Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований 13
1.1. Способы автоматического отключения электроэнергии при нарушении проветривания подготовительных выработок 13
1.2. Отечественные и зарубежные средства контроля расхода воздуха и отключения электроэнергии 16
1.3. Условия применения средств контроля расхода воздуха и отключения электроэнергии 23
1.4. Надежность и эффективность средств автоматического отключения электроэнергии в подготовительных выработках 26
1.5. Выводы, цель, задачи и методы исследований 29
2. Совершенствование сштнш автоматического отключения электроэнергии и исследование ш надежности и эффективности 31
2.1. функции системы и предложения по их расширению 31
2.2. Математические модели для оценки функциональной надежности и эффективности системы 35
2.3. Сбор и обработка статистических данных о надежности элементов системы 4>6
2.4. Показатели надежности системы и ее элементов 50
2.5. Основные виды отказов и повреждений элементов системы и время их восстановления 60
2.6. Эффективность системы и предложения по ее повышению 65
2.7. Выводы 77
3. Исследование условий применения датчиков контроля скорости движения воздуха в шахтных трубопроводах диаметром 500-800 мм 81
3.1. Методы исследований 81
3*2. Исследование доля скоростей движения воздуха в шахтных трубопроводах 83
3.3. Оценка длины преобразователей датчиков и их влияния на скорость воздуха в контролируемой точке . 92
3.4. Определение поправочного коэффициента для преобразователя датчика АКВ-2П 97
3.5. Исходные данные для расчета уставки датчика АКВ-2П 99
3.6. Определение допустимой длины спрямляющих каркасов для датчиков при трубопроводах диаметром 600 и 800 мм 102
3.7. Выводы , 107
4. Исследование работоспособности средств контроля расхода воздуха, разработка требований к ним и предложений по их совершенствованию .111
4.1. Анализ методов и средств измерения расхода воздуха 111
4.2. Исследование работоспособности датчиков АКВ-2П и РПВ 114
4.2.1. Методы оценки работоспособности датчиков 114
4.2.2. Параметры и характеристики датчиков. 119
4.3. Основные требования к средствам контроля провет ривания подготовительных выработок 126
4.4. Предложения по совершенствованию средств контроля проветривания подготовительных выработок 128
4.4.1. Тахометрический индукционный датчик скорости воздуха 128
4.4.2. Усредняющее устройство для измерения расхода воздуха 131
4.5. Выводы 141
5. Разработка требований и предложений по совершенствованию и повышению эффективности способов и средств автоматического отключения электроэнергии 143
5.1. Пути соверпюнствования аппаратуры АКВ-2П 143
5.2. Модернизация датчика АКВ-2П 144
5.3. Совершенствование способа блокировки подачи электроэнергии после остановки ЕМП 154
5.4. Требования к аппаратуре АЗОТ и АПТВ и предложения по ее совершенствованию 157
5.5. Требования безопасности к применению и эксплуатации средств контроля расхода воздуха и отключения электроэнергии 162
5.6. Эффективность мер по совершенствованию системы и средств автоматического отключения электроэнергии 165
5.7. Выводы 171
Заключение 172
Литература
- Отечественные и зарубежные средства контроля расхода воздуха и отключения электроэнергии
- Математические модели для оценки функциональной надежности и эффективности системы
- Оценка длины преобразователей датчиков и их влияния на скорость воздуха в контролируемой точке
- Исследование работоспособности датчиков АКВ-2П и РПВ
Введение к работе
В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года" предусмотрено "осуществлять дальнейшее развитие подземной добычи угля" и^улучшать ... технику безопасности" в угольной промышленности.
Развитие добычи угля подземным способом требует увеличения объема подготовительных работ и широкого применения электроэнергии. Использование электроэнергии на газовых шахтах в подготовительных выработках, проветриваемых вентиляторами местного проветривания (ВШ), сопряжено с опасностями возникновения
аварийных ситуаций, которые могут привести к взрыву метано-воз-душной среды. Эти опасности особенно проявляются в связи с углублением шахт, увеличением длин, скоростей проведения и газообильности выработок, количества и мощности электроприемников.
Подготовительные выработки являются одним из наиболее взрывоопасных участков в газовых шахтах. Случаи взрывов и вспышек метано-воздупшой среды в подготовительных выработках составляют в течение последних тридцати лет от 40 до 90 % от общего их количества в газовых шахтах различных бассейнов страны 16-19, 30, 64, 65J. Статистическая вероятность взрыва рудничного газа в этих выработках ниже уровня I0"*6 в год, требуемого ГОСТ 12.I.010-76 [36]. Среди причин загазирования подготовительных выработок остановки ВШ. и уменьшение расхода воздуха ниже расчетного значения составляют 57-75 % [16, 17, 19, 30, 65-67]. Источники инициирования взрыва метано-воздупшой среды
в 20-50 % случаев возникают вследствие повреждения кабелей и нарушения взрывобезопасности электрооборудования [16, 17, 22, 30, 50, 67]. Поэтому непрерывный контроль расхода воздуха и ав-томатическое отключение электроэнергии при нарушении нормального режима проветривания выработки является, наряду с контролем содержания метана, одним из основных технических мероприятий " по повышению уровня взрывобезопасности в шахтах, опасных по газу.
Контроль проветривания подготовительных выработок и автоматическое отключение электроэнергии, как возможного источника инициирования взрыва метано-воздушной среды, осуществляют на газовых шахтах страны и за рубежом. В создание отечественной аппаратуры контроля расхода воздуха и автоматического отключения электроэнергии большой вклад сделан ИІД им. А.А.Скочинского, МакНИИ, Днепропетровским и Прокопьевским заводами шахтной автоматики (ДЗША и ПША), институтом "Дальгипрошахт" и Ворошилов-градским филиалом "Гипроуглеавтоматизации" (ВФ ІУА).
Опыт применения аппаратуры АКВ-2П, созданной в 1965 году, показывает, что она не в полной мере отвечает современным требованиям безопасности, надежности и условиям эксплуатации. Это снижает ее эффективность и уровень взрывобезопасности в подготовительных выработках.
В соответствии с "Правилами безопасности в угольных и сланцевых шахтах" (ПБ) применяется комплекс средств контроля расхода воздуха и автоматического отключения электроэнергии при нарушении проветривания подготовительных выработок. Надежность и эффективность этого комплекса средств не исследовалась.
Поэтому работа, посвященная оценке надежности и эффективности средств контроля расхода воздуха и автоматического отклю-
чения электроэнергии и разработке рекомендаций по их совершенствованию, является актуальной.
Диссертация связана с научно-исследовательскими работами МакНИИ, выполненными в соответствии с отраслевыми планами Мин-углепрома СССР по проблеме ПІ7І6І0. Основные ее задачи решались при выполнении тем: 1705380000-092, 1975 г.; I7I2I60000-092, 1976 г., Я гое.рег. 76073933, инв. J» отчетов Б 545921,Б 874060; I7I2I70000-092, 1976 г., )& гое.рег. 76073913, инв, № отчета Б 545923; 1749380000-092, 1978 г.; 1712040000-092, 1979 г., # гое.рег. 76073950, инв, № отчета Б 855277.
Цель работы. Установление зависимости надежности комплекса средств контроля расхода воздуха и автоматического отключения электроэнергии при нарушении проветривания подготовительных выработок от параметров этих средств для разработки рекомендаций по их совершенствованию, реализация которых позволит повысить безопасность проведения подготовительных выработок в угольных шахтах за счет уменьшения вероятности взрыва метано-воздушной среды от электрооборудования.
Идея работы. Представить средства автоматического отключения электроэнергии в виде системы, исследовать ее надежность, влияние на уровень взрывобезоласностн и на этой основе выполнить поставленную цель.
Защищаемые научные положения, разработанные лично диссертантом, и новизна:
I. Логические модели безотказной работы системы автоматического отключения электроэнергии при уменьшении расхода воздуха и содержании метана выше нормы, учитывающие структурные и функциональные связи ее элементов,и полученные на их основе
зависимости, позволяющие установить показатели надежности системы, обосновать пути их улучшения для повышения уровня взры-вобезопасности при применении электроэнергии в газовых шахтах,
2. Зависимость относительного изменения интенсивности возникновения взрыва метано-воздушной среды от соотношения параметров, характеризующих состояния электрооборудования, среды и средств отключения электроэнергии, отличающаяся тем, что учитывает длительности опасных состояний среды и электрооборудования, а также работоспособного и неработоспособного состояний средств автоматического отключения электроэнергии. Зависимость позволяет определить эффективность средств и мер повышения уровня взрывобезопасности.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена:
корректным применением методов теории вероятностей и надежности, аэродинамики, математической статистики;
достаточным объемом шахтных наблюдений (59 выработок в те-чение 6 месяцев) для определения эксплуатационной надежности элементов системы (относительная ошибка оценки показателей - 8...15 % с доверительной вероятностью 0,9, что допускается ГОСТ 17510-79);
удовлетворительной сходимостью результатов аналитических и экспериментальных исследований (расхождение не более 10 % при доверительной вероятности 0,95);
положительными результатами эксплуатации в шахтах аппаратуры, созданной на основе разработанных технических требований и предложений.
Значение работы. Научное значение работы
заключается в установлении зависимостей надежности и эффективности системы автоматического отключения электроэнергии от показателей надежности ее элементов. Практическое значение работы состоит в разработке технических требований и предложений, на основе которых усовершенствованы существующие устройства, созданы и серийно выпускаются новые более эффективные средства контроля расхода воздуха и автоматического отключения электроэнергии, позволяющие повысить уровень взрывобезопасности при применении электроэнергии в подготовительных выработках газовых шахт.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Результаты диссертационной работы использованы МакНИИ, ВостНИИ, Днепропетровским и Прокопьевским заводами шахтной автоматики (ДЗША, ПЗША) и Ворошиловградским филиалом "Гипроуглеавтоматизации" (ВФ ІУА) при создании и внедрении аппаратуры АКВ-2ЇЇ, АКВ-2М, АЗОТ, АПТВ и датчика ДКВ, разработке "Инструкции по электроснабжению и применению электроэнергии в тупиковых выработках, проветриваемых ВМП, в шахтах, опасных по газу" к 390 и 441 ПБ,"Инструкции по контролю за эксплуатацией аппаратуры АКВ-2П", "Рекомендаций по оценке безопасного состояния электрооборудования и систем защитного отключения при эксплуатации в шахтах", "Технических требований к аппаратуре автоматического управления ВШ, контроля поступления воздуха и отключения электроэнергии при нарушении проветривания тупиковых выработок угольных шахт". Названные документы утверждены Минуглепроыом СССР.
Реализация разработанных требований и предложений позволила:
уменьшить интенсивность возникновения взрывов газа от
электрооборудования по сравнению с уровнем, который может быть достигнут при применении аппаратуры АКВ-2ЇЇ, - не менее чем в 5 раз благодаря автоматическому отключению электроэнергии при остановке ВМП и в 2 раза за счет нормирования и увеличения наработки на отказ блоков отключения электроэнергии в новой аппаратуре АЗОТ и АПТВ;
сократить перерывы в электроснабжении выработки не менее чем на 300 с за счет совершенствования способа подачи электроэнергии после кратковременной остановки ВШ Са.с, 686II8, 691985);
повысить точность контроля расхода воздуха, уменьшить в 3,5 раза длину спрямляющих каркасов и затраты на их изготовление за счет применения изобретений (а.с. 356468, 7I87I0).
Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения одного комплекта АЗОТ и АПТВ составляет соответственно 1120 и 1152 руб. по данным ЇЇЗША и М Ш.
Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на БГ Всесоюзной научно-технической конференции "Современное взрывозащищенное электрооборудование" (г.Донецк, ВНИИВЭ, 1975 г.), научно-технической конференции "Повышение надежности и экономичности взрывозащищенного электрооборудования" (г.Кемерово, НИИ ПО "Ку-збассэлектромотор", 1984 г.), научно-технических советах МакНИИ в 1975-1983 г.г.
Аппарат АЗОТ экспонировался на ВДНХ. СССР. За участие в его создании и внедрении автор награжден бронзовой медалью Выставки.
Публикация. Основное содержание диссертации опубликовано в 15 работах, в т.ч. в 5 а.с. на изобретения.
Объем работы, диссертация состоит из введения,
пяти глав, заключения, изложенных на.136 с. машинописного
текста, и содержит 28 рис., 26,табл., список литературы из 128 наименований, 3 приложения.
Автор выражает глубокую благодарность докт.техн.наук, профессору Ковалеву П.Ф. и канд.техн.наук Клишканю А.Ф. за советы при подготовке работы.
\
Отечественные и зарубежные средства контроля расхода воздуха и отключения электроэнергии
Начало создания и применения в отечественной практике аппаратуры для автоматического отключения электроэнергии относится к I95I-I952 годам и связано с опытной эксплуатацией аппаратуры РЕВ [21, 28, 90] , разработанной ИГД им. А.А.Скочинского, а также устройства АЧП-І [эо] , изготовленного Донецким энергозаводом. Аппаратура РБВ (рис. 1.2) состояла из контактного мембранного датчика давления для контроля скорости движения воздуха в конце трубопровода, а также из реле блокировки для создания выдержек времени на включение и отключение электроэнергии. Устройство АЭД-1 представляло собой флажковый датчик скорости воздуха, контакты которого непосредственно включались в цепь управления группового аппарата.
Аппаратура РЕВ по схемному решению и выполняемым функциям имела принципиальные преимущества по сравнению с устройством АЧП-І. Поэтому она была принята к серийному производству и выпускалась ДЗША с 1953 года. Опыт применения аппаратуры РЕВ показал, что ее тепловое реле и датчик имеют низкую надежность. Завод неоднократно модернизировал аппаратуру (РБВ-І, РЕВ-1м), особенно ее датчик, применяя в нем резинотканевую и металлические мембраны в виде гофрированной пластины и сильфона. Однако датчики в шахтных условиях оказывались неработоспособными в основном из-за коррозии и механического повреждения мембран под воздействием рудничной атмосферы и давления взрывной волны [9б]. Поэтому аппаратура РБВ в 1961 году была снята с производства, так как она имела ряд недостатков и не отвечала условиям эксплуатации. В 1961 году заводом была предпринята попытка создать аппаратуру AKB-I с термоанемометрическим датчиком на полупроводниковых термосопротивлениях. Однако эта работа не завершилась успехом из-за предполагаемых трудностей при изготовлении и эксплуатации такого датчика.
В 1962-1963 годах ДЗША по инициативе МакНИИ и при участии автора была разработана и испытана в лабораторных и промышленных условиях аппаратура АКВ-2 [9, 24, 57] , которая выпускалась в 1964-1965 годах. С 1966 года заводом организовано серийное производство модернизированной аппаратуры АКВ-2П в количестве 4-5 тыс. комплектов в год. В релейном блоке АКВ-2П для создания выдержек времени на включение и отключение группового аппарата применено полупроводниковое реле времени; вместо группы тепловых реле, используемых для этого в аппаратуре АКВ-2. Конструкция датчика аппаратуры АКВ-2 при ее модернизации принципиальных изменений не претерпела. Датчик АКВ-2П отличается от датчиков аппаратуры РЕВ тем, что в нем применена мембрана из эластичной резины марки $ 100 С.З (ТУ Jfc I533-53P), а также предусмотрена компенсация-статического давления для обеспечения его работоспособности в любом сечении трубопровода3 .
ДЗША на базе датчика АКВ-2П в 1966 году были изготовлены опытные образцы датчика РПВ, предназначенного для контроля скорости воздуха на выходе из воздухоохладителя шахтных холодильных установок. По конструкции ж принципу действия он аналогичен датчику АКВ-2П и отличается пределами уставок. Благодаря увеличению натяжения мембраны в датчике РПВ предел уставок составляет 10-25 м/с- вместо 4-12 м/с, имеющихся в датчике АКВ-2П.
Кроме аппаратуры РБВ, АШ-І, АКВ-2 и АКВ-2П, в 1964-1967 годах была разработана институтом "Дальгипрогормаш" и изготовлена ПЗША аппаратура АБВ-3, имеющая термоанемометрический датчик на полупроводниковых термосопротивлениях. В 1967-1976 годах для контроля проветривания подготовительных выработок были предложены: институтом НЙЙТеплоприбор - турбинный расходомер "Ураган" и контактный датчик с заторможенной крыльчаткой[23, 102];
В создании аппаратуры АКВ-2 и АКВ-2П принимали участие: от ДЗША - А.Я.Некрасовский, З.С.Лившиц, К.В.Овчаренко, А.А.Овчаренко, Г.П.Мышенко, Е.В.Тунин, В.П.Старожук; от МакНЙИ - кроме автора работы - В.И.Болднрев,А.Ф.Клишкань. Ворошиловградским филиалом ІУА - бесконтактный тензоре зисторный датчик с заторможенной крыльчаткой[5]; Карагандинским НИУИ -термоанемометрический датчик ДИВ. Однако эти датчики, как и аппаратура АЕВ-3, не были доведены до промышленного производства.
Из зарубежных устройств, предназначенных для контроля производительности ЩП, известны: прибор типа W фирмы "Корфман Машинен фобрик" ФРГ и контрольное устройство для частичного проветривания, основанные на измерении расхода методом переменного перепада давления [77, 83] ; прибор WGU с термоанемометрический датчиком фирмы "Монтан-Форшунг" ФРГ [124] ; датчики типа V D , работающие совместно с укороченной трубкой Вентури, завода автоматизации и механизации ЧССР, г.Острава [85] ;
Математические модели для оценки функциональной надежности и эффективности системы
В общем случае система при нормальном функционировании должна разрешать включать электроэнергию (функция Фв ) при Ц Цр иО ( , автоматически отключать и запрещать вклю чать ее (функция Ф0) при ) или Q, -Q, . За отказ системы и ее элементов принимали невыполнение этих функций с заданными параметрами в номинальных условиях. Невы полнение функции Фв,приводит к перерыву электроснабжения элек троприемников подготовительной выработки или к возможности по дачи напряжения на них при отклонении параметров средств от но минальных значений. В последнем случае либо при отказе блоков и цепей системы, обеспечивающих выполнение функции Ф0, снижается уровень взрывобезопасности. вероятность безотказной работы блоков, элементов и цепей, обеспечивающих выполнение функций Фв и Ф0 соответственно .в групповом аппарате, пускателе вентилятора, аппаратуре контроля расхода воздуха, содержания метана, кабельных линиях между этими аппаратами. Из рис. 2.3 и вероятностных зависимостей следует: в системе при выполнении функции Ф0 средства контроля расхода воздуха резервируют действие электрической блокировки между ГА и ПВ при остановке ВМП, а средства контроля содержания метана являются резервным элементом с точки зрения отключения электроэнергии при Q=o или , поскольку при этом с течением времени 0 0 ; функциональная надежность системы может быть определена через вероятность безотказной работы ее элементов.
Распределения интервалов времени между отказами исследуемых средств, длительностей их восстановления, а также интервалов времени между появлениями источников и между образованиями взрывоопасной среды в горных выработках согласуются с экспоненциальным распределением [52, 55, 62, 87] . Учитывая это, для оценки эффективности исследуемых средств могут быть применены зависимости [45, 46] , полученные на основе законов марковских процессов и представленные в следующем виде: Но И Ho где П0 и n0 - интенсивности возникновения взрыва рудничного газа, выраженные через параметры потоков опасных и безопасных состояний элементов соответственно СИС-. тем "источник-среда" и "источник-среда-газовая защита"; d,Q ,ГП и d, , ГГЬ - средние продолжительности нахождения электрооборудования, среды и защитных средств соответственно в опасном и безопасном состояниях. Опасным состоянием являются: для рудничной атмосферы - накопление в ней взрывчатой концентрации метана; для электрооборудования - появление в нем повреждений и нарушений, приводящих при наличии напряжения к выделению в атмосферу источника инициирования взрыва (электрическая искра, дуга или нагрев выше допустимой нормы); для защитных средств - отказ, выход (вывод) из строя по любым техническим и организационным причинам.
Под безопасным состоянием этих элементов подразумевается их нормальное состояние, удовлетворяющее требованиям ПБ и другой нормативной документации.
В формулах (2.9) и (2,10) взрыв рассматривается как сложное событие, возникающее при совместном проявлении независимых потоков опасных состояний электрооборудования, среды и защитных средств.
Образование взрывоопасной метано-воздушной среды и появление источника инициирования взрыва от электрической сети в подготовительной выработке, как правило, является следствием взаимно независящих причин. Содержание метана в атмосфере выработки зависит от интенсивности и характера его выделения и расхода свежего воздуха. Загазирование подготовительных выработок, как указывалось в разделе І, в большішстве случаев происходит из-за низкой надежности установок местного проветривания и недостаточного расхода воздуха у забоя.
Источники инициирования взрыва от электрической сети чаще всего возникают из-за повреждения кабелей и нарушения взрывобе-зопасности электрооборудования при его обслуживании.
Средства измерения расхода воздуха и содержания метана в возможных пределах контролируемых параметров не должны выходить из строя, т.е. должны быть рассчитаны для работы в этих условиях. В случае применения защитных средств вероятность пребывания сети под напряжением при опасном состоянии среды зависит от состояния этих средств. При работоспособных средствах, непрерывно контролирующих допустимые ПБ параметры среды, сеть автоматически отключается за время, в течение которого при обыкновенном газовыделении практически исключается совместное появление опасных состояний среды и электрооборудования. Последнее возможно в случае отказа защитных средств, поскольку при этом автоматически не отключается сеть при образовании опасного состояния среды.
Оценка длины преобразователей датчиков и их влияния на скорость воздуха в контролируемой точке
Преобразователь полного давления воздушного потока в датчике АКВ-2ЇЇ (рис. 3.3, 3.4) выполнен в виде раструба с отверстиями в центральной части. Раструб устанавливается на изогнутый под углом 90 конец трубки диаметром 21-22 мм, соединенной спелостью полного давления датчика. Наружный диаметр раструба в плоскости приема полного давления потока составляет 65 мм. Центр раструба, как указывалось выше, находится на расстоянии 200-220 мм от внутренней стенки патрубка. Статическое давление к соответствующей камере датчика подводится через трубку, устанавливаемую заподлицо с внутренней стенкой патрубка.
В датчике АБВ-3 (рис. 3.3) преобразователь выполнен из трубок диаметром 20 и 30 мм с расположением термосопротивлений в 150-160 мм от внутренней стенки патрубка.
Преобразователь датчиков целесообразно устанавливать на расстоянии 0,238R [53] от стенки трубопровода, где скорость воздуха соответствует ее среднему значению. Анализ показывает, что длина преобразователей датчиков АКВ-2П и АБВ-3 при установке их на трубопроводах диаметром 300-1000 мм не удовлетворяет этому условию. Для его выполнения при трубопроводах различного диаметра необходимо иметь возможность регулировать длину преобразователя, что может быть причиной неправильной его установки в условиях эксплуатации и снижения точности контроля расхода воздуха. Учитывая это, а также наличие внутри патрубка выступающих на 25-35 мм частей, возмущающих поток, следует считать, что принятая длина преобразователей в датчиках АКВ-2П и АБВ-3 оправдана.
Рассматривая преобразователи датчиков АКВ-2ЇЇ и АБВ-3 как вид местного сопротивления, а также учитывая требования к пнев-мометрическим трубкам (диаметр трубки не должен превышать 0,0$Ц [37]), следует ожидать ., что преобразователь датчика АКВ-2П при патрубках диаметром 480 и 580 мм может оказать влияние на скорость воздуха в контролируемой им точке, так как соотношения диаметров его раструба и патрубков соответственно составляют 0,14 и 0,11. В связи с этим, а также учитывая, что преобразователи рассматриваемых датчиков, особенно датчика АКВ-2П, конструктивно отличаются от пневмометрических трубок, возникла необходимость проверить фактическое влияние преобразователей этих датчиков на скорость воздуха в контролируемой ими точке. Влияние преобразователей оценивали по изменению величины скорости воздуха в контролируемой точке при установке их на патрубок. Исследования проводили в диапазоне средних скоростей воздуха 4-27 м/с (через 2-4 м/с) с 5 кратным измерением динамического давления в контролируемой датчиком точке до и после установки его на патрубок. Динамическое давление в указанной точке сечения патрубка измеряли: при отсутствии датчиков на патрубке - с помощью пневмоме-трической трубки; при установке на патрубке датчика АКВ-2П - его преобразователем; при наличии датчика АЕВ-3 на патрубке - пневмометрической трубкой, устанавливаемой на расстоянии 50 мм перед преобразователем датчика.
Отклонение скорости воздуха в контролируемой датчиком точке ( 0R ), вносимое его преобразователем, определяли, исходя из соотношения [106]: где V и ҐІ - средние значения соответственно скорости воздуха (м/с) и показаний ММН (мм) в контролируемой датчиком точке до установки его на патрубок; Vn и Пп - соответственно приведенное среднее значение скорости воздуха (м/с) и показаний ММН (мм) в контролируемой датчиком точке после установки его на патрубок; 4 и , - поправочные коэффициенты пневмометрических устройств (трубки Пито или преобразователя датчика АКВ-2П) соответственно при измерении V и v, . Приведенное значение показаний ММН определяли согласно выражению (3.5).
Исследование работоспособности датчиков АКВ-2П и РПВ
Исследования условий применения и работоспособности средств контроля расхода воздуха показывают, что они должны отвечать следующим основным требованиям.
По условиям безопасности минимальная скорость движения воздуха на выходе из трубопровода, находящегося на расстоянии от забоя выработки сечением S , должна быть не йенее 4 м/с [81, 99]. Верхний допустимый предел скоростей дви-кения воздуха в трубопроводе не установлен, хотя в этом имеется необходимость по охлаждающему (для рабочих) и пылевому факторам. Для контроля проветривания подготовительных выработок р зечением до 18 м при минимально допустимой ПБ скорости воздуха 0,25 м/с [82] достаточно иметь датчик с максимальной уставши 20 м/с. При этом верхний предел контролируемых им расходов з трубопроводах диаметром 500, 600 и 800 мм составит соответст-зенно 4,0; 5,7 и 8,5 м3/с, что удовлетворяет условиям эксплуатации. Согласно проектам на установку ЕМЇЇ расчетные значения асходов воздуха с учетом фактического метановыделения и дру-?их факторов составляют до 4 м3/с в 98 % случаев, в т.ч. от 2 to 3 м3/с - 50 %.
Для удобства настройки датчик должен иметь непрерывную їли ступенчатую шкалу уставок в единицах скорости воздуха или то объемного расхода, соответствующего значениям скорости че-»ез не менее I м/с. Целесообразно обеспечение визуального мест-юго и диспетчерского контроля режима проветривания подготови- ельной выработки.
Характеристики датчика должны быть однозначные и стабильные при воздействии внешних факторов: температуры, влажности и запыленности воздуха, ударных нагрузок С753 , а также давления взрывной волны на расстоянии 10-15 м от забоя выработки.
В соответствии с инструкцией [403 , утвержденной Госгор-технадзором СССР и Минуглепромом СССР, в подготовительных выработках измеренный расход воздуха должен быть не ниже 20 % от расчетного значения. Исходя из предъявляемых к аппаратуре физических параметров рудничной.атмосферы (барометрическое давление от 93 до 120 кПа, температура от 268 до 308К), дополнительная погрешность измерения расходов воздуха с помощью приборов, не имеющих корректирующих устройств на изменение плотности воздуха, может достигать от -7 до +5 %, Следовательно, предельное по условиям безопасности значение основной погрешности прибора для измерения расхода воздуха составит - 13 %. Опыт показывает, что обеспечение основной погрешности +5 %t требуемой ПИВРЭ [81], вызывает трудности и может быть причиной усложнения конструкции датчика и снижения его надежности.
Датчик должен быть рассчитан для работы в выработках с углом наклона до 90. Из результатов исследований, приведенных в разделе 3,6, следует, что при гибких трубопроводах и углах его поворота до 10 в месте установки датчиков точечного контроля скорости воздуха может быть допущен прямолинейный жесткий участок длиной 4 Д. Для повышения точности контроля и уменьшения длин прямолинейных участков трубопровода должны применяться датчики с усредняющими преобразователями, не вызывающими больших потерь динамического давления.
Для повышения надежности работы датчик должен обладать самоконтролем исправности как можно большего числа элементов, в том числе и линии, соединяющей его с исполнительным устройством. Кроме того, в датчике должно быть предусмотрено устройство цля визуального контроля исправности этой линии и датчика, а также для проверки его функционирования в условиях эксплуатации. Передача сигналов от датчика к исполнительному устройству должна осуществляться по не более чем двум жилам кабеля.
Для обеспечения взрывобезопасности датчик должен иметь уровень и вид взрывозащиты РО [81] и изготавливаться, как и шахтный трубопровод, из материалов с поверхностным сопротивлением не более 3 108 Ом [82] . Таким образом, условия безопасности и эксплуатации предъявляют ряд требований, которым не удовлетворяет датчик АКВ-2П, и указывают на необходимость его совершенствования.
