книги / Рудничная аэрология.-1

полного и динамического давления потока воздуха на угол, соответ­ ствующий разности этих давлений. Шкала прибора оттарирована по значению этого угла. Одновременно ведется запись динамиче­ ского напора на диаграммной ленте.

Прибором можно измерять скорость воздуха в пределах от 2,5 до 20 м/сек.

При измерении количества воздуха в ряде случаев необходимо не только автоматически фиксировать мгновенный расход вещества, что обычно осуществляется самопишущими приборами, но и сумми­ ровать его за определенный промежуток времени (час, смену, сутки и т. д.). Для этого можно произвести последующее планиметриро­ вание диаграмм самопишущих приборов. Однако такой способ кро­

При этом постоянная интегратора действительна только для опреде­ ленной шкалы дифманометра.

При отклонении параметров воздуха от принятых при расчете шкалы прибора расход, подсчитанный по счетчику или по диаграмме, должен быть умножен на поправочный множитель.

Если шкала прибора отградуирована в м3/ч, поправочный множи­ тель выражается формулой

где Yi и y'i ~~ удельные веса воздуха соответственно для расчетных

значения шкалы.

При автоматическом и дистанционном управлении работой глав­ ных вентиляторных установок необходимо производить электриче­ скую передачу показаний контрольно-измерительных приборов, находящихся в здании вентиляторов, на пульт управления в диспет­ черском пункте. Неэлектрические величины (в нашем случае расход) преобразуются в электрические с помощью омических и индукцион­ ных датчиков. Первые работают на постоянном токе, а вторые — на переменном.

Из физических приборов газового контроля наиболее высокой чувствительностью и избирательностью характеризуются газоанали­ заторы, основанные на оптическом методе.

В развитии методов оптического газового анализа имеются два направления, основанные на двух различных физических свой­ ствах анализируемого компонента:

а) способности поглощать электромагнитные колебания большей части оптического диапазона излучений (электрофотометры);

б) способности изменять направление электромагнитных колеба­ ний видимого диапазона излучений (интерферометры).

Особое место среди оптических газоанализаторов занимают интерферометры, применяющиеся как для лабораторного, так и для промышленного газового анализа. Действие прибора основано на известном принципе измерения смещения интерференционной кар­ тины в связи с разностью показателей преломления (от одного источника) лучей света, пропускаемых через чистый воздух и газовоздушную смесь. Величина смещения интерференционной картины пропорциональна плотности среды и процентному содержанию в ней того или иного газа.

Основными частями прибора являются оптическое устройство, измеряющее степень смещения картины, и рабочая камера с двумя

в среде эталонного газа (воздух, азот и др.).

Когерентные пучки света, проходя через оба канала, образуют интерференционную картину, смещенную за счет разности хода лучей относительно шкалы в зрительной трубке прибора. Это смещение дает процентное содержание СН4 в воздухе. Этим же прибором можно определять процентное содержание Н2 и С 02 (в сумме с кон­ центрацией СН4) в воздухе.

Широко распространенные на шахтах приборы типа ШИ (ШИ-3, ШИ-5, ШИ-6 и др.) имеют пределы измерений от 0 до 6% с точностью

± 0 ,3 % .

Прибор ШИ-6 (ИГА) предназначен для раздельного определения концентрации СН4, С 02 и 0 2 в рудничном воздухе. Пределы изме­ рений СН4 и С 02 — 0—6%, О2 — 5 —20,9%. Погрешность ±0,3% .

Прибор ШИ-3/100 позволяет определять высокие концентрации (до 100%) СН4 и С 02 с точностью до 2,5%.

Достоинства интерферометров — их высокая чувствительность, селективность анализа в многокомпонентных смесях, быстрота дей­ ствия (0,15—0,3 сек). Интерферометры легки и удобны в обращении.

Недостатками указанных выше приборов являются их конструк­ тивная сложность, относительно высокая стоимость, а также пери­ одический, прерывистый характер контроля содержания газа. Тем не менее роль переносных интерферометров будет еще достаточно велика даже при наличии системы автоматического газового кон­ троля, в особенности на труднодоступных и плохо вентилируемых участках

Физико-химические методы анализа рудничной атмосферы осно­ ваны на определении производных физических явлений пламенного (гомогенного) и беспламенного (гетерогенного) сжигания рудничного газа, в частности: температуры, цвета, размера факела пламени при горении метана или цвета каталитического контакта при бес­ пламенном его сжигании; приростов объема или давления реагиру­ ющих веществ (0 2, СН4) и продуктов их горения; термоэффекта экзотермической реакции сжигания метана в пламени, или на по­ верхности катализатора, либо в граничащем с ним контакте.

Физико-химические методы анализа метана наиболее предпочти­ тельны ввиду наибольшей индивидуальности окислительной реакции по отношению к метану.

Помимо высокой избирательности, термохимические газоанали­ заторы обладают также наиболее высокой чувствительностью по •равнению с другими газоанализаторами. Так, при изменении со­ держания СН4 в анализируемом воздухе на 1% происходит прирост температуры при горении на 16%, температуры электрически нагре­ той нити катализатора при беспламенном сжигании метана — на 3% t давления и объема при сгорании метана — на 2%, в то время как коэффициент рефракции в интерферометрах меняется всего лишь на ®,5%, а, например, коэффициент теплопроводности — на 0,2% и т. д.

Примером прибора, основанного на использовании пламенного сжигания (горения) метана является предохранительная бензиновая (пламенная) лампа. Эта лампа применялась в шахтах более ста лет (е 1816 г.).

Принцип работы лампы основан на измерении размера, формы, яркости и окраски ореола пламени, находящихся в однозначной зависимости от процентного содержания метана.

Концентрация 0 2 и С 02 определяется по снижению силы света лампы (лампа гаснет при 16,5—17,5% 0 2 или 3—5% С 02).

Процентное содержание СН4 определяется по эффекту его сго­ рания при поступлении в лампу вместе с воздухом. Замер начинают жри полном пламени и, если не замечено ослабления силы света ж копоти, продолжают его при укрученном до 2 мм пламени, когда лампа значительно чувствительнее.

Пределы измерения СН4 — 1—4%.

Предохранительная бензиновая лампа обладает рядом досто­ инств: она проста, легка в эксплуатации, дешева, достаточно чув­ ствительна и точна в руках опытного горнорабочего, имеет относительную непрерывность действия.

Однако эта лампа имеет и крупные недостатки: невозможность замера концентрации меньше 0,5—1% СН4; большие ошибки в заме­ рах при содержании СН4 меньше 1,5%; зависимость высоты ореола пламени от многих других, помимо содержания СН4, факторов; опасность замеров метана при концентрациях свыше 4—5%, так как малейшие неплотности в соединении частей лампы (сетки) или пере­ мещение лампы с завышенной скоростью (более 6 м/сек) могут вы­ звать взрыв.

Наиболее перспективны приборы, основанные на измерении производных беспламенного сжигания метана на поверхности пла­ тано-иридиевого катализатора при температуре 360—400° С. На этом принципе создан целый ряд отечественных шахтных автоматических газоопределителей стационарного, встроенного и переносного типов. В основу этих приборов положен разработанный А. Н. Щербанем и Н. И. Фурманом автокомпенсационный однокамерный термоката­ литический датчик метана (рис. 184).

Ряс. 184. Схема автокомпеисационного однокамерного термоката­ литического датчика метана

Основными узлами датчика являются камера сгорания, элементы измерительной схемы, блок питания, указывающий прибор и меха­ низм перекрытия камеры сгорания. Измерительный Rr и компенса­ ционный R K (для исключения влияния температуры, влажности и т. п.) теплочувствительные элементы — термометры сопротивления помещены в общую камеру сгорания взрывобезопасной конструкции. Под каждым из них установлены соответственно нагреватели Нг ж Нк. Полость камеры сообщается с внешним анализируемым воздухом через торцовые двухрядные (верхние и нижние) взрыво­ защитные латунные сетки.

Чтобы обеспечить одностороннее воздействие температуры про­ дуктов сжигания метана, сжигание производят лишь на нагрева­ теле Нг, тепло от которого конвективно передается только на термо­ метр Rr. Для соблюдения тепловой симметрии термометры рас­ полагают симметрично относительно оси камеры и они имеют одинаковый геометрический вид и равные сопротивления. Мощности их нагревателей также равны. Последовательно соединенные нагре­ ватели, рассеивая одинаковую мощность, имеют разную температуру за счет несколько большей теплоотдачи пассивного термокатализа­ тора Нк, имеющего увеличенную поверхность. В этом случае термо­

Газообмен при такой конструкции камеры осуществляется есте­ ственно, без принудительных средств, главным образом термокон­ векцией. Два источника конвекции — постоянно существующий (как при отсутствии, так и при наличии СН4 в окружающем воздухе) и эпизодически возникающий (лишь при наличии СН4 в нем) — соответственно обусловлены прогревом среды полости датчика от термокатализаторов Нг и Нк и от теплообразования при поверхно­ стном сжигании метана на Нг. Копвсктивный обмен обеспечивает весьма высокую и не зависящую от геометрии датчика чувствитель­ ность измерения, меньшую инерционность и конструктивную про­ стоту прибора.

Поскольку и чувствительный, и компенсационный элементы установлены в одной камере сгорания, любое изменение физико­ химических параметров воздуха, за исключением содержания метана, воспринимается обоими термоизмерителями R r и Дк, благодаря чему мостовая схема остается уравновешенной. Разбаланс моста происходит только при появлении СН4 в атмосфере и измеряется

спомощью включенного в диагональ моста, образованного Rr и Дк

идвумя вынесенными за пределы камеры сгорания балластными

сопротивлениями R 1 и R 2 микроамперметра, градуированного в про­ центах СН4 и имеющего ток отклонения (0—200 мка).

Разбаланс моста обусловлен дополнительным изменением вели­ чины сопротивления Лг, происходящим в результате удлинения платиновой проволоки при беспламенном сжигании метана на пла­ тино-палладиевом катализаторе.

Термокаталитический датчик метана ДМТ-2 универсален и поло­ жен в основу целого ряда переносных (СПМ), встроенных (ТМРК) и стационарных (АМТ) сигнализаторов метана, являющихся состав­ ными частями системы автоматической газовой защиты.

Для непрерывного определения процентного содержания водо­ рода по объему в различных газовых смесях применяется стаци­ онарный автоматический газоанализатор ТП-1120. Работа прибора основана на использовании зависимости теплопроводности анализи­ руемой газовой смеси от содержания в ней Н 2, так как водород значительно отличается по теплопроводности от других измеряемых компонентов смеси. Параметры анализируемой газовой смеси опре­ деляются вспомогательными устройствами, подбираемыми в соответ­ ствии с конкретными условиями работы. Это дает возможность определять объемное содержание Н 2 в пределах 0—20%, 20—60%, 40—80% и 80—100% с погрешностью ±2,5% .

Пробы шахтного воздуха для последующего лабораторного ана­ лиза отбираются «мокрым» способом (сосуд, заполненный водой, опорожняют в месте взятия пробы); продуванием через сосуд шахт­ ного воздуха в объеме, равном десятикратному объему сосуда; за­ полнением резиновых камер (главным образом, для анализа на СО) и другими способами.

Химический анализ производится объемно-оптическими газоана­ лизаторами ООГ-1, ООГ-2, хроматографами и другими приборами.

В качестве вспомогательного прибора при измерении депрессии применяется воздухомерная трубка (для отделения статического давления потока от полного).

Для автоматизации проветривания шахт и рудников необходимо на вход управляющей машины подавать сведения о депрессии от­ дельных участков сети. Датчики давления должны обладать высокой чувствительностью и точностью и в качестве выходного параметра

Рже. 188. Микроманометры

иметь электрическую величину. С этой целью ведется усовершен­ ствование существующих микробарометров и микробарографов (на базе струнного ^метода измерения и пр.) и создаются новые, автоматически действующие датчики давления.

§ 108. Воздушные и депрессионные съемки

Воздушные (анемометрические) съемки проводятся для контроля распределения воздуха по шахте. Сроки замеров определены Пра­ вилами безопасности. Основные пункты замеров выбираются так, чтобы можно было определить количество воздуха, поступающего в шахту, на отдельные участки, пласты и в забои. Количество воздуха измеряется также на вентиляторных установках.

По данным воздушной съемки составляется баланс воздуха, показывающий, сколько воздуха подается в шахту, выработку и т. п., его распределение, вредные утечки воздуха.