книги из ГПНТБ / Шепелев С.Ф. Газовость промышленных взрывчатых веществ на рудниках

Основными требованиями, предъявляемыми к пробо­ отборникам, являются их портативность и надежность в работе.

Конструктивно все они состоят из включающего уст­ ройства, распределительного механизма времени и резер­ вуаров для набора проб.

В зависимости от поставленной задачи емкости имеют объем от 200 мл до 1,74-2 л. Количество их также может меняться в широких пределах.

Для включения приборов обычно используется энергия взрывной волны. С этой целью делают специальные сей­ смические пускатели, запускающие распределительный механизм времени в момент взрыва.

По принципу действия все автоматические пробоот­ борники можно разделить на четыре класса: гидравличе­ ские, вакуумные, электромеханические и инерционные.

Гидравлические пробоотборники

Принцип отбора проб в гидравлических пробоотборни­ ках основан на создании вакуума в сосудах за счет выте­ кания из них воды или какой-либо другой жидкости.

Рис. 11. Схема гидравлического пробоотбор­ ника газов конструкции КГРИ, 1958 г.

Одним из первых такой прибор (рис. 11) был сконст­ руирован и изготовлен в Криворожском горнорудном ин­ ституте под руководством С. И. Луговского [6].

51

Этот пробоотборник состоит из следующих основных частей: воздушного пускателя часового контактора 10, клапана с электромагнитами 4,3, газовых фильтров со вса­ сывающими трубками 5,6, делительных воронок 7 и ба­ тареи аккумуляторов 8.

В момент взрыва воздушная волна действует на мем­ брану пускателя 10, который замыкает электрическую цепь катушки часового контактора (рис. 12). Часовой контактор представляет собой круглый диск 1 с располо­

механизма начинает вращаться. Через минуту после взры­ ва пружинный токопитатель подходит к первому контакту и замыкает цепь катушки клапана первой делительной во­ ронки. Клапан открывается, и вода создает в верхней час­ ти делительной воронки разрежение, куда засасывается через всасывающие трубки и фильтры загазованный воздух.

Делительная воронка представляет собой стеклянный сосуд емкостью 2 л, закрытый резиновой пробкой с изог­ нутой трубкой, соединенной с газовым фильтром, улавли­ вающим окислы азота в 5%-ном растворе едкого натрия, заливаемого в сосуд фильтра в количестве 20 см3.

Схематически засасывание пробы воздуха показано на рисунке 11, из которого видно, что взятая проба снизу запирается водой, оставшейся в изогнутой трубке, а свер­

52

ху — раствором едкого натрия, находящегося в сосуде газового фильтра. Кран 9 служит для закрытия дели­ тельной воронки для транспортировки проб в лаборато­ рию. Прибор изготовлялся для набора 12 проб и имел не­ зависимое электропитание.

Автоматический газоотборник устанавливается в ни­ шах на исходящей струе, а сейсмический пускатель проч­ но крепится кронштейном к крепи выработки таким обра­ зом, чтобы мембрана была направлена навстречу взрыв­ ной волне.

Одним из основных недостатков этого пробоотборни­ ка является громоздкость и нетранспортабельность ввиду

Для набора проб на окис-® лы азота в верхней части сосудов имеются углубления,

куда вставляются воронки 2 емкостью 50 см3, заполняе­ мые щелочным раствором, поглощающим окислы азота.

трубки <2 = 7 мм. Первая из трубок, служащая для набора проб из воздуха, опущена в раствор 3, один конец другой трубки заделан в нижнюю часть крышки, а второй соеди­ нен через резиновый шланг, d = 6 мм с входящим патруб­ ком сосуда 1. В верхней части сосудов имеются патруб­ ки 5 для выпуска воздуха при заливе прибора водой. В нижней части сосудов расположены выходной патрубок 6, сливной 8 (не соединенный с внутренней частью сосуда) и стойка 7, служащая для пережатия 77-образной резиновой

53

трубки капроновой нитью 9. Интервал пробонабора регу­ лируется часовым механизмом 10, состоящим из электро­ часов с электродвигателем 11, и редуктора 12 разрываю­ щего устройства, состоящего из подвижного рычага 13 с нитью накала, предназначенной для пережигания капро­ новых нитей 9 или с лезвием бритвы в случае применения хлопчатобумажных нитей. В часовом механизме можно использовать электрический или механический привод. В первом случае применяется двигатель от радиозондов с редуктором от двигателя СД-2, а источником питания служит сухая батарейка от карманного фонарика. Часо­ вой механизм рассчитан таким образом, чтобы рычаг 13 делал один полный оборот за 3 или 6 час, при этом в за­ висимости от необходимой частоты отбора проб возможна регулировка и на более длительное время. Окружность па­ нели часового механизма разделена на 12 частей соответ­ ственно числу емкостей. На панели имеется шкала с раз­ личными интервалами времени между отбором проб — равномерная или логарифмическая. Шкала панели со­ стоит из двух концентрически расположенных колец диа­ метром 50 и 80 мм и высотой 10 мм. На внутреннем коль­ це закрепляются концы пережимающих нитей, а наруж­ ное служит для натяжения и фиксации их в соответст­ вующем положении.

Для запуска прибора в момент взрыва предназначен сейсмический пускатель, устроенный из двух металличе­ ских пластинок — жесткой и пружинистой 17. Обе пла­ стины изолированы эбонитовыми прокладками 15, 18, в которых они закреплены.

К выводам пластин припаяны контакты электроцепи 19, замыкающейся через точечный контакт 20. Пружини­ стая пластинка имеет на конце углубление, куда до взры­ ва ложится груз 21 (стальной шарик), при этом пластина 22 изгибается, размыкая электрический контакт.

Под действием ударной волны шарик падает и через контакт 20 замыкается цепь двигателя часового меха­ низма. Подвижный рычаг 13 начинает вращаться и через определенный промежуток времени пережигает или пере­ резает нить 9 первого сосуда. При этом освобождается резиновая трубка и вода начинает вытекать через сливной патрубок 8.

В сосуде создается разрежение, и воздух через труб­ ку 3 засасывается в прибор, окислы азота поглощаются в емкости 2 со щелочным раствором, а остальные газы по­ ступают в сосуд 1. Газы после полного истечения воды на­ глухо запираются в нижней части жидкостью, оставшей­

54

ся в Н-образной трубке, а верхним затвором служит хими­ ческий раствор в сосуде 2. По истечении установленного интервала времени в работу включается следующий со­ суд и т. д. После набора всех проб прибор доставляется в лабораторию для анализа.

Существуют аналогичные конструкции гидравличес­ ких пробоотборников газов и у других авторов.

В журнале «Безопасность труда в промышленности» (1957, № 9) описан автоматический пробоотборник руд­ ничного воздуха, также рассчитанный на 12 проб, набор которых осуществляется через клапаны, открывающиеся

Рнс. 14. Шахтный автоматический пробоотборник газов МакНИИ.

в определенной последовательности за счет распредели­ тельного валика.

Несколько иной принцип выдержки времени в прибо­ рах конструкции МакНИИ.

Такой пробоотборник описан И. В. Бобровым [31]. Прибор (рис. 14) содержит цилиндры выдержки времени 3 с поплавковым устройством 4 и диафрагмой, металличе­ скую бюретку для пробы 2, включающее устройство 7, кожух 1, трубки 5 и 10, открывающее устройство 6, сто­ порное устройство 8, накидные гайки 9, водяные затворы 11 к 12, тягу 13, поршень 14 и пружину 15.

Пробоотборник рассчитан на 4 пробы, набираемые ав­

55

томатически через различные интервалы времени в тече­ ние первых 10—16 мин после взрыва.

Перед началом работы бюретки, цилиндры выдержки времени и трубки 5 и 10 заполняются водой, после чего нижние краны перекрываются устройством 6. Это осуще­ ствляется перемещением поршня 14 в правое положение и фиксированием при помощи стопора 8 и флажка 7.

Устанавливается газоотборник на исходящей струе в вертикальном положении, так как в противном случае опускание поплавков будет неравномерным и отбор проб некачественным.

Запускается отборник от взрывной волны. При этом флажок поворачивается и освобождает стопорное устрой­ ство 8, отпускающее поршень.

Пружина 15 сжимается и ее усилие передается тяге 13, которая передвигается и через устройство 6 открывает нижние краны. Вода начинает вытекать из бюреток с раз­ личной скоростью в зависимости от калибровочных диа­ фрагм, поставленных между бюретками и цилиндрами выдержки времени. Из цилиндров через водяные затворы 12 вода поступает в бюретку, поршни 14 начинают опус­ каться с различной скоростью. Вместе с ними опускаются и трубки 5. После выпуска воды из цилиндра через труб­ ку 5 и водяной затвор 12 вода вытекает из трубки 10, обес­ печивая засасывание пробы воздуха. Последний, проходя через трубку 5 и гидрозатворы, поступает в бюретки, где сверху и снизу отсекается водяными затворами. Пробоот­ борник рассчитан на регулировку времени в интервале от

30 сек до 12 мин.

Подобный газоотборник, но с измененным устройством выдержки времени и пусковым устройством был предло­ жен несколько позже в авторской заявке сотрудников МакНИИ.

На рисунке 15, о показан общий вид прибора перед включением, а на рисунке 15, б — во время отбора проб. Во время подготовки к работе открываются краны и бач­ ки выдержки времени 3, бюретки 6 заполняются жидко­ стью до устья вводных трубок 9. Нижние краны 7 после заполнения перекрываются, для чего вводят тягу 10 и фиксируют ее защелкой 11. Затем возводят зщарник 12 и фиксируют его стопором 13.

Перед взрывом к местам отбора проб отводят вводные трубки 9, а конец гибкой связи 14 протягивают через по­ воротный направляющий ролик 15 к забою и в натянутом положении закрепляют. Затем снимается стопор 13. Во время взрыва натяжение гибкой связи 14 нарушается,

56

ударник 12 освобождается и под действием пружины уда­ ряет по защелке 11, освобождая подпружиненную тягу 10, которая передвигается и открывает рычагами кран 7. Во­ да из бюреток начинает выливаться с различной скоро­ стью из-за наличия диафрагм 5, имеющих разные кали-

Рис. 15. Схема автоматического пробоотборника газов в шахтах, опас­ ных по газу и пыли перед включением (о) и при наборе проб (б): 1 — ■корпус; 2 — включающий механизм; 3 — бачки выдержки времени; 4 — устройство ввода пробы газа в бюретку; 5 — набор дозирующих

1 1 — защелки; 12 — ударник; 13 — стопор; 14 — гибкая связь; 15 —

поворотный направляющий ролик.

бровочные отверстия. За счет этого создается выдержка времени пробоотбора в пределах от 5 сек до 15 мин. Жид­ кость из бачков выливается в бюретки через пазы под колпачком и штуцер, установленный над диафрагмой 5 с зазором от трубки колпачка. Вслед за понижением уровня воды в бачках в них засасывается воздух, обходя при этом трубку клапана 4. Однако при понижении уровня жидко­ сти до штуцера над диафрагмой происходит интенсивное засасывание воздуха непосредственно в бюретку через трубку колпачка 4, штуцер, отверстие диафрагмы 5, гид­ розатвор 8. Оставшийся воздух в бачке 3 в бюретку не поступает, так как отсекается жидкостью, находящейся под колпачком.

Пробы набираются в бюретки за 5—30 сек и изолиру­ ются от внешней среды гидрозатворами 8 (верхним и нижним).

Несмотря на ряд преимуществ перед пробоотборником И. В. Боброва, описанной конструкции присущи и некото­ рые недостатки. Например, прибор может быть установ-

57

лен только в непосредственной близости от места взрыва, что нецелесообразно, если взрыв массовый. Нить, натя­ нутая на 50—100 м, может быть подвергнута поврежде­ ниям еще до взрыва. К тому же для выяснения картины вымывания газов из призабойной зоны необходимо отби­ рать пробы и через более длительные промежутки време­ ни. Однако это встречает трудности в изготовлении как первого, так и второго пробоотборника. Увеличения проме­ жутков времени между пробами можно достигнуть либо за счет изменения объема бачка 3, либо уменьшением от-

Начшьныи ур&бонь боды

Рис. 16. Схема автоматического пробоотборника газов Л. А. Склерова и О. А. Лопатова (а) и Общества каменно­ угольной промышленности Эссена (б): 1—крепь; 2—держа­ тель; 3—сбрасывающая пластина; 4—резиновая мембрана; 5 — входное отверстие; 6 — воздухоподводящая трубка;

7 — верхние гидрозатворы; 8 — пипетки; 9 — нижние гидро­ затворы; 10 — выпускное U-образное колено; 11, 12, 13 — выпускные краны; 14 — выпускная сеть; 15 — резервуар с водой; 16 — трубка для заливки воды.

верстия диафрагм. Но первое ведет к увеличению габари­ тов прибора, а второе — к преждевременному выливанию воды из бюреток и засосу воздуха через нижние выпуск­ ные краны.

Более простой пробоотборник предложен Л. А. Склеровым и-О. А. Лопатовым [32]. Их прибор состоит из пипе­ ток 2, расположенных вертикально друг под другом и сое­ диненных между собой резиновыми трубками и колена­ ми 3, служащими при отборе проб гидрозатворами (рис. 16, а). Перед работой вся система пробоотборника через

58

выходное отверстие и кран 6 заполняется водой до началь­ ного уровня. Пробы отбираются в определенной точке че­ рез воздухозаборник 4, который в начальный момент за­ крыт резиновым клапаном 5.

За счет разрежения, создаваемого столбом воды, рези­ на плотно прилегает к шлифованной поверхности воздухо­ заборника и препятствует вытеканию воды из прибора. Для регулировки скорости заполнения пипеток руднич­ ным воздухом служит кран 6. Регулировка осуществляет­ ся посредством кранов выпуска воды из прибора. При взрыве за счет ударной волны, создающей большой пере­ пад давлений, резиновый круг падает с воздухозаборника и уровень воды в приборе начинает понижаться. Ввиду того, что сосуды сообщаются, вода одновременно вылива­ ется из всех емкостей и уровень ее находится все время на определенной высоте. Сначала жидкость вытекает из верх­ ней пипетки. Проходя ловушку 1, часть воды в ней оста­ ется- и воздух проходит через жидкость. При понижении уровня жидкости до нижнего колена гидрозатвора набор воздуха в первую пипетку прекращается и начинается на­ бор во вторую через воздухоподводящую трубку. В это время вода из ловушки 1 поступает в колено и служит верхним гидрозатвором. В последующем этот цикл повто­ ряется столько раз, сколько пипеток в приборе.

Аналогичный автоматический пробоотборник руднич­ ного воздуха был сконструирован в Обществе каменно­ угольной промышленности Эссена [33]. В приборе не­ сколько изменена конструкция воздухозаборника и гид­ розатворы, а также дополнительно введена сеть с крана­ ми для выпуска воздуха при заливке прибора водой.

Схематически конструкция автоматического пробоот­ борника рудничного воздуха показана на рисунке 16, б.

Воздухозаборник состоит из круглой шлифованной ме­ таллической пластины, в середине которой просверлено отверстие диаметром 20 мм. С одной стороны отверстие металлической пластины закрыто мягкой резиновой мем­ браной, с другой — присоединен патрубок, на котором крепится воздухоподводящая трубка, соединяющая возду­ хозаборник с пробоотборником. Резиновая мембрана удер­ живается за счет разряжения создаваемого столбом воды в воздухоподводящей трубке и пробоотборнике. Укрепле­ на она на пластинке, которая сбрасывается под действием воздушного удара, возникающего при взрыве или выбросе газа.

Узлы прибора закреплены на стальной раме с по­ мощью специальных зажимов, а для защиты от действия

59

ударной волны прибор помещается в предохранительный кожух.

Перед наполнением прибора водой его вынимают из ко­ жуха, пробкой закрывают воздухоподводящую трубку и к выпускному U-образному колену подсоединяют труб­ ку 16. Резервуар с водой 15 емкостью 10 л помещают над прибором.

В первую очередь водой заполняется соединительная трубка 16, для чего один из кранов нижней пипетки закры­ вают, а кран резервуара с водой открывают. После вытес­ нения воздуха из соединительной трубки открывается кран нижней пипетки и они последовательно заполняются водой. Оставшийся воздух удаляется через краны 11, 12,

13. После заполнения закрывается кран нижней пипетки

икран резервуара, снимается шланг с U-образного коле­ на, колено закрывается пробкой и кран пипетки вновь от­ крывается. Далее помещают пробоотборник в защитный кожух и через воздз?хозасасывающее отверстие заполняют водой засасывающий шланг. После заполнения отверстие воздухозаборника закрывают пробкой. Перед взрывом эту пробку вынимают и устанавливают сбрасывающуюся пла­ стинку, а резиновая мембрана прижимается к входному отверстию за счет извлечения пробки из U-образного коле­ на и падения водяного столба. Ударная волна выбивает сбрасывающуюся пластину из держателя и пипетки после­ довательно заполняются воздухом. Их размеры влияют на продолжительность отбора проб и их объем, а количество последних зависит от сопротивления очень маленьких кра­ нов и соединительных штуцеров и не превышает обычно трех. Объем пробы составляет около 0,5 л.

Принцип отбора за счет переливания воды из одних сосудов в другие применен и в водяном аспираторе В. И. Бразайтиса [34]. Этот прибор может работать в усло­ виях загазованной, взрывоопасной и пожароопасной ат­ мосферы.

За счет двухпарной конструкции сосудов аспиратора осуществляется отбор двух параллельных проб. Схемати­ чески прибор и принцип его действия показаны на рисун­ ке 17.

Аспиратор имеет переключатели 1, сообщающиеся между собой сосуды 2 и 3, регуляторы скорости движения воздуха со шкалой 4, стрелкой 5 и винтом регулятора 6, счетчик 7, соединенный со шкалой просасываемого коли­ чества воздуха, и кнопкой разрыва 8. Все эти части кре­ пятся к доске, которая помещена в футляре.

Сосуды аспиратора вставлены в отдельные штативы.

60