Изучение стационарной аппаратуры контроля содержания метана

Цель работы: – изучить устройство и принцип действия стационарной аппаратуры контроля содержания метана на примере комплекса аппаратуры "Метан" и схем размещения датчиков метана в газовых шахтах.

3.1 Назначение комплекса аппаратуры "Метан"

В соответствии с требованиями Правил безопасности на шахтах 3-й категории по газу, сверхкатегорных и опасных по внезапным выбросам предусмотрен непрерывный автоматический контроль метана в наиболее газоопасных местах шахтной вентиляционной сети. Для этих целей разработан и широко применяется комплекс аппаратуры "Метан".

Комплекс "Метан" предназначен для непрерывного местного и централизованного контроля содержания метана и выдачи сигнала на автоматическое отключение электрической энергии контролируемого объекта при достижении предельно допустимой концентрации метана в угольных шахтах, опасных по газу.

Комплекс "Метан" может использоваться как самостоятельная система автоматического контроля метана (АКМ) или включаться как подсистема в систему автоматизированного управления проветриванием шахты.

3.2 Параметры комплекса аппаратуры "Метан"

 

Таблица 3.1 – Основные параметры комплекса "Метан"

 

Пределы измерения, об. % СН4:	от 0 до 2,5
Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности комплекса, об. % СН4:	± 0,3
Пределы срабатывания отключающего устройства и аварийной сигнализации, об. % СН4:	0,5; 0,7; 1,0; 1,5; 2,0
Погрешность срабатывания отключающего устройства и аварийной сигнализации по шкале показывающего прибора, об. % СН4:	± 0,2
Напряжение питания переменного тока, В:
- аппаратов	36, 100, 127, 380, 660
- стойки	127, 220
Масса, кг, не более:

 

Комплекс "Метан" остается работоспособным при следующих условиях:

– температура окружающей среды, от 5⁰С до 35⁰С;

– относительная влажность воздуха при 25⁰С:

а) для датчика ДМТ-4 и аппаратов АС-5, АС-6 до 98%;

б) для стойки СПИ-1 до 80%;

– скорость движения воздушного потока в месте установки датчика, не более 8 м/с.

3.3 Устройство комплекса аппаратуры "Метан"

 

Рисунок 3.1 – Блок-схема комплекса "Метан"

 

Комплекс «Метан» (рис. 3.1) состоит из анализаторов метана АТ1-1, АТ3-1, АТВ-1, АТВ-3 и стойки СПИ-1 для приема информации.

Анализатор АТ1-1 состоит из термокаталитического датчика ДМТ-4 и сигнализатора АС-5. Он обеспечивает:

– непрерывный контроль концентрации метана в месте установки датчика;

– представление информации на показывающих приборах датчика ДМТ-4 и сигнализатора АС-5;

– формирование команд на автоматическое отключение электроэнергии при достижении предельно допустимой концентрации метана;

– световую сигнализацию датчика ДМТ-4;

– световую и звуковую сигнализацию сигнализатора АС-5;

– формирование стандартной телемеханической информации и передачу ее через любые системы телемеханики или по свободным проводам диспетчеру;

– телефонную связь между датчиком ДМТ-4, сигнализатором АС-5 и стойкой СПИ-1.

Сигнализатор АС-5 питает датчик ДМТ-4, принимает от него сигналы на формирование команд на отключение электроэнергии контролируемого объекта, включает местную звуковую и световую аварийную сигнализацию, формирует сигналы телеизмерения. Датчик соединен с сигнализатором четырехжильным телефонным кабелем. Одна пара проводов служит для питания датчика и передачи аварийной сигнализации, другая — для телеизмерения концентрации метана и телефонной связи. Датчик устанавливается в верхней части выработки.

Анализатор АТ3-1 состоит из сигнализатора АС-6 и трех термокаталитических датчиков ДМТ-4. Он отличается от анализатора АТ1-1 тем, что одновременно контролирует концентрацию метана в трех пунктах, которые могут находиться на расстоянии до 2 км от сигнализатора АС-6. Работа каждого из трех датчиков соответствует работе датчика в анализаторе АТ1-1. Сигнал телеизмерения на указывающий прибор сигнализатора АС-6 выдается только от одного из трех датчиков.

Анализаторы АТВ-1 и АТВ-3 отличаются от анализаторов АТ1-1 и АТ3-1 тем, что их преобразовательные элементы вынесены из корпуса датчика и расположены в отдельном блоке, который соединен с датчиком отрезком кабеля длиной до 30 м. Такое конструктивное исполнение позволяет устанавливать выносной блок в местах слоевых скоплений метана в очистных и подготовительных выработках угольных шахт. Анализатор АТВ-1 состоит из сигнализатора АС-5, датчика ДМТ-5, выносного блока БВП-1. Он выполняет функции, аналогичные анализатору АТ1-1. Анализатор АТВ-3 состоит из сигнализатора АС-6, трех датчиков ДМТ-5, трех выносных блоков БВП-1. Он выполняет функции, аналогичные анализатору АТВ-1. Анализаторы АТВ-1, АТВ-3 используются в очистных выработках, проветриваемых вентиляционными струями с подсвежением и в забоях подготовительных выработок, проводимых буровзрывным способом. Наличие выносного блока чувствительных элементов позволяет в последнем случае устанавливать датчик ДМТ-5 в нише на расстоянии 30 м от забоя при расположении выносного блока БВП-1 на первой (от забоя) раме крепи.

Стойка СПИ-1 предназначена для приема и регистрации телеметрической информации и аварийной сигнализации от анализаторов метана. Она обеспечивает прием информации от 10 анализаторов АТ3-1 или АТВ-3, 12 анализаторов АТ1-1 или АТВ-1 и восьми комплексов «Воздух».

К каждому каналу телеизмерения подключено телефонное гнездо для связи с абонентами, находящимися у сигнализаторов и датчиков. Стойки оборудованы шестью самопишущими приборами, двумя двенадцатиканальными измерительными приборами, 50 приемниками ТС, на выходе которых установлены 500 сигнальных лампочек. Телефонная связь осуществляется по линии телеизмерения между абонентами, находящимися у датчика, сигнализатора и стойки приема информации. Средство связи — телефонная трубка ТИТ-1, выполненная в виде переносного устройства со шнуром, заканчивающимся штепселем, с помощью которого она подключается к телефонным гнездам аппаратуры.

 

3.4 Принцип работы комплекса "Метан"

Принцип работы комплекса "Метан" поясним на примере анализатора AT1-1. Измерительным элементом в аппаратуре "Метан" является датчик метана ДМТ-4, который выполняет роль первичного преобразователя концентрации метана в пропорциональную электрическую величину (рис. 3.2). Он состоит из рабочего 3 и сравнительного 4 элементов, расположенных в корпусе 1. Оба элемента находятся в общей камере сгорания 2, что исключает влияние изменения параметров окружающей среды на точность показаний. Рабочий и сравнительный элементы представляют собой цилиндры из активной окиси алюминия с намотанными на них спиралями из платиновой проволоки. На поверхность рабочего элемента нанесен слой платины и палладия. Концы платиновых спиралей приварены к выводным шпилькам колодки 5, которая закреплена в обойме 6 специальной гайкой 7.

 

Рисунок 3.2 – Датчик метана аппаратуры комплекса "Метан"

 

В месте измерения концентрации метана датчик закрепляется на крепи при помощи цепной подвески так, чтобы анализируемой воздух поступал через жалюзи в камеру сгорания за счет диффузии и конвекции.

Принцип действия аппаратуры основан на измерении термоэффекта при беспламенном сжигании метана на поверхности платино-палладиевого катализатора при температуре 360-400 ⁰С. Выделяющееся при этом тепло изменяет сопротивление рабочего элемента термогруппы ТГ (рис. 3.2), который включен в одно плечо измерительного моста, подсоединенного к блоку питания БП. Сравнительный элемент R_ср (на нем нет горения метана) включен в измерительную схему для компенсации влияния окружающей среды (температуры, влажности и т.д.).

При отсутствии метана или допустимом его содержании сигнал с диагонали моста, образованного резисторами R_p, R_ср, R₁, R₃,,R'₁, поступает на исполнительный блок БИ и блок телеметрического усилителя УТ. После усиления сигнал подается на указывающий прибор, который находится на лицевой части корпуса датчика ДМТ-4 и далее по телефонному кабелю к аппарату сигнализации АС-5, где также имеется указывающий прибор. Затем сигнал передается на стойку СПИ-1 в диспетчерскую, где он может фиксироваться самопишущим прибором.

Если концентрация метана превысит допустимое значение, но не более чем в 1,3 раза и длительность такого превышения будет более принятой выдержки времени (15 мин), сработает усилитель первого уровня блока БИ, который через УТ подаст сигнал на АС-5. Аппарат АС-5 включит сирену и отключит автоматический выключатель. Одновременно на датчике загорится красный светодиод, подтверждая, что сработал усилитель первого уровня контроля. Если концентрация метана превысит значение 1,3 от установленного предела, поступление сигнала с БИ, УТ и отключение автоматического выключателя произойдет мгновенно: на датчике загорятся одновременно два красных светодиода. В обоих случаях у диспетчера на стойке СПИ-1 появится мигающий с частотой примерно 3 Гц аварийный световой сигнал.

Анализатор АТ3-1 работает аналогично, отличается размерами и тем, что к нему подключаются три датчика ДМТ-4. Сигналы телеизмерения передаются на стойку СПИ-1 только от одного из трех датчиков, от двух других - дискретные.