Кулеш Гл, Б В Гавриленко - Разработка устройства автоматического разгазирования тупиковой выработки - страница 1

Страницы:
1 

УДК 621.313.333

 

РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКОГО РАЗГАЗИРОВАНИЯ ТУПИКОВОЙ ВЫРАБОТКИ

 

Кулеш ГЛ., студент; Гавриленко Б.В., к.т.н., доцент

(Донецкий национальный технический университет, г. Донецк, Украина)

 

В целях поддержания параметров рудничной атмосферы в тупиковом за­бое на безопасном уровне устанавливаются вентиляторы местного проветрива­ния (ВМП), управление которыми до недавнего времени осуществлялось аппа­ратурой АПТВ. В настоящее время в целях повышения эффективности автома­тизации управления ВМП применяется новая аппаратура контроля проветрива­ния тупиковых выработок АКТВ, в которой реализация основных функций осуществлена с использованием микроконтроллера.

Несмотря на определенные преимущества аппаратуры АКТВ, в ней отсутствует возможность проведения в различных режимах работы автоматического разгазирования подготовительного забоя в зависимости от фактического процентного содержания метана.

Рассмотрим обобщенную модель процесса разгазирования (рис. 1) как взаимодействие выталкиваемого из тупиковой выработки длиной L метана Gj чистым воздухом Q, подаваемым на разбавление в условную зону смешения длиною х, через которую протекает газовая смесь QCM [2]. В зависимости от конкретных условий углы а и /? могут изменяться в широких пределах. Измеряемая на расстоянии х от начала условной зоны смешения концентрация метана С является регулируемым параметром. Часть Qn общего потока Q, подаваемого ВМП для выталкивания метанового облака из тупика, представляет собой регулирующее воздействие.


Параметры Gj и Q следует рассматривать как внешние случайно изменяющиеся в процессе разгазирования возмущения.

При неизменном значении Qn параметр GT является функцией общего количества Go выделившегося за время 90 нарушения проветривания метана и распределения последнего по длине хт тупиковой выработки

Є L

G0 (0 ,L) = \\q(Q ,xT)dxTdQ, (1) 00

где q(9, xT) - погонное абсолютное газовыделение как функция длины тупиковой выработки и длительности загазирования, м3/мсек.

Внутренний интеграл в выражении (1) представляет собой общее количество газа, выделяющегося в единицу времени, как функцию 9 м /сек:

L

f(Q ) = Jq(Q ,XT)dxT. (2) 0

Функция f(9) не может быть определена аналитически из-за невозможности прямого измерения величины q(9, Хт).

В большинстве случаев можно считать f(9) невозрастающей функцией времени, например:

 

 

(3)

fiP) = fo

1 + аЄ J

Общее количество метана, выделившегося за время 90 с учетом формул (1) и (2), равно

Є 0

G(9) =]f (9 )de. (4)

0

Если с момента 9=90 начать разгазирование и предположить, что концентрация метана С будет при этом поддерживаться постоянной и равной допустимому значению Q>0„ (0тнеД), то длительность разгазирования тр может быть определена из интегрального уравнения

Є 0 +х р

CdonQ-t p -   J f(® )dQ= 0. (5) 0

00

т р =--------------- . (6)

Если предположить, что за время разгазирования f(9) = f0 = const, то предыдущее выражение упрощается, при этом

fpe 0

Cdon Q ~ f0

Из выражений (5) и (6) следует, что при Q = const расчетное значение тр представляет собой оптимальную (минимально возможную) длительность процесса разгазирования.

Если при прочих равных условиях осуществить разгазирование за время,меньшее Тр, то концентрация на исходящей будет превышать допустимое значение Сдоп, что недопустимо и наоборот, поддержание на исходящей струе более низкой концентрации, чем Q>0„, приводит к резкому возрастанию длительности разгазирования, что также нежелательно.

Для сокращения времени разгазирования и соблюдения необходимых требований безопасности желательно плавное регулирование производительности ВМП с помощью специальных устройств, конструкция одного из которых приведена на рис. 2 [3].

Устройство (рис. 2) представляет собой патрубок 1 с клапаном 2, имеющим уплотнение из пористой резины. Расход воздуха у забоя выработки регулируется изменением положения клапана 2 с помощью троса 4 вручную или электроприводом.

Устройство

для разгазирования выработки размещается в её тупиковой части на расстоянии 5 - 10 мот устья.

Процесс разгазирования тупиковой выработки заключается в следующем. До включения резервного ВМП предварительно опускается клапан 2, частично или полностью перекрывая сечение патрубка 1. Затем подается импульс на включение резервного ВМП и он включается в непрерывную работу. Угловое положение клапана является регулируемой величиной, вследствие чего обеспечивается плавное поднятия клапана 2 в воздухоподающем трубопроводе и у забоя выработки обеспечивается такой расход воздуха, при котором концентрация метана, непрерывно измеряемая переносным автоматическим прибором у устья выработки, не будет превышать 2 %.

Эффективность и надежность процесса разгазирования выработки может быть существенно повышена, если степень закорачивания воздушного потока будет регулироваться автоматически в зависимости от фактического процентного содержания метана.

Для решения этой задачи на базе микроконтроллера ATmega16 производства фирмы «Atmel» разработано устройство автоматического разгазирования, предусматривающее совместную работу с аппаратурой АКТВ и «Метан». Реализация функции разгазирования в разработанном устройстве осуществляется программно по приведенному на рис. 3 алгоритму.


Датчики метана, находящиеся в тупиковой выработке и рассчитанные на пороговую концентрацию 2%, 1% и 0,5%, постоянно опрашиваются микрокон­троллером. Величина их аналогового выходного сигнала отображает реальную концентрацию метана в тупиковой выработке. Как только первый из датчиков (Х2%) зафиксировал превышение концентрации метана в атмосфере, микрокон­троллером запускается фрагмент программы на разгазирование выработки в соответствии с приведенным алгоритмом. Если превышение зафиксировано только одним датчиком, то включается двигатель, который вращая трос на ба­рабане поворачивает клапан на определенный угол до момента срабатывания концевого выключателя (КВ_1), расположенного возле барабана. После этого формируется команда на включение резервного ВМП, что осуществляется по следующей цепочке: сигнал на включение ВМП (F1) - ждущий мультивибра­тор - усилитель сигнала - тиристор, находящийся в цепи промежуточного реле и обеспечивающий автоматическое включение резервного ВМП (что аналогич­но нажатию кнопки «Пуск 2»). В зависимости от того замкнуты блокировочные контакты или разомкнуты, в микроконтроллер поступает сигнал, определяю­щий состояние резервного ВМП: включен или выключен (ХБк).

Далее программно, в соответствии с выражением (6) определяется оптимальное время разгазирования tp. После этого производится дальнейший опрос датчика и, если концентрация метана пришла в норму, включается приводной двигатель, который вращаясь в обратном направлении поднимает клапан вплоть до полного его закрытия, что фиксируется по срабатыванию концевого выключателя (КВ_0).

В случае дальнейшего повышения концентрации метана по сигналам от двух других датчиков, имеющих различные пороги срабатывания, алгоритм процесса разгазирования повторяется с той только разницей, что в зависимости от того сигнал от какого датчика поступил, клапан разгазирующего устройства будет открыт на угол, соответствующий той или иной интенсивности разгазирования.

Для повышения надежности питание микроконтроллера должно осуществляться от энергонезависимого источника тока.

Таким образом, разработанная аппаратура автоматизации процесса разгазирования позволяет, используя непрерывный контроль за содержанием метана производить своевременное и безопасное автоматическое разгазирование тупиковой выработки без участия человека.

 

 

Перечень ссылок

1.    Местер И. М. и др. Надежность проветривания подготови­тельных забоев. «Безопасность труда в промышленности», 1971, № 1.

2.    Автоматизированные системы и средства управления производствен­ными процессами в угольной промышленности. Труды института, выпуск XIII. М., 1973.

3.    Збірник інструкцій до правил безпеки у вугільних шахтах. Київ, 2003.

Страницы:
1 


Похожие статьи

Кулеш Гл, Б В Гавриленко - Разработка устройства автоматического разгазирования тупиковой выработки