Основні теоретичні положення

Одне з основних завдань забезпечення безпеки робіт на шахтах, а саме попередження можливих вибухів газу метану – застосування відповідної апаратури газового захисту та забезпечення відповідного до вимог виробництва режиму провітрювання. Основою апаратури автоматичного контролю та газового захисту є комплекс "Метан".

Комплекс "Метан" забезпечує місцевий і диспетчерський контроль вмісту метану, видачу команд на аварійну сигналізацію та відключення електропостачання контрольованих об'єктів при граничній концентрації газу метану. Уставки спрацювання пристрою апаратури на відключення складають: 0,5; 0,7; 1,0; 1,5; 2,0%, а межі безперервного виміру від 0 до 2,5% концентрації газу метан.

Апаратура комплексу "Метан" поставляється в наступних модифікаціях:

1. Аналізатор метану АТ1-1 для тупикових вибоїв (рис. 1а). До комплекту аналізатора входять апарат сигналізації АС-5 і датчик метану ДМТ-4.

2. Аналізатор метану АТЗ-1 для видобувної дільниці (рис. 1б). Цей аналізатор забезпечує контроль вмісту метану в трьох точках. До комплекту аналізатора входять апарат сигналізації АС-6 і три датчика метану ДМТ-4.

3. Система автоматичного контролю метану (рис. 1в). До системи входять ряд аналізаторів, ланцюги контролю яких зведені на диспетчерську стійку прийому інформації СПИ-1. До кожного апарата сигналізації АС-5, АС-6 підключається сирена СИ-1 для аварійної сигналізації. Між датчиками й апаратами сигналізації передбачається зв'язок за допомогою спеціальних слухавок ТИТ l.

Конструкція апаратури "Метан"

Датчик метану термокаталітичний ДМТ-4 розміщений у пластмасовому корпусі, в якому на частині, що виймається, розташовуються: блок живлення, виконавчий блок, телеметричний підсилювач, блок резисторів і передня панель. На передній панелі встановлені: контролюючий вимірювальний прилад, чутливий елемент, кнопка перевірки, світлодіоди та резистори для настроювання датчика. Частина, що виймається, з'єднується з корпусом за допомогою штепсельного рознімання.

Чутливий елемент представляє собою датчик (рис. 2). У пластмасову основу 7 елемента вплавлено чотири стрижні, на яких розташовуються робочий резистор 3 і резистор порівняння 4. Основу з резисторами встановлено в корпусі 8, затиснено гайкою 6, ущільнено гумовим кільцем 5. На верхню частину корпуса напаяні два сітчастих ковпачки 1 і 2. Резистори представляють собою циліндри з активного окису алюмінію з намотаними на них спіралями з платинового дроту. Робочий резистор відрізняється від порівняльного тим, що його поверхня просочена платино-паладієвим каталізатором.

Апарат сигналізації АС-5 розміщений у типовому вибухобезпечному корпусі, у якому на частині, що виймається, розташовані живильний трансформатор, блоки живлення сирени, виконавче реле та генератор 14 кГц. На передній панелі частини, що виймається, встановлені вимірювальний прилад і дві сигнальні лампи.

Робота схеми аналізаторів AT1-1. При включенні аналізатора (рис. 3) напруга із затискачів 12, 13 через блокувальний роз'єднувач S1 надходить на трансформатор Т. Із вторинної обмотки 2 трансформатора напруга 110 В забезпечує живленням іскробезпечний ферорезонансний стабілізатор Ст, вихідна напруга якого діє через затискачі 1, 2 на блок живлення БП датчика ДМТ-4. Напруга 24 В з вторинної обмотки 3 трансформатора надходить на блок живлення сирени БПС, блок сигналізації БС, генератор частоти G, у ланцюги сигнальних ламп H1, H2 і реле К1. Зв'язок датчика з апаратом сигналізації здійснюється чотирижильним телефонним кабелем. У ланцюзі стабілізатора Ст і блоці живлення БП забезпечується робота реле К блоку БРК за рахунок поділу змінної і постійної складових струму розподільчими конденсаторами, які розташовані в зазначених елементах. Блок живлення датчика видає ряд напруг для забезпечення роботи мостової схеми, блоку резисторів БР, виконавчого блоку БИ, телеметричного підсилювача УТ і ланцюгів світлодіодів H1, Н2, НЗ. Робочий та порівняльний резистори R_р та R_ср з резисторами R10, R11 утворять міст, який живиться змінною напругою 2 В і є первинним елементом з виробки сигналу залежно від концентрації метану. Блок резисторів у комплексі з резисторами R_г, R_н, R_с забезпечує сполучення по перетворенню сигналу мостової схеми до необхідного значення та передачі його у виконавчий блок БИ. Виконавчий блок складається з наступних пристроїв й елементів: фазочутливих підсилювачів

ФЧУ1, ФЧУ2; реле часу РВ; діодних оптронів V4, V9 і ланцюгів сполучення.

При поданому живленні та нульовій концентрації метану міст датчика неврівноважений (досягається настроюванням резисторів R_г, R_н, R_с), змінна напруга, що діє в певній фазі в діагоналі моста (точки 3, 4), надходить через блок резисторів на вхід виконавчого блоку. У цьому блоці сигнал сприймається фазочутливим підсилювачем ФЧУ1, сигналом якого включається світлодіод оптрона V4. Другий діод оптрона V4 відкривається та забезпечує підготовку до роботи реле часу РВ і включення інверсною функцією оптрона V9. Діодною частиною цього оптрона забезпечується утворення постійної складової струму між блоками БП і Ст, що веде до спрацьовування реле К у блоці БРК і включенню реле K1.

Контактами реле К1 забезпечується: зняття живлення з блоку БПС; включення генератора частоти G; нормальний стан фідерного автомата (затискачі 14, 15) або магістрального пускача (затискачі 9, 11). При цьому в апараті АС-5 і датчику ДМТ-4 горять зелена сигнальна лампа H1 і світлодіод Н3, що вказують на наявність живлення та нормальну концентрацію метану.

При граничній концентрації метану на робочому резисторі відбувається безпламеневе згоряння газу, опір резистора R_р збільшується, що веде до встановлення рівноваги моста, а надалі до появи напруги у діагоналі моста, що змінився по фазі. Припиняє працювати фазочутливий підсилювач ФЧУ1, оптрон V4 і реле часу з витримкою часу 20±5 хв відключає оптрон V9. При цьому відключається реле К и К1. Реле К1, що відключилося, здійснює наступні перемикання: відключає автоматичний фідерний вимикач або магістральний пускач; подає живлення на блок БПС, що веде до включення сирени НА; включається замикаючим контактом мультивібратор блоку БС, що забезпечує пульсуючу роботу генератора частоти G; включається червона сигнальна лампа Н2. У датчику ДМТ-4 інверсно горить світлодіод H1 граничної концентрації метану. При концентрації метану, що перевищує 1,3 від установленої межі спрацювання, фазочутливий підсилювач ФЧУ2 знімає витримку часу з реле РВ. При цьому миттєво відключається електроенергія та включається світлодіод Н2 другого рівня концентрації метану.

Телеметричний підсилювач УТ, ланцюг приладів РА1, РА2, що контролюють процентний вміст метану, і частотний генератор G забезпечують необхідну місцеву інформацію та інформацію на диспетчерській стійці СПИ-1.

Лабораторний стенд, перевірка, настроювання комплексу "Метан"

Стенд являє собою кутникову підставку, на якій розташовується комплекс кожної із зазначених модифікацій. На рис. 4 показана схема стенда аналізатора метану АТ-1. Після вивчення конструкції апаратури та принципу її дії учні збирають схему стенда та випробовують її в нормальному й "аварійному" режимах. Аварійний режим штучно створюється натисканням кнопки "контроль" на датчику ДМТ-4. При цьому спостерігаються показання приладів в апараті та датчику і при значенні 1,3 граничної концентрації метану відбувається відключення електроенергії (відключення лампи Н и двигуна М). Розбаланс мостової схеми можна робити додатковим регулювальним резистором з опором 200–300 Ом, що підключають до контактів 1, 4 на передній панелі виймальної частини датчика. Аналізатори метану поставляються заводом такими, що настроєні на уставку спрацювання 1%, другий порог спрацювання при цьому 1,3%. Якщо за умовами експлуатації потрібна інша уставка, то необхідно здійснити перебудову апаратури резистором R_с (див. рис. 3). В умовах шахтних спеціалізованих майстерень датчики комплексу "Метан" перевіряють і налаштовують на нову уставку в іспитовій камері КИМ для створення метано-повітряної суміші не менш 30 л на один датчик. У комплект такого стенда входять: газовий балон, газометр, інтерферометр й інші пристрої. Обслуговувати такий стенд повинен оператор зі спеціальною підготовкою. В умовах лабораторії такий стенд може бути тільки імітований без наявності газового середовища.

На передній панелі датчика встановлений ряд регулювальних резисторів:

R_л – для виключення похибки, що вноситься опором лінії живлення датчика. При довжині кабелю до 800 м движок резистора повинен перебувати в середньому положенні, при більшій – у крайньому лівому;

R_c – для установки уставки спрацьовування;

R_н – для установки нульової концентрації метану при перевірці й наступному спуску апаратури в шахту;

R_г – для ліквідації похибки пристрою, датчика, що відключає. Його регулювання здійснюється при перевірці датчика в іспитовій камері.

У запропонованому стенді контроль нормальної роботи ланцюга керування магістрального пускача здійснюється омметром PR. Малогабаритний "фідерний" автомат FA виготовлений на базі промислового автомата АП-50, у якому одна обмотка максимального струму (1 А) використана як котушка, що відключає.