Изучение переносных приборов эпизодического действия и способов контроля качественного состава шахтного воздуха

Цель работы: – ознакомить с принципом действия, схемой и конструкцией шахтного интерферометра ШИ-11 и основными приемами контроля содержания метана и углекислого газа в атмосфере горных выработок.

 

Назначение шахтного интерферометра ШИ-11

Интерферометр шахтный ШИ-11 представляет собой переносной прибор, предназначенный для определения содержания метана и углекислого газа в рудничном воздухе действующих проветриваемых горных выработок шахт.

 

Технические данные

1. Пределы измерения:

содержания метана от 0 до 6% (по объему).

содержания углекислого газа от 0 до 6% (по объему).

2. Предел допускаемой основной абсолютной погрешности измерения на приборе ±0,2% СН₄ (по объему) или С0₂ (по объему) при Т=(20±2)°С и Р—1013гПа (760 мм рт. ст.) ±10,7 гПа (8 мм рт. ст.).

3. Прибор может эксплуатироваться при изменении температуры окружающей среды от минус 10°С до плюс 40°С и атмосферном давлении от 960 гПа (720 мм рт. ст.) до 1067 гПа (800 мм рт. ст.).

4. Габаритные размеры не более, в мм:

длина —115

ширина — 54

высота — 184

5. Вес прибора без футляра не более, кг 1,45.

6. Время определения метана и углекислого газа, мин — 0,5.

7. Исполнение прибора рудничное искробезопасное — РО, И.

8. Конструкция прибора обеспечивает автоматическую установку газовоздушной камеры из положения «контроль» в положение «измерение»; установку микровинтом интерференционной картины в нулевое положение непосредственно в шахте.

 

Принцип работы прибора

Действие прибора основано на измерении смещения интерференционной картины, происходящего вследствие изменения состава исследуемого рудничного, воздуха, который находится на пути одного из двух лучей, способных интерферировать. Величина смещения пропорциональна разности между показателями преломления света исследуемой газовой смеси и атмосферного воздуха.

Интерференционная картина имеет одну белую ахроматическую полосу, ограниченную двумя черными полосами с симметрично окрашенными краями.

Исходное (нулевое) положение интерференционной картины фиксируется путем совмещения левой черной полосы с нулевой отметкой неподвижной шкалы. Шкала прибора с равномерными делениями градуирована в процентах (по объему). Цена деления шкалы 0,2% СН₄. Отметки шкалы через целые деления обозначены цифрами от 0 до 6.

Конструкция прибора

Интерферометр шахтный типа ШИ-11 имеет литой силуминовый корпус, в котором смонтированы все детали прибора.

Общий вид прибора без футляра показан на рис. 1.1.

Рисунок 1.1 – Общий вид прибора

 

На корпусе прибора размещены:

– штуцер 1 для засасывания в прибор рудничного воздуха;

– распределительный кран 2;

– окуляр 3;

– штуцер с фильтром 4, на который надевается трубка резиновой груши;

– винт 5 для перемещения интерференционной картины в нулевое положение.

– кнопка «К» 6 для перемещения газовоздушной камеры в положение «К» — контроль (надписи — «И» и «К» нанесены на крышках кнопок).

– кнопка «И» 7 включения лампы для измерения.

– крышка отделения с поглотительным патроном 8.

Внутри корпус прибора разделен перегородками на три отделения.

В первом отделении размещаются оптические детали прибора.

 

Во втором отделении (рис. 1.2) находятся:

– лабиринт 2, представляющий собой катушку с намотанной на ней трубкой из полихлорвинила.

– сухой элемент 1 типа 343 для питания лампы.

– выдвижная крышка 3, закрывающая отделение прибора.

 

В третьем отделении корпуса прибора (рис. 1.3) размещены:

– поглотительный патрон 1.

– патрон с лампой 4.

– штуцер 2, на который надевается трубка резиновой груши при заполнении воздушной линии чистым атмосферным воздухом. После прокачки воздушной линии прибора штуцер закрывается резиновым колпачком 3.

Рисунок 1.2 – Вид ШИ-11 со снятой нижней крышкой (второе отделение прибора с лабиринтом и источником питания)

Рисунок 1.3 – Вид ШИ-11 со снятой боковой крышкой (третье отделение прибора с поглотительным патроном).

1.4.1 Оптическая схема прибора

Рисунок 1.4 – Оптическая схема прибора (ход лучей при определении содержания метана или углекислого газа)

В оптическую схему (рис. 1.4 и 1.5) входят:

– лампа накаливания Л;

– конденсорная линза К;

– плоскопараллельная пластина (зеркало) З;

 

– подвижная газовоздушная камера А, имеющая три сквозных полости — 1, 2, 3, ограниченные плоскопараллельными стеклянными пластинками 4;

– призма полного внутреннего отражения П;

– призма полного внутреннего отраженияП₁;

– зеркало З₁;

– зрительная труба с объективом ОБ, окуляром ОК и щелевой диафрагмой с отсчетной шкалой С.

На рис. 1.4 показан ход лучей при определении содержания метана или углекислого газа. В этом случае свет от лампы накаливания Л проходит через конденсорную линзу К и параллельным пучком падает на зеркало З, где пучок света разлагается на два интерферирующих луча.

Первый луч света отражается верхней гранью зеркала З, проходит по полостям 1 и 3 газовоздушной камеры, которые заполнены чистым атмосферным воздухом, отражается призмами П, П₁ и после двукратного прохождения по полостям 1 и 3 выходит из камеры.

Второй луч света, отразившись от нижней посеребренной грани зеркала З и преломившись на его верхней грани, проходит через полость 2 газовоздушной камеры, заполненной рудничным воздухом, после отражения призмами П, П₁ и четырехкратного прохождения полости 2 выходит из нее.

Оба луча света, выйдя из камеры, попадают на зеркало З и, отраженные его верхней и нижней гранями, сходятся в один световой пучок, который зеркалом З₁ отклоняется под прямым углом и направляется в объектив ОБ.

Выйдя из объектива ОБ, пучок света проходит через щелевую диафрагму с отсчетной шкалой С в окуляр ОК, через который наблюдается интерференционная картина. При этом интерферирующие лучи проходят через разные газовоздушные среды, в результате чего происходит смещение интерференционной картины относительно нулевой отметки шкалы. По величине смещения интерференционной картины, которое пропорционально концентрациям газа, производится определение процентного содержания метана и углекислого газа.

На рис. 1.5 показан ход лучей при установке и проверке нулевого положения интерференционной картины. В этом случае свет от лампы Л проходит через конденсорную линзу К и параллельным пучком падает на зеркало З, где пучок света разделяется на два интерферирующих луча.

Оба луча света, отразившись от верхней и нижней граней зеркала, дважды проходят через полости 2 и 3 газовоздушной камеры в результате отражения катетными гранями призм П и П₁.

Затем оба луча света попадают на зеркало З, отражаются его нижней и верхней гранями и сходятся в один световой пучок, который зеркалом З₁ отклоняется под прямым углом и направляется в объектив ОБ. Верхняя линза объектива выполнена подвижной, что дает возможность перемещать интерференционную картину вдоль отсчетной шкалы и устанавливать ее в нулевое положение.

Выйдя из объектива ОБ, пучок света проходит через щелевую диафрагму с отсчетной шкалой С и попадает в окуляр ОК. В этом случае на пути интерферирующих лучей находятся полости 2 и 3 газовоздушной камеры. Так как оптическая длина пути обоих интерферирующих лучей света одинакова, независимо от того, будет ли в газовой полости 2 газовоздушной камеры воздух или газ, интерференционная картина смещаться не будет, т. е. останется в исходном нулевом положении.

Рисунок 1.5 – Оптическая схема прибора (ход лучей при установке и проверке нулевого положения интерференционной картины)

1.4.2 Газовоздушная схема прибора

Газовоздушная схема прибора (рис. 1.6) состоит из двух обособленных друг от друга линий — газовой и воздушной.

Рисунок 1.6 – Газовоздушная схема прибора

В газовую линию прибора входят:

– распределительный кран 4, предназначенный для изменения направления движения газовой смеси в зависимости от определяемого газа (метан или углекислый газ);

– поглотительный патрон 5, разделенный на две части. Одна часть патрона заполняется химическим поглотителем известковым (ХПИ) для поглощения углекислого газа из газовой смеси, другая часть — гранулированным силикагелем марок КСК, КСМ для поглощения паров воды. Обе части поглотительного патрона имеют фильтры для улавливания пыли и разделены клапаном;

– соединительные резиновые трубки 8;

– газовая полость 2 газовоздушной камеры.

 

В воздушную линию прибора входят:

– штуцер 6;

– соединительные резиновые трубки 8;

– воздушные полости 1 и 3 газовоздушной камеры;

– лабиринт 7, который предназначен для поддержания в воздушной линии прибора давления, равного атмосферному давлению и сохранения чистого атмосферного воздуха. При определении метана рудничный воздух через распределительный кран попадает в отделение поглотительного патрона, заполненное ХПИ.

Затем рудничный воздух, очищенный от углекислого газа, по соединительной трубке попадает в отделение поглотительного патрона, заполненное силикагелем. Далее рудничный воздух, очищенный от углекислого газа, паров воды и пыли, попадает в полость 2 газовоздушной камеры, откуда через резиновую грушу выходит в атмосферу.

При определении углекислого газа рудничный воздух через распределительный кран и соединительную трубку попадает в отделение поглотительного патрона, заполненное силикагелем. Очищенный от влаги и пыли рудничный воздух попадает в полость 2 газовоздушной камеры. Направление движения атмосферного воздуха и рудничного воздуха при засасывании их в прибор показано на рис. 1.6 стрелками.

 

Подготовка прибора к работе

Перед спуском в шахту прибор должен быть подготовлен к работе.

1.5.1 Проверить исправность резиновой груши. Для этого необходимо сжать грушу рукой и, зажав конец ее резиновой трубки, проследить, как быстро расправляется груша в разжатой руке. Резиновая груша, пригодная для работы, не расправляется или расправляется очень медленно. В случае быстрого расправления груши ее следует заменить.

1.5.2 Проверить герметичность газовой линии прибора. Для этого резиновую трубку груши надеть на штуцер 4 (рис. 1.1), закрыть плотно штуцер 1 и произвести сжатие груши. Газовая линия герметична, если после разжатия руки груша не расправляется. При быстром расправлении необходимо найти и устранить неисправность прибора.

1.5.3 Проверить герметичность пробозаборника. Для этого резиновую трубку пробозаборника надеть на штуцер 4 (рис. 1.1), закрыть входной штуцер пробозаборника (или пережать трубку пробозаборника) и произвести сжатие груши. Пробозаборник и газовая линия прибора герметичны, если после разжатия руки груша, не расправляется. Подобным методом можно проверить герметичность только пробозаборника. При быстром расправлении необходимо найти и устранить неисправность.

1.5.4 Продуть воздушную и газовую линии прибора чистым атмосферным воздухом следующим образом:

прибор вынуть из футляра, снять крышку 8 с отделения, в котором находится поглотительный патрон, со штуцера 2 (рис. 1.3) снять резиновый колпачок 3 и на его место надеть резиновую трубку, прилагаемую к комплекту прибора, второй конец которой надеть на выхлопной штуцер резиновой груши. Трубку резиновой груши надеть на штуцер 4 (рис. 1.1) и сделать 5-6 сжатий груши.

После прокачивания чистым воздухом воздушной и газовой линий штуцер 2 закрыть резиновым колпачком, надеть крышку и прибор поместить в футляр.

1.5.5 Нажать кнопку включения лампы и посмотреть в окуляр. Если интерференционная картина и шкала окажутся нечеткими, вращением окуляра навести их на резкость.

1.5.6 Установить интерференционную картину в нулевое положение. Для этого необходимо нажать одновременно кнопки «И» и «К», медленно вращать винт 5 (рис. 1.1) до совмещения левой черной полосы интерференционной картины с нулевой отметкой шкалы.

1.5.7 Поместить прибор в футляр.

Порядок работы с прибором

При спуске в шахту и во время ходьбы по горным выработкам необходимо носить прибор на плечевом ремне под курткой для предохранения его от ударов и попадания грязи, воды и пыли.

Перед определением метана произвести проверку нулевого положения интерференционной картины. Для этого надо нажать кнопку «И» и кнопку «К» одновременно и посмотреть в окуляр на положение интерференционной картины.

Если интерференционная картина не сместилась относительно нулевой отметки шкалы, прибор готов к работе.

Внимание! Определение содержания метана и углекислого газа производить только при нажатии на кнопку «И».

 

1.6.1 Определение содержания метана в рудничном воздухе

При определении содержания метана распределительный кран (рис. 1.1) ставится в положение «СН₄». Путем трех сжатий резиновой груши проба рудничного воздуха через штуцер 1 или резиновую трубку, надетую на этот штуцер, прокачивается через прибор. Если набранный в прибор рудничный воздух содержит метан, то интерференционная картина сместится вправо вдоль шкалы. При наблюдении в окуляр по смещенному положению левой черной полосы интерференционной картины производится отсчет делений шкалы и результат выражается с точностью до 0,1%. При определении содержания метана содержание углекислого газа в рудничном воздухе должно быть не более 1%.

Для повторного определения содержания метана, предварительной подготовки прибора не требуется, так как при трехкратном прокачивании грушей газовой линии предыдущая проба полностью удаляется из прибора и заменяется новой.

 

1.6.2 Определение содержания углекислого газа в рудничном воздухе

Для определения содержания углекислого газа в рудничном воздухе необходимо вначале сделать определение концентрации метана указанным выше способом. Затем распределительный кран 2 (рис. 1.1) ставится в положение СО₂ и производится прокачивание рудничного воздуха в прибор путем трех сжатий резиновой груши. Отсчет по шкале производится так же, как и при определении содержания метана.

Сумма содержаний газов (СН₄ + С0₂) не должна превышать 6% (по объему). Для более точного определения концентрации С02 необходимо показания прибора умножить на коэффициент 0,95.

Полученный отсчет покажет суммарное содержание в воздухе метана и углекислого газа. Оба эти определения необходимо делать в одном и том же месте и на одинаковой высоте от почвы выработки. Содержание углекислого газа равно разности второго и первого отсчетов.

При отборе проб шахтного воздуха в труднодоступных местах или в верхней части выработки необходимо пробозаборник вынуть из футляра и его штуцер подсоединить к резиновой трубке, надетой на штуцер крана. Если пробозаборник имеет резиновую трубку, то ее свободный конец надеть на штуцер крана прибора 1 (рис. 1.1). Затем пробозаборник раздвинуть на полную длину. Пробозаборник поднять на вытянутую руку и произвести 5-6 сжатий резиновой груши. После набора пробы произвести отсчет концентрации газа на приборе. Собрать пробозаборник и уложить в футляр.