимает доли секунды и предусмотрено усреднение результатов измерений в течение эапанного интервала времени, т.е. повышение точности возможно за счет усреднения ряда измерений. При. реализации способа легко осуществляется дистанционное управление. Формула изобретения 1, Способ контроля границы уголь-порода, основаннв и на измерении ее физических свойств, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения надежности контроля, эачишают и обезвоживают участок кровли или почвы и одновременно измеряют удельное электрическое сопротивление, диэлектрическую проницаемость и угол диэлектрических потерь, по ним определяют интегральное свойство и по его величине судят о границе уголь порода. 2. Способ по и. 1, о т л и ч а юш и и с я тем, что, с целью повышения точности контроля, диэлектрическую проницаемость измеряют на частоте выше 10 Гц, а угол диэлектрических потерь Ь измеряют на частоте ниже 10 Гц. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР ¹ 234303, кл. Е 21 С 35/08, 1963. 2. Авторское свидетельство СССР ,№ 428357, кл. Е 21 С 35/08, 1973 (прототип ). 977771 ЭУA ó.дн ю) Составитель Р. Гладун Редактор Е. Лушникова Техред C.Ìèãóíîâà Корректор H. БYPяк Заказ 9159/46 Тираж 623 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 11303Г>, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Па --.íò", r. Ужгород, ул. Проектнж, 
