Контроль за станом шахтної атмосфери

Контрольованими параметрами у шахті є:

· витрата повітря по виробках і через вентилятори;

· швидкість руху повітря;

· вміст у шахтній атмосфері кисню, метану, вуглекислого газу, оксидів вуглецю та азоту, водню;

· температура і вологість повітря.

Витрату повітря контролюють на вихідних струменях шахти, горизонту, пласта, виймальних ділянок, очисних та підготовчих вибоїв, а також на струменях, що надходять, при послідовному провітрюванні вибоїв або в разі виділення метану на шляху руху цих струменів, у місце їх розгалуження й біля вентиляторів місцевого провітрювання. Витрату повітря визначають способом вимірювання середньої швидкості його руху в поперечному перерізі виробки.

Швидкість руху повітря вимірюють анемометром, а вміст кисню в ньому – приладом ШІ-6 та хімічним газо визначником ГХ-6.

Вміст кисню в повітрі в діапазоні 5-21% з точністю ±0.1% вимірюють приладом ШІ-6. це інтерферометр, який працює за принципом зрушення інтерференційної картини оптичного променя всередині приладу внаслідок різної густини компонентів газової суміші.

Крім того, вміст кисню контролюють приладом ГХ-6, що складається з комплекту скляних трубок, які містять хімічно активну речовину, яка змінює забарвлення з білого на синьо-зелене внаслідок реакції з киснем, і аспіраційного компактного насоса АМ-6, який забезпечує протягування повітря через трубку. Під час роботи приладу запаяні кінці трубки відбивають, вставляють її в насос АМ-6 і протягують повітря. За довжиною забарвленої частини і тарувальної шкали визначають об’ємну частку кисню. Похибка приладу досить висока – до ±1%

.

Малюнок 1 Газоповітряна схема шахтного етра інтерферометра ШІ-10:

1 – розподільний кран; 2 – поглинальний патрон;

3 – штуцер; 4 – лабіринт; 5 – сполучні трубки;

6 та 8 – повітряні порожнини; 7 – газова порожнина

Безперервно контролювати вміст кисню можна переносним сигналізатором СКП-1, який подає аварійні звуковий і світловий сигнали в разі концентрації кисню до 19%.

Вміст метану контролюють в усіх виробках шахти і на поверхні, де його вже виявлено або він може виділятися. Концентрацію метану у виробках шахти вимірюють переносними приладами епізодичної дії – шахтними інтерферометрами ШІ-10 (мал.1), ШІ-11 та ШІ-12 (мал.2).

Малюнок 2 Інтерферометр ШІ-12 та автоматичний сигналізатор метану СШ-2

Ці прилади мають автономні джерела живлення електроенергією і дають можливість вимірювати вміст у повітрі метану та двооксиду вуглецю в діапазоні концентрацій 0-6% з похибкою ±0.2%.

У виробках, де можливе перевищення норм вмісту метану, застосовують переносні автоматичні прилади контролю – автоматичні сигналізатори метану СШ-2 (мал.2) та СММ-1, які визначають концентрацію метану в діапазоні 0-3%. Прилад має переривчасті звуковий та світловий сигнали, якщо в повітрі буде гранично допустима концентрація метану. В разі дальшого збільшення концентрації газу сигнали стають безперервними.

Малюнок 3 Сигналізатори метану СМС-2 та „Сигнал-2”

У шахтах застосовують також безперервно діючий автоматичний сигналізатор СМС-1 (мал.3) „Маяк”, суміщений зі світильником шахтаря. Сигналізатор призначено для попередження шахтаря на робочому місці про досягнення вмісту метану 2% і більше миготінням лампи світильника. Сигналізатор складається з датчика, розміщеного на фарі головного світильника, електричного блока, акумуляторної батареї та кришки. Принцип його дії ґрунтується на безполуменевому спалюванні метану на поверхні каталітично активного чутливого елемента з наступним перетворенням теплового сигналу в електричний. Діапазон вимірювання концентрації метану сигналізатора 0-3%, час безперервної роботи без зміни блока – до 10 год. Прилад працює при температурі навколишнього середовища 5-35⁰С і запиленості атмосфери до 1 г/м³. загальна маса сигналізатора із світильником – 1.6 кг.

Останньою модифікацією переносного сигналізатора метану є „Сигнал-2” (мал.3) з цифровою індикацією показів.

Найдосконалішою модифікацією шахтних інтерферометрів є інтерферометр ШІ-10, який має найкращі характеристики.

Газоповітряна схема інтерферометра ШІ-10 (див. мал.1) складається з двох ліній: газової та повітряної. Газова лінія включає: розподільний кран, поглинальний патрон, сполучні трубки та газову порожнину газоповітряної камери. Розподільний кран призначено для зміни напряму руху газової суміші залежно від визначуваного газу (метану чи метану з вуглекислим газом). Поглинальний патрон розподілено на дві поздовжні частини, одна з яких заповнена вапняковим хімічним поглинальником для вбирання СО₂, а друга – гранульованим силікагелем марок КСК або КСМ для вбирання водяної пари. Обидві частини поглинального патрона мають фільтри для вловлювання пилу.

Повітряна лінія приладу включає штуцер, сполучні трубки, повітряні порожнини газоповітряної камери та лабіринт. У приладі за рахунок багатократного проходження інтерференційних променів у газоповітряних середовищах збільшено оптичну довжину ходу променів при менших розмірах газоповітряної камери, що дало змогу підвищити точність показів.

Для оперативного контролю вмісту оксиду вуглецю та азоту, сірководню та сірчистих газів застосовують хімічні переносні трубчасті газо визначники ГХ-4 з аспіратором АМ-3. Для виявлення й контролю вмісту оксиду вуглецю в зоні ендогенних пожеж використовують стаціонарний газоаналізатор „Сигма-СО”.

Кліматичні умови в шахті контролюють, заміряючи температуру, вологість та барометричний тиск шахтного повітря.

Температуру повітря у виробках вимірюють ртутними та спиртовими термометрами, а також самописцями – термографами, які дають можливість автоматично заносити інформацію про температуру на графік.

Вологість повітря вимірюють психрометром, принцип дії якого ґрунтується на визначенні різниці температур у вологому і сухому середовищі. Для створення вологого середовища один кінець термометра (ртутну посудину) обгортають вологим кінцем тканини. Під час протягування повітря через термометри температура у вологому термометрі буває нижче, ніж у сухому за рахунок випаровування вологи з тканини. Різниця температур залежить від волого вмісту повітряного струменя. Вимірюючи температуру обома термометрами і використовуючи перерахункові таблиці, визначають відносну вологість повітря.

Барометричний тиск повітря в гірничих виробках вимірюють барографами та барометрами. Барограф відтворює зміну тиску на спеціальній стрічці, яку закріплено на обертовому барабані. Барометр-анероїд працює за принципом реєстрації зміни об’єму повітря, вміщеного в герметичний об’єм, із зміною атмосферного тиску. Оскільки ці зміни пропорційні, то шкалу приладу градуюють в одиницях тиску. Прилади мають термометри для внесення до вимірюваного тиску поправок на зміну температури всередині барометра.

Існуючі системи автоматичного контролю параметрів шахтної атмосфери та газового захисту в основному базуються на використанні стаціонарної апаратури безперервного контролю метану.

На шахтах застосовують апаратуру автоматичного газового захисту з прив’язкою до систем електропостачання (АМТ-3, „Метан”, „Метан” АТВ, АТ1-1, АТ3-1).

Апаратура „Метан”, „Метан” АТВ, аналізатори метану АТ1-1, АТ3-1 призначена для безперервного місцевого та централізованого контролю вмісту й видачі сигналу на автоматичне вимикання електричної енергії, коли буде досягнуто гранично допустимої концентрації метану у виробках вугільних шахт, небезпечних за газом та пилом. Її можна використовувати як самостійну систему вказаного призначення і для можливого застосування в системах диспетчерського керування для провітрювання як окремих ділянок, так і вугільних пластів у цілому.

Апаратуру „Метан” та „Метан” АТВ використовують замість апаратури АМТ-3, випуск якої припинено. Апаратура „Метан” АТВ (комплекс „Метан” з виносними блоками перетворювачів) відрізняється від апаратури „Метан” тим, що при наявності виносних блоків перетворювачів „Метан” АТВ забезпечує, крім зазначених функцій, контроль місцевих скупчень метану.

У цих типах апаратури передбачається наявність датчиків метану, апаратів сигналізації, стояків приймання інформації, сирен звукової сигналізації. До складу апаратури „Метан” АТВ, крім того, входять виносні блоки перетворювачів та телефонні трубки.

Залежно від умов застосування й замовлення до комплексної поставки комплексу „Метан” входять:

-стояк приймання інформації СПІ-1;

-аналізатор метану АТ1-1, що складається з апарата сигналізації АС-5 і датчика ДМТ-4;

-аналізатор метану АТ3-1, що складається з апарата сигналізації АС-6 та трьох датчиків метану ДМТ-4.

Для різних умов застосування випускають два типи аналізаторів метану АТВ:

АТВ-1 для контролю вмісту в одній точці;

АТВ-3 для контролю вмісту метану в трьох точках.

До комплекту аналізатора метану АТВ-1 (див. схему 1 а) входять: апарат сигналізації АС-5, датчик метану ДМТ-5, виносний перетворювальний блок БВП-1 та іскробезпечна сирена.

Схема 1 Блочна функціональна схема аналізатора метану АТВ з виносним блоком перетворювачів: а – АТВ-1; б – АТВ-3

До комплекту аналізатора метану АТВ-3 (див. схему 1 б) входять: апарат сигналізації АС-6, три датчики метану ДМТ-5, три виносних перетворювальних блоки БВП-1 та іскробезпечна сирена.

Стояк приймання інформації СП1-1. Стояк приймання інформації СП1-1 призначено для приймання безперервних сигналів про об’ємну частку метану в місцях установлення датчиків аналізаторів метану, а також приймання безперервних сигналів про швидкість руху повітря в місцях установлення датчиків комплексу „Повітря”.

Стояк СП1 (мал. 4) є складовою частиною системи диспетчерського керування провітрюванням вугільних шахт і призначений для роботи на поверхні шахт в умовах помірного клімату (для приймання інформації від аналізаторів метану АТ-1 та АТ3-1).

Конструктивно стояк становить зварний каркас, обшитий листами, в якому розміщено виймальні блоки реєстрації 1, вимірювання 2 та сигналізації 3. на лицьовому боці стояка у блоках реєстрації та вимірювання розміщено телефонні гнізда для телефонного зв’язку з апаратами сигналізації та датчиками, в нижній частині каркаса блок живлення, клемники для приєднання каналів телевимірювання і сигналізації. Для дискретної сигналізації у блоках вимірювання і сигналізації розміщено приймачі сигналів на 14.20 та 26 кГц.

Стояк приймання інформації СП-1 розраховано на 30 каналів телевимірювання.

Малюнок 4 Стояк Інформація від аналізаторів метану надходить на

приймання інфор- блоки реєстрації та блок сигналізації: струмів сигнал

мації СП1-1 0-5 мА – на самописні прилади, а частотні сигнали

14.20 та 26 кГц амплітудою 80-100 мВ – на приймачі сигналів. Блок вимірювання розраховано на приймання інформації від чотирьох аналізаторів АТ3-1 та восьми комплексів „Повітря” (або восьми аналізаторів метану АТ1-1). Вимірювання та реєстрація здійснюються на одному з 12 каналів блока.

Стояк СПІ-1 приймає інформацію від 10 аналізаторів метану АТ3-1, 12 аналізаторів метану АТ1-1 та 8 комплектів „Повітря”.

Кожний аналізатор метану АТ3-1 має три точки контролю (датчики ДМТ-4, №1, №2 та №3), тому загальне число точок контролю, від яких стояк приймає інформацію, дорівнює 50. до кожного каналу телевимірювання приєднано телефонне гніздо для зв’язку з абонентами біля апаратів та датчиків. Стояк СПІ-1 встановлюють у приміщенні диспетчера над кабельним каналом. Він забезпечує приймання інформації про об’ємну частку метану в межах 0-2.5% в такому об’ємі: реєстрацію показів 6 точок контролю; вимірювання 24 точок контролю; телесигналізацію 50 точок контролю.

Стояк має світлову сигналізацію стосовно нормальної роботи аналізаторів метану АТ-1, АТ3-1 та АТВ і гранично допустимої частки метану в місцях встановлення датчиків.