Датчик контроля скрытой границы уголь-порода

Датчик контроля скрытой границы уголь-порода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к автоматическому вождению угледобывающих машин по гипсометрии пласта. Цель - уменьшение габаритов и расширение области применения датчика. Для этого на одном конце корпуса выполнен срез под углом 25 - 50° к основанию. Перпендикулярно плоскости среза в корпусе выполнено сквозное отверстие с установленным в нем винтом, на котором со стороны основания корпуса закреплен источник гамма-излучения. Датчик имеет газоразрядные счетчики-кассеты, соединенные между собой параллельно и установленные так, что их продольные оси перпендикулярны к основанию корпуса. Сквозное отверстие в корпусе армировано свинцовым цилиндром. Для повышения безопасности при транспортировке датчика источник гамма-излучения расположен в цилиндре с фиксатором и радиальным отверстием. Благодаря данной конструкции датчика расстояние источник - детектор, определяющее габариты датчиков, не превышает 100 мм. При этом обеспечивается нечувствительность к воздушному зазору в требуемом диапазоне его изменения. Минимально возможное расстояние между источником и детектором определяется в данном случае, лишь толщиной материала корпуса датчика между ними, необходимого для поглощения прямого излучения источника. 2 з.п.ф-лы. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1) s Е 21 С 35/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3641424/03 (22) 22.06.83 (46) 23.07.91. Бюл. па 27 (71) Институт горного дела им. А. А. Скочинского (72) 3. А. Черняк, А. А. Цветков, Г. М. Нунупаров,В.М. Славинский, И.Л. Гейхман .и Н.П. Омельченко (53) 622.232,72(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 589801, кл. Е 21 С 35/24, 1977.

Авторское свидетельство СССР

hh 684952, кл. Е 21 С 35/24, 1979. (54) ДАТЧИК КОНТРОЛЯ СКРЫТОЙ ГРАНИЦЫ УГОЛЬ-ПОРОДА (57) Изобретение относится к автоматическому вождению угледобывающих машин по гипсометрии пласта. Цель — уменьшение габаритов и расширение области применения датчика. Для этого на одном конце корпуса выполнен срез под углом 25 — 50 к основанию. Перпендикулярно плоскости среза в корпусе выполнено сквозное отверИзобретение относится к устройствам для автоматического вождения угледобывающих машин по гипсометрии пласта.

Известен датчик контроля скрытой границы уголь — порода, содержащий источник гамма-излучения, два детектора, расположенные на разных расстояниях от источника, и фильтр перед. ближним к источнику детектором.

Путем подбора толщины фильтра по определенному соотношению можно получить стие с установленным в нем винтом, на котором со стороны основания корпуса закреплен источник гамма-излучения. Датчик имеет газоразрядные счетчики-кассеты, соединенные между собой параллельно и установленные так, что их продольные оси перпендикулярны к основанию корпуса.

Сквозное отверстие в корпусе армировано свинцовым цилиндром. Для повышения безопасности при транспортировке датчика источник гамма-излучения расположен в цилиндре с фиксатором и радиальным отверстием. Благодаря данной конструкции датчика расстояние источник — детектор, определяющее габариты датчиков, не превышает 100 мм.

При этом обеспечивается нечувствительность к воздушному зазору в требуемом диапазоне его изменения. Максимально возможное расстояние между источником и детектором определяется в данном случае лишь толщиной материала корпуса датчика между ними, необходимого для поглощения прямого излучения источника. 2 э. и. ф-лы, 4 ил. инвариантность к изменению воздушного зазора в диапазоне 25 — 120 мм. Для обеспечения нечувствительности к воздушному зазору в указанном диапазоне расстояние между источником и дальним детектором выбирается равным 240 мм, что увеличивает габариты датчика, Такой датчик может быть установлен только на двухлопастные шнеки диаметром не менее 1000 мм (комбайны типа РКУ-13) и совершенно не пригоден из-за своих габаритов для установки на трехлопа1665036 стные шнеки. Кроме того, датчик не вписывается на шнеки диаметром менее 1000 мм (комбайны типа РКУ-10, РКУ-16). В этом случае расстояние между источником и детектором должно быть не более 100 мм.

Известен датчик контроля скрытой границы уголь — порода, содержащий установленные в корпусе источник гамма-излучения и детектор, выполненный в виде кассеты из газоразрядных счетчиков, в нижней части которой размещен фильтр,, образующий со стенками кассеты по линии источник излучения — детектор щели, причем площадь дальней от источника излучения щели больше площади ближней щели, а рас стояние от источника излучения до центра !, детектора равно величине требуемого мак, симального воздушного зазора, при этом площади щелей выбирают иэ условия

5)$2 $1)1

$ э где S>, $ — площади ближней и дальней щелей соответственно, а материал и толщину фильтра выбирают из условия

10 ехр(ppd) 20, где,и — массовый коэффициент ослабления фильтром гамма-излучения, см /г; р — плотность материала фильтра, г/см;

d — толщина фильтра, см.

Такой датчик используется для автома, тизации агрегатов, где он устанавливается в основании секций крепи. Расстояние между источником и детектором составляет 50 мм, датчик не чувствителен к колебаниям воздушного зазора 5 — 60 мм. Для обеспечения нечувствительности датчика к колебаниям воздушного зазора от 30 до 120 мм, что является определяющим условием его работы на шнеке комбайна, необходимо увеличивать расстояние между источником и детектором до 150 мм или использовать протяженный детектор, например счетчик

СГМ-19, длиной 170 мм. Все это приводит к увеличению габаритов датчика и, как следствие, невозможности размещения его на трехлопастных шнеках диаметром менее

1000 мм (комбайны РКУ-10, РКУ-16).

К недостаткам датчиков следует также отнести отсутствие возможности получения требуемой скорости счета детектора при калибровке датчика на конкретный объект, что весьма желательно, так как угли различных бассейнов имеют разную плотность и химсостав, а также отсутствие приспособления для установки источника гамма-излучения в

"рабочее" и "нерабочее" положение, что необходимо для повышения безопасности при транспортировке датчика и проведении ремонтных работ на комбайне в шахтных условиях.

Цель изобретения — уменьшение габа5 ритов и расширение области применения датчика, а также повышение безопасности при транспортировке.

Поставленная цель достигается тем, что на одном конце корпуса выполнен срез под

10 углом 25 — 50 к основанию, перпендикулярно плоскости среза в корпусе выполнено сквозное отверстие с установленным в нем винтом, на конце которого со стороны основания корпуса закреплен источник гамма15 излучения. при этом газоразрядные счетчики кассеты соединены и установлены перпендикулярно к основанию корпуса, а габаритные размеры счетчиков определяются по соотношению

20 0,5 > б/L > 0,16 °

0,3N > б > 0,08N; где d — диаметр счетчика;

L — длина счетчика;

N — длина кассеты.

25 Кроме того, поставленная цель достигается тем, что сквозное отверстие армировано свинцовым цилиндром, При этом с целью повышения безопасности датчик снабжен поворотным устройством, выполненным в

30 виде цилиндра с фиксатором и с радиальным отверстием, в котором размещен источник гамма-излучения.

На фиг. 1 показан датчик со стороны основания, общий вид; на фиг. 2 — разрез

35 А — А на фиг, 1; на фиг. 3 — зависимости скорости счета импульсов детектора от величины воздушного зазора; на фиг. 4- выходные характеристики датчика.

Датчик состоит из стального корпуса 1, 40 источника гамма-излучения 2, детектора 3, выполненного в виде кассеты 4, фильтра 5, который расположен в нижней части кассеты 4 между контролируемой средой и детектором 3. Фильтр 5 имеет ширину, -равную

45 длине кассеты. Между боковыми стенками кассеты по линии источник излучения — детектор и фильтром образованы щели; ближняя к источнику щель 6 шириной I> и дальняя от источников щель 7 шириной Iz. На одном конце

50 корпуса выполнен срез 8 под углом а = 30 к основанию 9. Перпендикулярно плоскости среза в корпусе выполнено сквозное отверстие 10, которое армировано свинцовым цилиндром 11. Плавное перемещение и

55 фиксация источника гамма-излучения при настройке датчика на конкретный объект осуществляется с помощью резьбового приспособления 12 через отверстие 13.

В корпусе датчика размещено поворотное устройство, выполненное в виде цилин1665036 дра 14 из стали и имеющее радиальное отверстие 15. Поворот устройства в рабочее положение, при котором радиальное отверстие в цилиндре с источником гамма-излучения и отверстие в корпусе датчика совпадают, осуществляется с помощью фиксатора, выполненного в виде вала 16, .фиксируемого крепежным винтом 17.

Детектор 3 представляет собой залитую эпоксидным компаундом кассету из газоразрядных счетчиков 18, соединенных между собой параллельно и установленных так, что их продольные оси перпендикулярны к основанию корпуса. Сигнал в виде импульсов напряжения снимается с нагрузочных резисторов 19 через разделительную емкость (не показана).

Датчик раоотает следующим образом.

Гамма-излучение от источника 2 направлено на контролируемую среду уголь — порода.

Обратно рассеянное гамма-излучение регистрируется детектором 3, Интенсивность регистрируемого излучения является мерой толщины угольной пачки и растет с ростом последней. При увеличении воздушного зазора между датчиком и контролируемой средой уголь — порода от h>i!3 до h2! > регистрируемая детектором интенсивность излучения прошедшего через ближнюю щель г1, будет изменяться. Характер ее изменения обусловлен следующими факторами; во-первых, 1 будет увеличиваться вследствие увеличения интенсивности обратно рассеянного гамма-излучения за счет увеличения области взаимной видимости источник — детектор в рассеивателе от Б до В: во-вторых, Iil будет уменьшаться вследствие уменьшения рабочего объема детектора, регистрирующего гамма-кванты, прошедшие через ближнюю щель 6. Так, из фиг, 2 видно, что при воздушном зазоре h2!! и рассеянии от элементарного объема dv рабочий объем детектора, ограниченный лучом р, меньше, чем рабочий объем детектора, ограниченный лучом у> при воздушном зазоре п1вэ

Подобрав диаметр d и длину газоразрядного счетчика L, от которых зависит рабочий объем детектора, а также угол среза а, который при одном и том же расстоянии от источника до детектора определяет область взаимной видимости источник — детектор в рассеивателе, можно добиться того, чтобы второй процесс преобладал над первым и

1 уменьшалась бы с увеличением воздушного зазора. Установлено, что это наблюдается при угле й= 25 — 50 и соотношении

0,5 >. б/1> 0,16 (1) 10

flo аналогичным причинам будет изменяться интенсивность излучения Ig,npo шедшего через дальнюю щель 6, однако при увеличении воздушного зазора до определенной величины I>y будет только увеличи-*. ваться за счет увеличения зоны взаимной видимости источник-детектор в рассеивателе и за счет увеличения рабочего объема детектора, регистрирующего гамма-кванты, прошедшие через дальнюю щель 5. Из фиг.

2 видно, что рабочий объем детектора, ограниченный лучом Я, при воздушном зазоре п2рд больше объема детектора, ограничен-! ного лучом р1 при воздушном зазоре h1!!s.

Рабочий объем детектора в э ом случае определяется не только габаритами счетчика, но и длиной N окна под детектором. Установлено, что скорость роста интенсивности

1 nPonoPI4NoHBJlbHB GKQPocTN QMBHbLUBHMB интенсивности II1 при соблюдении соотношения

0,3N > d > 0,08N. (2)

Таким образом, при выполнении условий (1) и (2) и угле а =25-50 в результате сложения убывающей II! и возрастающей Iy интенсивностей суммарная интенсивность излучения, регистрируемая детектором

1 у!!!=!! +!!, будет оставаться постоянной в

30 требуемом диапазоне изменения воздушного зазора. Сказанное поясняется зависимостями п=!(Ь!! ), приведенными на фиг, 3, где и — скорость счета импульсов детектора, являющаяся мерой интенсивности излуче35 ния 1. В измерениях детектор состоит из кассеты, .включающей 24 малогабаритных газоразрядных счетчиков типа СБМ-10. В . качестве источника излучения используется радионуклида AM с энергией гамма-кван241

40 тов 60 кэВ.

Контролируемая среда представляет собой двухслойную модель границы "порода — уголь". Порода имитируется бетонным блоком толщиной 200 мм, плотностью 2,2 г/смз, 45 уголь — графитовой плитой толщиной 20 мм, плотностью 1,6 г/см . Плита укладывается на бетонный блок, датчик размещается над плитой с воздушным зазором, величина которого изменяется в диапазоне 20 — 140 мм.

Кривая 20 отображает характер уменьшения интенсивности излучения !Г!, прошедшего к детектору только через щель fi npu увеличении воздушного зазора от 30 до 140 мм. При этом дальняя щель 5 закрыта свинцовой пластиной толщиной 10 мм, практически полностью поглощающей отраженное излучение. Кривая 21 характеризует рост интенсивности излучения tg, прошедшего к детектору только через щель 5 при увеличении воздушного зазора от 20 до 120 мм. В этом

1665036 случае щель (1 закрыта свинцовой пластиной. Кривая 22 характеризует суммарную интенсивность излучения I y<, регистрируемого детектором. Открыты обе щели 6и b, Видно, что t< остается практически постоянной при изменении воздушного зазора от 30 до 120 мм.

Диаметр d, длина L счетчика, длина N окна под детектором удовлетворяют соотношениям (1) и (2) и равны соответственно

6,13 и 50 мм. Угол среза а = 30, толщина стального фильтра равна 5 мм, 31-2,5 мм, (2=22 мм. Расстояние между центром источника излучения и центром детектора равно

86 мм. Методика выбора толщины фильтра, ширины ближней и дальней щели следующая, Пусть требуется обеспечить нечувствительность датчика к воздушному зазору в

ПрЕдЕЛаХ ЕГО ИЗМЕНЕНИЯ От Мвз да й2вз.

1, Настройка датчика проводится на модели, имитирующей двухслойную среду уголь-порода и состоящей из графитовых плит переменной толщины (р =1,6 г/смз) и бетонного блока (р=2,2 гlсм ). Толщину графитовой плиты над породой устанавливают равной половине диапазона измерения толщины угольной пачки соответствующим датчиком порода — уголь.

При использовании в качестве источника излучения Am c энергией гамма-квантов

60 кэВ толщину графитовой плиты над породой устанавливают равной 20 мм, 2, Датчик порода-уголь размещают над двухслойной средой с воздушным зазором й1вз. ОКНО ПОД ДЕтЕКтОРОМ ЭаКРЫВаЮт СтаЛЬным фильтром переменной толщины обеспечив наличие только дальней от источника щели..Снимают зависимости скорости счета детектора от величины воздушного зазора

nq= f(he ) при различной толщине фильтра ширине дальней щели. Увеличивая толщину фильтра, добиваются, чтобы точка инверсии на зависимости ng= f(h») приходилась нэ значение величины воздушного зазора не менее, чем рз. При использовании источника из Am толщину фильтра варьируют от 1 до 7 мм. Для датчиков порода-уголь, устанавливаемых на шнеке комбайна, величина 112вз=100-120 мм, толщина стального фильтра при этом равна 5 мм, .

2.1. Установив под детектором фильтр выбранной толщины, снимают зависимости скорости счета от величины воздушного зазора ng=f(h») при различной ширине дальней щели, Зависимость ng f(h») имеет инверсионный характер — рост скорости счета при увеличении воздушного зазора п1вз ДО пина.вз и СпаД пРи пвз > пине.вз.

Ширину дальней щели увеличивают до тех пор, пока точка инверсии на зависимости

ng=f(hpaj не сместится в область hQ3>

Практически достаточно иметь семь зависи5 мастей вида ng=-f(h») при различной ширине дальней щели (l21 (22 227 )

3. Выбрав толщину стального фильтра по пункту 2 и сняв серию зависимостей па пункту 2.1, переходят к выбору ширину

10 ближней щели, 3.1. Датчик порода-уголь размещают под двухслойной средой с воздушным зазором h»>, Окно под детектором закрывают стальным фильтром, обеспечив наличие

15 только ближней к источнику щели шириной (1, Кроме того, под стальным фильтром устанавливают вплотную к нему свинцовую пластину толщиной 10 мм, в которой также имеется только ближняя к источнику щель

20 шириной t1. Снимают зависимости скорости счета детектора от величины воздушного зазора ne=f(h») при различной ширине ближней щели.

Зависимость ng=f(ll») имеет инверсион25 ный характер, Ширину ближней щели увеличивают до тех пор, пока будет иметь места падающий характер зависимость пб=-f(h») в диапазоне изменения воздушного зазора от

h1» До п2вз.ВаРьиРУЯ шиРинУ (41 ° (12 " 117 )

30 ближней щели, практически достаточно иметь семь зависимостей вида пб=-f(h»), 3.2,Окно паддетектором полностью закрывают стальным фильтром. Под стальным фильтром устанавливают свинцовую пла35 стину по пункту 3.1. Снимают зависимости скорости счета детектора от величины воздуШНОГО Зазара Пб+ф= f (Ьвз) ПрИ раЗЛИЧНОй ширине ближней щели в свинце (f11, 52 .... f17 ) причем ширина, ближней

40 щели в свинце устанавливается каждый раэ такой же, как в пункте 3.1. В результате получают семь зависимостей вида пб+ф= f (пвз)

3 3. Используя зависимости по пунктам

45 3.1 и 3.2, строят семь зависимостей вида (пб пб+ф = f (пвэ)

4. Из серии во6рэстающих зависимостей по пункту 2.1 и серии убывающих зави симостей по пункту 3.3 выбирают две таких, 50 при сложении которых получают зависимость (пя+ пб— - nб+ j const пРи изменении воздушного зазора от h1» до h 2вз. Ширина ближней г1 и ширина дальней 5 щели однозначно определяются выбранными зависи55 мастями, так как каждая зависимость в серии получена при определенном значении ширины ближней или дальней щели.

Пользуясь приведенной методикой, выбирают щели в фильтре для конкретного датчика, приведенного на фиг, 2, которые

1665036

10 оказались следующими: 1=2,5 мм, 5=22 мм.

Толщина стального фильтра равна 5 мм.

Выходные характеристики датчика приведены на фиг, 4. Цифры у кривых обозначают (в мм) толщину угольной пачки над породой. Видно, что скорость счета и датчика порода — уголь практически остается постоянной при изменении воздушного зазора h > от 30 до 120 мм при малых габаритах датчика.

Благодаря предлагаемой конструкции датчика расстояние источник-детектор, определяющее габариты датчика, не превышает 100 м. При этом обеспечивается нечувствительность к воздушному зазору в требуемом диапазоне его изменения . Минимально возможное расстояние между источником и детектором определяется, в данном случае, лишь толщиной материала корпуса датчика между ними, необходимого для поглощения "прямого" излучения источника.

Такой датчик может быть размещен на шнеке любого диаметра и может быть использован для автоматизации комбайнов любого типоразмера.

Формула изобретения

1. Датчик контроля скрытой границы уголь- порода, содержащий установленные в корпусе источник гамма-излучения и детектор, выполненный в виде кассеты из газоразрядных счетчиков, в нижней части которой размещен фильтр, образующий с боковыми стенками кассеты по линии источник излучения — детектор щели, о т л и ч а ю" шийся тем, что, с целью уменьшения габаритов и расширения области примене5 ния датчика, на одном конце корпуса выполнен срез под углом 25 — 50 к основанию, перпендикулярно плоскости среза в корпусе выполнено сквозное отверстие с установленным в нем винтом, на конце которого со

10 стороны основания корпуса закреплен источник гамма-излучения, при этом газораэрядные счетчики кассеты соединены между собой параллельно и установлены так, что их продольные оси перпендикулярны к ос15 нованию корпуса, а габаритные размеры счетчиков определяются по соотношению

05 > d /L> 016

0,3N > d > 0,08N, 20 где d — диаметр счетчика; — длина счетчика;

N — длина кассеты, 2. Датчик по и. 1, отличающийся тем, что сквозное отверстие в корпусе арми25 ровано свинцовым цилиндром.

3. Датчик по и. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности при транспортировке датчика, он снабжен поворотным устройством, выполненным в

30 виде цилиндра с фиксатором и радиальным отверстием, в котором размещен источник гамма-излучения, 1665036 и с-1

700

1665036

ФО Я бО 7д 80 ÓÎ 100 1l0 1Ю U0hgg act

Техред М,Моргентал, Корректор В. Гирняк

Редактор Н. Яцола

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2376 Тираж 299 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5