Способ сигнализации о силикозности пыли в шахтной атмосфере

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1739061 Al (51)5 Е 21 F 17/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ii qi. „

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ сивностей 1 и ! ностей пыли, по калибровочных козность пыли. 2 для различных силикозI величинам I1 и 12 с помощью графиков определяют силиiCd, О О 0 (21) 4827106/03 (22) 17,05.90 (46) 07,06.92. Бюл. М 21 (71) Институт горного дела им. А. А. Скочинского (72) И. Л. Гейхман, А. М. Онищенко и А. В.

Ивашев (53) 622.325(088.8) (56) Пилипенко А. Т.,Пятницкий Н. В. Аналитическая химия, кн, 2. — M.: Химия, 1990, с.

767.

Харев А. А. Рудничная вентиляция, освещение и горноспасательное дело. М.; Недра, 1965, с. 48-49.

Изобретение относится к горной автоматике, а более конкретно — к методам и средствам автоматической сигнализации о состоянии шахтной атмосферы в подготовительных и очистных забоях, и может быть использовано на опасных по газу и пыли шахтах для улучшения техники безопасности за счет снижения заболевания силикозом шахтеров при недопустимо больших содержаниях силикозной пыли в шахтной атмосфере.

Известен способ определения силикозности пыли, который реализуется следующей последовательностью операций: на контрольных фильтрах за определенное время осаждают угольную пыль, просвечивают инфракрасным излучением фильтры с осажденной на них угольной пылью, регистрируют интенсивности I1 и lz прошедшего через фильтры с пылью инфракрасного излучения в диапазонах длин волн 12,5 и 12,82 мкм, строят калибровочные графики интен(54) СПОСОБ СИГНАЛИЗАЦИИ О СИЛИK03НОСТИ ПЫЛИ В ШАХТНОЙ АТМОСФЕРЕ (57) Сущность изобретения заключается в том, что в способе сигнализации о силикозности пыли в шахтной атмосфере инфракрасным излучением просвечивают контролируемый объем шахтной атмосферы, интенсивности 11 и lz регистрируют в диапазонах длин волн около 13,1 и 12 мкм после прохождения инфракрасного излучения через контролируемый объем шахтной атмосферы, а о силикозности пыли сигнализируют по величине отношения Inly/Ill>. 2 ил.

Известный способ не обеспечивает непрерывную автоматическую сигнализацию (связано с осаждением пыли на фильтрах за данное время), требует дополнительных приспособлений и ручного труда (связано с установкой фильтров с осевшей пылью в прибор для измерения интенсивности 1|и 12.

Кроме того, известный способ не позволяет отстроиться от флуктуаций общего содержания пыли в шахтной атмосфере и перераспределения угольной и породной пыли.

Цель изобретения — повышение точности за счет уменьшения влияния флуктуаций общего содержания пыли в шахтной атмосфере и перераспределения угольной и породной пыли и обеспечение непрерывной автоматической сигнализации.

1739061

Поставленная цель достигается тем, что в способе сигнализации о силикозности пыли в шахтной атмосфере инфракрасным излучением просвечивают контролируемый объем шахтной атмосферы, интенсивности 5

I1 и 12 регистрируют в диапазонах длин волн около 13,1 и 12 мкм после прохождения инфракрасного излучения через контролируемый объем шахтной атмосферы, а о силикозности пыли сигнализируют по 10 величине отношения 1п!2/(п11.

На фиг, 1 приведены зависимости коэффициентов ослабления инфракрасного излучения угольной Пу, породной Пп и силикозной Пс пыли от длины волны излуче- 15 ния; на фиг. 2 — зависимости отношения логарифмов интенсивностей прошедшего контролируемый объем шахтной атмосферы инфракрасного излучения в двух диапазонах длин волн 1п12/(п11 от силикозности пы- 20 ли S при отсутствии породной пыли (1), при равных концентрациях угольной и породной пыли (2), при отсутствии угольной пыли (3).

Способ осуществляют следующим об- 25 разом.

Зависимость интенсивности 11 прошедшего контролируемый объем шахтной атмосферы монохроматического инфракрасного излучения на длине волны 13,1 мкм 30 от концентраций угольной Су, породной Сп и силикозной Сс пыли согласно закону Ламберта-Бугера-Бера имеет вид

I1= IP1exP(— СуКф- CnKnt CcKcg, (1) где 101 — интенсивность падающего на конт- 35 ролируемый объем шахтной атмосферы монохроматического инфракрасного . излучения; (— толщина контролируемого объема шахтной атмосферы, равная 1 м; 40

Ку, Кп и Kc — коэффициенты экстинкции соответственно угольной, породной и силикозной пыли на длине волны 13,1 мкм.

Зависимость интенсивности 12 инфракрасного излучения на длине волны 12 мкм 45 запишется аналогично

12 = 102eXP (— СуКу 1 — СлК, (— С,К, g, (2) где loz — интенсивность падающего на контролируемый объем шахтной атмосферы монохроматического инфракрасного излучения; 50

Ку, ККл и Kc — коэффициенты экстинкции

I I соответственно угольной, породной и силикозной пыли на длине волны 12 мкм, Прологарифмировав выражения (1) и (2), а затем разделив (2) на (1), получим 55

)n I2 С К +СсKc

1п11 Cy Ky+ Cn Kn+Cc Kc

На практике чаще всего используют дифференциальные схемы измерения интенсивностей инфракрасного излучения. На выходе таких схем формируется сигнал отношения выходной интенсивности к входной, Поэтому в выражении (3) вместо

12 102 принята упрощенная запись

5l (1 1/101) ! п12/fnl1. Из выражения (3) видно, что при увеличении общей концентрации пыли в N раз соответственно в N раз увеличиваются концентрации угольной, породной и силикозной пыли. Отношение 1п12/Ы1 при этом остается постоянным.

При неизменной концентрации Сс силикозной пыли и изменении соотношения между угольной Су и породной Сп пылью отношение Inlz/tnl1 будет изменяться незначительно, так как две длины волны инфракрасного излучения выбраны таким образом, что коэффициенты экстинкции Ку и Ку угольной пыли на этих длинах волн приблизительно равны между собой и коэффициенты экстинкции Кп и Кп породной пыли также незначительно отличаются друг от друга, С другой стороны, изменение концентрации силикозной пыли Сс в общей концентрации пыли будет вызывать существенные изменения отношения (и/12/1п11, так как коэффициент экстинкции на длине волны 13,1 мкм Кс меньше коэффициента экстинкции на длине волны 12 мкм Кс для силикозной

I пыли, Коэффициенты экстинкции определяются по коэффициентам ослабления инфракрасного излучения соответствующей пыли

К = (Ь (1 — П)/100))/Cl, (4) где П вЂ” коэффициент ослабления пылью инфракрасного излучения (фиг, 1), С = 4,51 г/м — концентрация пыли, при

3 которой производились экспериментальные измерения коэффициентов ослабления; = 1 м — толщина контролируемого объема шахтной атмосферы, Силикозность пыли в шахтной атмосфере определяется процентным содержанием свободной двуокиси кремния $102 в пыли, С достаточной верностью допущения для силикозности пыли в шахтной атмосфере можно записать

Сс

C — +С. +С, где Сс — концентрация силикозной пыли, в которой содержится 80% свободной двуокиси кремния $102 по эксперименту, Для нахождения однозначной зависимости между отношением 1nlz/(п11 и силикозностью пыли Sпринимаем,,что Су=Сп.

Найдя из (5) Сс и подставив ее в (3), имеем

I n12 0,8 — $ К + Кп +2 S Kc

In l1 (0,8 — S) (Ky + Kn) + 2 S Kc

1739061

S = 0,8 ; (7)

Сп + Сс

1п 12 10,8 — S Кл +S Kc

Ы 1 (0,8 — S) К + S К, аналогично при C> = 0

С +С„ (9) Формула изобретения

25! 1 !

О 1< Ic I5 14 <5 16 (7 ЯЛ Р9 30 3I 37 33 Уз 35 36 31 ."М

75 20 (67 N3 15 III !C 9Ю f33 769 7II 667 И5 5М 53.з5. 3 5 133 375 Я3 30) 299 ZIIG РЯ 37 263

Шиг. 1

Для нахождения максимальной погрешности определения силикозности пыли S no величине отношения В 12/1п11 определим аналитические зависимости 1п12/1п11 от S при Cy=0

Ь 1г

Ы1 (0,8 — S) Ky+S Кс

На фиг. 2 приведены зависимости отношения fnl2/fnl1 от силикозности пыли S, Зависимость 1 соответствует случаю отсутствия породной пыли Сп = 0 согласно (10), зависимость 2 — случаю среднего перераспределения угольной и породной пыли, т,е.

Cy = Сп, согласно (6), зависимость 3 — случаю отсутствия угольной пыли СУ=О согласно(8).

Из фиг. 2 видно, что максимальная погрешность способа приходится на малые, до

30%, концентрации содержания Si02. В том случае, когда кон центра ции содержания

SiO2 достигают опасных пределов свыше

30%, погрешность способа не превышает

3% содержания Si02.

Для реализации способа контролируемый объем шахтной атмосферы просвечивают инфракрасным излучением, регистрируют интенсивности прошедшего контролируемый объем инфракрасного излучения 11 и 12 в двух диапазонах длин волн

13,1 мкм и 12 мкм, определяют отношение логарифмов интенсивностей Fnl2/fnl1 инфракрасного излучения, по величине отношения Fnl2/fnl1 судят о силикозности пыли в

5 шахтной атмосфере.

Техническими преимуществами предлагаемого способа по сравнению с известным являются увеличение экспрессности (в базовом объекте время измерения и анали10 за составляет около 80 ч. в изобретении — 1 с) и устранение ручного труда (в базовом объекте установка фильтра в заборщик воздуха, забор воздуха, извлечение фильтра, снятие пылевой пробы производятся вручную, а

15 анализ пыли на силикозность производится при помощи инфракрасного спектрометра), 20 Способ сигнализации о силикозности пыли в шахтной атмосфере, включающий регистрацию интенсивностей в двух диапазонах длин волн 11 и 12 инфракрасного излучения,отличающийся тем,что,сцелью

25 повышения точности за счет уменьшения влияний флуктуаций общего. содержания пыли в шахтной атмосфере и перераспределения угольной и породной пыли, инфракрасным излучением просвечивают

30 контролируемый объем шахтной атмосферы, интенсивности 11 и 1г регистрируют в диапазонах длин волн около 13,1 и 12 мкм после прохождения инфракрасного излучения через контролируемый объем шахтной

35 атмосферы, а о силикозности пыли сигнализируют по величине отношения &12/Fnt).

1739061

0 и 02 И 0 09 0

nuz г

45

Редактор В.Данко

Заказ 1988 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

51 «,/61 34

Составитель И.Назарина

Техред М,Моргентал Корректор С.Шевкун