Введение к работе
Актуальность тош. Состоянием иаггаса ат.гсюїари опродоляэтсп как проиозодстоо горных работ, так и безопасность я комфортность труда вахтеров, а такие возшиности пайлодэния за горянки машинами и дистанционного управления ими. Бэпшиз всож этих задач воз-глепшо на оспозо средств инфракрасной (далоа ИК) тэзшики. Несмотря на зязчителъноэ количество є::»годиія публикаций и, патоатов по иаздоа из этих задач, до настотгрго зрэкэни ни в одпоа из известных работ но ставилось и не решалось коглплакспо мсаледоваада взэ-иаодэаствия ИК излучения с газовыаи гожпононташ шахтноа атмосфери, угольпоа я породаоа пнльп м злагоа для контроля состава шатг-поа атмосферы я определения окон со прозрачности, опрэдэлясгзп оптнаалыко диапазоны даш вола для слетом ПК вздэгал и дистанционного управления горяьЕМ напинааи и-коаплм«?а:.лі. Поэтому работа, поевлнгшаая изупэни» ИК езозств газошз ккиюшвтов шахтноа атгзо-офорц, угольлоз и породаоа піш, алага и раерзботта из згоз осео-ео способов я ерэдетв контроля состава пзггаоа атмсфэры и опрэ-дозэяия охоп прозрачности иахтаоа зтоосфэры, актуальна.
Исслэдовзвил проводаяись з ИГД ізі.А.А.Скочааского з pssceax нзу^то-кселзжтагальскоа роботы № 0І210Ш00О "Создать яоашэко срадстз тояшгтаского еидоішя для работ з условиях слзбоз освзг.эа-ности объектов при потрадацяоттоа топологии" по тшатнкэ лаборатория тахяичзского віданая а соответствии о отраслевой программой ГР W 0І70Ш0ЕЄ9 из IC03-I9S5 гг.
Цдль работы состоит з язучзши ИК езозств гыли раздавил yr-Л53 я кйщакздах пород, гззоеьи яокгонэнтов и злзпї загпгаа зтазс<|зры и рлзрзОотвэ на зтоз оспою гыеокоточшх способов я средств. Ш( контроля состава эзттаоа атмосфери.
Идая ряботы. Ззугаиі» 1И свозстэ ккзнжзнтсз езгпюз атмосфери, сопоетзвяожэ свозств углэз, пород, гаоозцз хо:,шопзнтов а влага позволяет опрэдоать яая завмшзгоста эггэастдиоота КК 'лэлу-попия от концоотряцяа ноатгашдатоз иэтгаоз зтаосфэры, так и о:аа прозрачности, гдэ ослабляв» ИК залучання аэхтаоз атаосфороз ет-яиазлыю, я аа этоз оспоээ создать яошэ высоко зф5эктивпыэ котояы контроля.
В работе защищаются:
установленные зависимости поглощения Ш излучения в дизпазо не длин волн 2+25 мкм пылью различных углей и пород и газовым: компонентами шахтной атмосферы;
аналитический и графический-методы комплексной количествен ной оценки критерия информативности Кх пары стохастически связан ных друг с другом сигналов х и у;
доказанные зависимости Кх от размеров и положений на плоско ста эллипсов равной плотности вероятности рассеивания сигналов к у к связи максимальной вероятности ошибки со значением Kj',
методика экспрессного отбора наиболее информативных пар сиг налов по максимуму критерия информативности К2;
выявленные механизмы возникновения погрешностей и обоснован ныя подход к снижению влияния флуктуация нескольких неконтролиру омьа парамэтров шахтной атмосферы одновременно путем опроделени. концошрация по логарифмам отношений специально выбранных интен сивностой.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов і рекомендаций обеспечивались применением апробированных теорети носких и экспериментальных методов исследований и надежности экс периментальных данных. Спектры поглощения ИК излучения кошонон тами шахтной атмосфэры определялись с относительной погрешность: менее Ъ% при доверительной вероятности 0.S5 для любой точки спэк тра. Были получены 40 спектров углей для в бассогшоа СНГ и 4 споктров для 4 типов пород 3 бассолпов СНГ. Разрешение споктромо тра UR 20 (производства ГДР) составляет 0,6 см-1. Коэффициент уравнения эллипсов рассешания пар парамэтров углзй и вмощащи пород определялись с относительной погрешность» мэнеэ 10 при до верительной вероятности 0,05, а максимальные значения вароятност ошибки при отличении углеа от вмощаодих пород определялись с от носительвоа погрешность» конеэ 15% при доворительпоа вароятност 0,95.
Методы исследований. Исследования ИК свойств компоненто шахтноа атмосферы проводились экспериментально с исгалъооазнга двухканального ИК спектрометра. Определение ипформэтивностеа раз личных пар параметров углей и вмещающих пород проводилось авали тически, расчетами на ЭВМ с одновременным построением здяипсо рассеивания пар параметров и экспериментально. Разработка новы методов и средств ИК контроля и повышения точности существуют] средств контроля проводилась с использованием катодов звристичес
ого синтеза, статистической теории информации и теории погреш-остеа.
Научная новизна полученных результатов заключается в: установлении близости друг к другу спектров поглощения ИК злучения аргиллитом, алевролитом и песчаником и отличия от них пектра поглощения ИК излучения известняком, плавного изменения .центра поглощения ИК излучения углями от изменения их степени ютэморфизма, зон одинакового и противоположных по величино іоглощенил ИК излучения углями и породами и окон прозрачности іахтной атмосферы в диапазонах длин волн 2,04+2,5, 3,57+3,9 и :1,1+12,5 мкм, в которых поглощение ИК излучения компонентами іахтной атмосферы минимально;
аналитическом и графическом обосновании сущности зависимости *начевия критерия информативности Kj нары сигналов х и г от крат-юсти гомотетичного увеличения эллипсов равной плотности вероят-іости рассеивания сигналов при смежных постоянных значениях контролируемого параметра и одновременных флуктуациях неконтролируемых параметров от единичных эллипсов до момента их наружного касания;
обнаружении резкого увеличения критерия информативности К1 с ростом абсолютного значения коэффициента корреляции между сигналами х и у, с уменьшением дисперсия 'сигналов и с приближением коэффициентов корреляции друг к другу при близких смежных значениях контролируемого параметра;
разработке методики экспрессного отбора наиболее информативных пар сигналов по максимуму критерия информативности Kj, отличительной особенностью которой является исключение слабокоррелированных сигналов и сигналов, большие оси эллипсов рассеивания которых наклонены под большими углами друг к другу, а также сигналов, эллипсы рассеивания которых перекрываются или близки друг-к другу,и выделение пар сигналов с максимальными значениями Кх;
выявлении методических погрешностей при контроле состава шахтноа атмосферы из-за одновременных флуктуация концентраций неконтролируемых компонентов шахтноа атмосфера, для которых или ко-зффицкэты поглощения близки к коэффициентам поглощения контроли-руекых компонентов, или дисперсии флуктуации которых превышают диапазоны изменений контролируемых компонентов;
обосновании нового подхода к резкому повышению точности контроля состава шахтной атмосферы по величине отношения интенсив-ностеа ИК излучения таких, для которых коэффициенты поглощения ИК
излучения всеми неконтролируемыми компонентами соответственно
близки друг к другу, а коэффициенты поглощения ИК излучения кон
тролируемыми компонентами существенно отличаотея друг от друга, и
разработке на этой осново Б способов контроля. :
Практическая данность заключается в возможности использования полученных результатов дяя создания широкого класса способов и средств измерения пылэвого к газового состава шахтной аткосфэ-ры по ИК излучений. Созданы на уровне изобротенив в способов (а.с. 1Б4в468, 1574827, І73906І, заявки 4827031, 4866648, 482944Й с решениями о выдаче авторских свидетельств) и в устройств (а.с. 1677344. заявки 4710266, 4772229, 4826492, 480ІБ48. 4883448 О решениями о выдаче авторских свидетельств).
Реализация выводов и рзкокзкдацкя работы. Пять разработанных устройств использованы в серийных приборах, выпусказшх заводок "Красный штзллист". Сигнал 2, Сигнал 3, СЦО и ТИРК З.ІМ. Разработан и изготовлен экспериментальные образец шахтного сигнализатора катана, использующего многозлзконтный фотопризмник. Результаты исследований Ш свойств компонентов шахтной атмосферы используются институток "Автокатуглерудпрок" завода "Красный металлист" при создании новых способов и средств контроля состава шахтное атшефары. Установленные окна прозрачности шахтное атко-сфэри кспользовавы при создании средств тепловидения в ЙГД им.А.А.Скочинского.
Апробация работы. Основные гшоііовкя работы докладывались на ; 24-й Еовдународное кокфоронцик научно-исследовательских институтов го безопасности работ в горнов промьшизниости (г.Доноцк, 1891 г.), на каучяо-техкическоа кокфоронцки молодых ученых и сго-циалистов "Прозктировакиз, строительство и эксплуатация горныг предприятий" (г.Белгород, 1839 г.), на 4-а Всесоюзной ваучно-тех-кичоскоё конференции молодых ученых и сюцизлистов угольное про-кьшзнвости СССР "Вычислительный зкегоршонт и его примененкз в исследованиях прк разработка высокопроизводительных и экологически чистых технологий добычи угля" (г.Лоберцы, 1889 г.), на 1в- Всесоюзной конференции колодах ученых "Теория и практика комплексное разработки мэсторождевиа и обогащения полезных ископас-кых" (г.йосква, 1939 г.),на Всесоюзное научно-технической конференций молодых ученых к специалистов угольно! ПрОКЬШЗВНОСТИ "Систена человек-кашина-среда в горном деле. Настоящее и будущее" (г.Москва, 1990 г.), на Всероссийской конференции молодых ученых <г.Апатиты, 1991 г.), на научно-технических совещаниях института "Автоматуглзрудпром" (г. Конотоп, 1891, 1992 гг.)
Публикации. По теме диссертации опубликованы I брошюра, I доклад на международной конференции, 3 статьи, одна из которых переведена за рубежом, и 5 тезисов к докладам, получены 12 изобретения и поданы 3 заявки на изобретения.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, изложенных на 166 страницах машинописного текста, содержит 102 рисунка, 4 таблицы, список литературы из 130 наименований и 3 приложения.