Аналіз методів і систем контролю концентрації метану в гірничих виробках вугільних шахт. Розробка засобів контролю вибухонебезпечності, що забезпечують однозначність роботи сигналізації і захисту, напрямки підвищення ефективності і достовірності датчиків.
Аннотация к работе
Неоднозначність спрацьовування засобів контролю метану може призвести до помилкового включення машин і механізмів при наявності вибухонебезпечної концентрації метану. Для досягнення поставленої мети необхідно: - виконати аналіз існуючих методів вимірювання вмісту метану, засобів і систем контролю вибухонебезпечності гірничих виробок шахт; Ідея роботи полягає в розкритті особливостей роботи термокаталітичних датчиків при високих концентраціях метану і їх тривалій експлуатації і розробці на цій основі методів і засобів контролю, що запобігають неоднозначність спрацьовування вибухозахисту гірничих виробок шахт. Провал вихідної характеристики термокаталітичних датчиків в області вибухових концентрацій метану виникає в результаті зриву термокаталітичної реакції окислювання метану на активному елементі. Запропоновано методи та розроблені засоби контролю концентрації метану, що забезпечують однозначність виміру в діапазоні 0 - 100 об.%, що відрізняються одночасним застосуванням двох, постійно включених вимірювальних схем, одна з яких працює на термокаталітичному принципі і призначена для виміру низьких концентрацій метану, а інша - термокондуктометричному принципі і призначена для виміру високих концентрацій метану або одного термокаталітичного датчика за умови, що в діапазоні довибухових концентрацій вимірювання здійснюється термокаталітичним методом, а в діапазоні концентрацій 6-100 об.% термокондуктометричним методом - за величиною напруги на порівняльному елементі при живленні вимірювального моста від джерела стабільного струму.Встановлено, що відмова засобів автоматичного газового контролю (АГК) або неспрацьовування сигналізації про наявність недопустимої концентрації метану, насамперед, обумовлюються недостатньою надійністю апаратури АГК або сигналізаторів, зміною чутливості термокаталітичних засобів контролю в процесі експлуатації, несанкціонованим втручанням у роботу засобів захисту, неоднозначністю спрацьовування засобів контролю метану і відсутністю засобів контролю у всіх потенційно небезпечних місцях. Виконаний теоретичний аналіз роботи термокаталітичних датчиків, працюючих в режимі стабілізації струму через елементи, показав, що при концентрації метану в рудниковій атмосфері до 9,5 об.% вихідний сигнал мостової вимірювальної схеми з послідовним включенням чутливого і порівняльного елементів визначається як (1) а при концентрації метану в діапазоні 9,5-100 об.% - залежністю виду Для 80% датчиків характерний незначний гістерезис вихідного сигналу (рис.1а), але біля 20% датчиків характеризуються значним гістерезисом, причому серед них є як датчики, що характеризуються зміщенням вихідного сигналу при 100 об.% СН4 в область позитивних значень (рис. Результати досліджень показують, що в області високих концентрацій метану (від 10 до 100 об.%) тільки для 30% засобів контролю метану, у яких використовуються термогруппы, які характеризуються істотним зміщенням вихідного сигналу в область позитивних значень при С=100 об.%., забезпечується однозначність спрацьовування захисту в області високих концентрацій метану при випробуваннях відповідно до ГОСТ. Для вияснення причин зміщення вихідного сигналу датчиків при 100 об.% СН4, виникнення гістерезису та провалу вихідної характеристики в області вибухових концентрацій метану теоретично проаналізовано процеси теплообміну термоелементів в повітрі і метані та експериментальні дослідження характеристик термоелементів та протікання процесу каталізу в залежності від умов роботи та параметрів джерела живлення.Результати досліджень дозволили розробити нові термокаталітичні датчики для однозначних сигналізаторів і аналізаторів метану (рис. З використанням розроблених датчиків та запропонованих технічних рішень стосовно забезпечення однозначності роботи сигналізаторів та аналізаторів метану здійснена модернізація технічних засобів контролю метану, що випускаються НВО “Червоний металіст” (рис.6).У дисертаційній роботі, що є завершеною науково-дослідною роботою, дане рішення актуальної науково-технічної задачі підвищення рівня вибухозахисту гірничих виробок шахт, що полягає в у виявленні і дослідженні явища зриву термокаталітичної реакції окислювання метану в області його вибухових концентрацій, установленні закономірностей виникнення інверсії і гістерезису вихідного сигналу термокаталітичних датчиків при високих концентраціях метану, розробці методів і засобів контролю метану, що запобігають неоднозначність спрацьовування засобів вибухозахисту. Шляхом дослідження особливостей роботи термокаталітичних датчиків при високих концентраціях метану і впливу неконтрольованих компонентів і параметрів рудникової атмосфери на їх роботу виявлені і пояснені причини неоднозначної і нестабільної роботи існуючих засобів контролю вмісту метану, у тому числі: - установлено, що неоднозначність спрацьовування засобів вибухозахисту гірничих виробок шахт при концентраціях метану понад 5 об.% виникає в результаті наявності різкого зменшення вихідного сигналу термокаталітичних датчиків (провалу вихідн