Способ контроля скрытой границы порода-уголь

 

(72) Авторы изобретения

З.A.×åðíÿê, 8.И.Шилов, В.И.Славинский и A.È.Kàíäàëà

Ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового

Красного Знамени институт горного дела им. А.А.Скочинского АН СССР (7I ) Заявитель Изобретение относится к автоматизации технологических процессов в горной промышленности, точнее к ос- . новным элементам систем автоматического управления положением угледобы" вающих машин в профиле угольного пласта.

Известен способ контроля границы порода-уголь, основанный на регистрации обратно рассеянного гамма"излу" (0 чения искусственного изотопа, на основании которого созданы изотопные ддтчики контроля границы породауголь (1).

Однако применение изотопов в условиях очистного забоя создает опре» деленные ограничения в использовании указанных устройств, связанные с.не.обходимостью обеспечения биологической защиты от действия ядерного

20 излучения.

Известен также способ контроля скрытой границы порода-уголь, основанный на регистрации естественного

2 гамма-излучения угля и вмещающих по, род и на отличии плотности потока регистрируемого гамма-излучения от угля и от породы. 6 этом способе контроль границы порода-уголь осуще» ствляется путем регистрации интегральной скорости счета гамма-квантов, испускаемых породой почвы йли. кровлю пласта и ослабляемых угольной пачкой.

Контроль толщины угольной пачки осуществляется до 300 им с максимальной дифференцирующей способностью, достигающей 0,5 (отношение регистрируемой скорости счета при толщине уголь" ной-пачки 300 мм, соответствующей насыщению выходной характеристики датчика, к скорости счета регистрируемой.на породе Ьр= О) $23.

Однако довольно низкая дифференцирующая способность (т..е. малая крутизна зависимости n = f {h><)) не позволяет точно определять толщину угольной пачки., 3 91103

Цель изобретения - повышение точности контроля скрытой границы порода-уголь в диапазоне толщин угольной пачки до 100 мм. Именно в этом диапазоне находится толщина уголь- з ной пачки, оставляемой в кровле угольного пласта или на почве, в процессе управления угледобывающей машиной относительно профиля пласта.

Здесь ошибка в измерении. влечет за 16 собой нарушение технологии добычи угля,. связанные с присечкой породы или оставлением пачки недопустиМой толщины.

Указанная цель достигается тем, 15 что дополнительно выделяют импульсы.

Ъбусловленные гамма-квантами. с энергией до 60 (ИЭ) и свыше 60 кэВ (N ), регистрируют скорости счета этих импульсов и по отношению 20

jN /ИЭ) определяют расстояние до скрытой границы порода-уголь.

На фиг. 1 показаны зависимости регистрируемой детектором интенсивности излучения в различных диапазонах И энергий {кривые 1, 2, 3) и отношения зависимостей, выраженных кривыми 2, 3 и 4 от толщины угольной пачки; на фиг. 2 " устройство для реализации ,способа. 3О

На фиг. 1 показаны зависимость 1 интегральной скорости счета й„на выходе детектора от толщины угольной пачки h, зависимость 2 от h < скорости счета импульсов п, обусловлен- >> ных гамма-квантами естественного излучения с энергией свыше 60 кэВ; соответствующая зависимость 3 п при регйстрации излучения с энергией до

60 кэВ; кривая 4 описывает зависимость отношения Rg/д от Ь,г.

Испускаемое породой кровли и прикровельной угольной пачкой угля естественное гамма-излучение регистрируется спектрометрическим сцинтилляционным детектором на основе монокристалла Na3(Ti), сочленного с фотоэлектронный умножителем причем интенсивность излучения, испускаемого углем, значительно ниже, чем породой. .®

Исследованиями, проведенными с; различными размерами кристаллрв, установлено, что при регистрации естественного гамма-излучения в области малых энергий (до 100 кэВ) интенсив- И ность последнего с ростом толщины угольной пачки сначала увеличивается за счет накопления высокоэнергетичО 4 ных гамма-квантов испускаемых породой, а затем уменьшается (см. кривую

3 фиг. 1), При регистрации гамма-излучения области больших энергий интенсивность последнего монотонно уменьшается с ростом 11уг(кривые 1 и 2 на фиг. 1) .

Порог регистрации 60 кэВ обуслов-. лен тем, что с одной стороны, при увеличении порогового значения энергии растет скорость счета регистрируемого сигнала, что способствует уменьшению статистической погрешности регистрации сигнала; с другой стороны, при этом падает крутизна зависимости 3 на фиг. l, что вызывает уменьшение крутизны результирующей зависимости 4 (фиг. 1) и увеличение погрешности измерения толщины угольной пачки. Порог 60 кэВ соответствует оптимуму этих двух противоречивых факторов с точки зрения минимума суммарной погрешности измерения .

Экспериментальные зависимости, показанные на фиг. 1 получены при использовании в качестве детектора излучения спектрометрического сцинтилля-, ционного монокристалла NaJ(ТЦ размером 40х30 мм -при его неколлимировании. Подобная тенденция сохраняется и для других размеров кристаллов и геометрий измерения, То обстоятельство, что ход зависимости регистрируемой детектором интенсивности естественного гамма-излучения от h>< имеет прогивоположный характер для различных диапазонов энергии регистрируемых гамма-квантов, позволяет значительно увеличить дифференцирующую способность способа и повысить томность контроля толщины угольной пачки до 100 мм (см. кривую 4 фиг. 1) .

Так, например, при изменении толщины угольной пачки до 100 мм сигнал по зависимости. 2 (фиг. 1) уменьшается в

1,3 раза, а по зависимости 3 (фиг.l) увеличивается в l 6 раза. При этом отношение этих сигналов по зависимости 4 (фиг. 1) изменяется B 2,2 раза, что позволяет с большей точностью оценить величину, на которую изменилась толщина угольной пачки.

Для контроля толщины угольной пачки свыше 100 мм сохраняется канал интегральной регистрации импульсов (кривая 1 фиг. 1), что позволяет получить меньшую погрешность определения Ь г, так как абсолютное зна5 9110

1 чение регистрируемого числа импульсов здесь небольшое .

Устройство, реализующее предлагаемый способ {фиг. ° 2) состоит из детектора гамма-излучения 1, выход кото- 5 рого соединен со входом амплитудного дифференциального дискриминатора (АДД) 2 с порогом регистрации 60 кэВ и со входом счетчика 6, регистрирующего интегральную скорость счета импульсов, Выходы АДД 2 соединены со счетчиками 3 и 4 числа импульсов, обусловленных энергиями гамма-излучения до 60 кэВ и свыше 60 кэВ, выходы которых соединены с устройством деления 5. Один из выходов счетчика

6 соединен со входом дешифратора 7, управляющего работой арифметического устройства. Выходы счетчика 6 и устройства деления 5 соединены со входом арифметического устройства 8, расчитываюцего толщину угольной пачки, Устройство работает следующим образом.

Испускаемое породой гамма-излучение регистрируется детектором 1, на выходе которого образуется последовательность импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии регистриру- Зо емога гамма-излучения. Импульсы с частотой следования и поступают как на вход счетчика 6, регистрирующего интегральную скорость счета И < за время Т, так и на вход АДД 2 с поро- 3s

roM регистрации 60 кэВ, на выходе. которого образуются два потока им-. пульсов с частотой следования и (энергия гамма-квантов более 60 кэВ} и и (энергия регистрируемых гамма- 4в квайтов менее 60 кэВ), число которых за время F (N< и Ng), рвгистрируется соответственно счетчиками

3 и 4.

Выходы счетчиков 3 и 4 соединены со входом устройства деления 5, которое осуществляет деление чисел

Ng. п

ПЗ а отношение Ь = N /И поступает на So вход арифметического устройства 8.

Число импульсов N, полученное за время Т в счетчике 6, поступает на вход дешифратора 7 и вход арифметического устройства 8. Если число у ! импул ь сов N мен ьше N4 (соот ветст вующего трлщине угольной пачки 100 мм и определяемого в процессе капибров30 6 ки прибора 1, чт о соот вет ст вует 11

100 мм (фиг. 1), то срабатывает дешифратор 7 и дает управляющий сиг" нал на арифметическое устройство, которое оперирует только с числом зарегистрированным счетчиком 6.

Если толщина контролируемой угольной пачки менее 100 мм, дешифратор

7 не срабатывает и арифметическое устройство 8 анализирует отношение Ь =

И /И . Арифметическое устройство решает уравнение И4 = f(h r) при h>r ) 100 мм Л вЂ” ИЯ/N К(11уг) при

h>< <100 мм относительно h r и выдает на выходе значения толщины уголь.ной пачки. . Таким образом, предлагаемый спо соб позволяет осуществлять выемку угля как на полную мощность, так и с оставлением предохранительной угольной пачки до 300 мм, что практически охватывает 904 всех разрабатываемых шахтопластов.

Оснащение угледобывающих комбайнов устройствами, реализующими данный способ, позволит осуществить с высокрй точностью автоматическое вождение машин по гипсометрии пласта, что дает экономический эффект около

50 тыс.руб. в год на прибор, Формула изобретения

Способ контроля скрытой границы порода-уголь, основанный на различии естественной радиоактивности угля и вмещающих пород и включающий измерение интегральной скорости счета импульсов с детектора излучения и определение толщины угольной пачки, отличающийся тем, что, с целью повышения контроля угольных пачек в диапазоне толщин до 100 мм, дополнительно выделяют импульсы, обусловленные гамма-квантами с энергией до 60 и свыше

60 кэВ, регистрируют скорости счета этих импульсов и по их отношению опредИФют расстояние до границы породауголь .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР и 684952, 1977.

2 . Патент Вели кобр ит ании 11526028, кл. F. 2E .С 35/24, опублик. 1978 (прототип) .

Я11030

Составитель Н. Чижикова

Редактор А. Долинич Техред И.Тепер Корректор Н, Стец

Заказ 1976/16 Тираж 624 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-3, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент",г. Ужгород, ул, Проектная, 4