DE3141214A1

DE3141214A1 - Sondenanordnung

Info

Publication number: DE3141214A1
Application number: DE19813141214
Authority: DE
Inventors: Sydney Frank Sale Cheshire Powell
Original assignee: Coal Industry Patents Ltd
Current assignee: Coal Industry Patents Ltd
Priority date: 1980-10-21
Filing date: 1981-10-16
Publication date: 1982-06-03
Also published as: US4459478A; AU545515B2; ZA816802B; AU7631281A

Description

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Be S ehre ibung:

Die· Erfindung betrifft eine Sondenanordnung für die untertage erfolgende Gewinnung. . · . .

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Sondenanordnung zur Befestigung an einer untertage angeordneten.Gewinnungsmaschine derarts daß im Betrieb die Sondenanordnung die Strahlung von angrenzenden Gesteins- und/oder Mineralschichten empfängt· zur Bestimmung des Schrämhqrizonts der Ge^-Win-, nungsmaschine. . ' '

Eine gegenwärtig verwendete Sondenanordriung zum Ermitteln der natürlichen Gamma-Strahlung,die voneiner über einem Kohleflöz befindlichen Schieferschicht abgegeben wird, zur Bestimmung der Dicke einer strahlungsabsprbierenden. Kohlefirstschicht, die nach dem Durchgang einer Kohlegewinnungsmaschine angrenzend an die Schiefergrenze, übriggelassen . wird, enthält einen zylindrischen Scintillationskristall, . der innerhalb eines Bleigehäuses derart angeordnet ist, daß seine Längsachse im wesentlichen parallel· zur Schiefergrenze verläuft. Das Bleigehäuse bildet über dem Kristall ein Fenster, durch das von der Schieferschicht abgegebene natürliche Gamma-Strahlung hindurchtritt, wobei der empfangene Strahlungsbetrag eine Angabe für die von der Kohlege- : winnungsmaschine übriggelassene Dicke der Kohlesch'icht gibt-Somit kann die Gewinnungsmaschine mit der. Absicht senkrecht gelenkt werden, daß die Dicke der Firstkohlenschieht inner- · halb gewählter Grenzen gehalten wird. Ein .bei einer derartigen Sondenanordnung angetroffenes Problem besteht darin, daß zum Halten der Höhenabmessung des Bleigehäuseσ unterhalb eines annehmbaren Werts, wobei die relativ niedrige

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Gesamtarbeitshöhe dos Konieäbbaustoßeszu beachten ist, ■ sich das. die "Grenzen der Bleiäbs^hirmüng-bildende Fenster •verhältnismäßig nahe am Scintillationskristall befinden muß, wodurch ein verhältnismäßig weiter Winkel für das Gesichtsfeld des Kristalls gebildet wird. Unglücklicherweise gibt die verhältnismäßig geringe Kollimation der empfangenen Strahlung"Anlaß zu einer' verhältnismäßig großen Hintergrundstörung, die in-einigen Fällen die gesuchte Strahlung überdeckt.· . ; -f - ::·;_: "..-..-λ.γ '-:. .-......- ,-._;

Somit ergaben sich in'einigen Fällen beim Versuch zum senkrechten· .Lenken . vonKohl.egewinnungsmaschinen unter Verwendung einer· die natürliche,:Gamma-Strahlung. ermittelnden Sondenanordnüng. ν ., ;r._;v ^ .:-;.--.t _;,_;-.--.- . -■-.-,--

Eine -Aufgabe der Erfindung iist-.. daher· die.- Schaffung einer Sbridenanordnung, die .die.·-oben; angegebenen Probleme beseitigt öder verringerte ;:■;■■'■" ;;.. -■ :■;■;_■- _; ...,- ..... . _:. ....

Die Lösung dieser Aufgabe e.infolgt,-erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs-I.; ^. -.__s,_{; :}._ , ■

Vorteilhafte^^ ¥eiterbildüng©n_i;der:_tErfin.dung ,sind Gegenstand der Unteransprüche..."- ,; :?;~ «;j ,-.-> . _r,_; ■..,-.,,.,

Der Kristall ist vorzugsweise in einer oben offenen. Wanne angeordnet. ' "

Die Wanne ist vorzugsweise .wenigstens-teilweise, aus strah- '. lungsabsorbierendem. Material hergestellt.■-.

Der obere' Rand der Wanne -ragt::vorzugsweise über das. Oberteil 'des Scintillationskristalls.:':-.- .;.-., ..··/: „.·

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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen; · ■

Fig. 1 einen Schnitt I-I von Fig. 2 einer

Sondenanordnung nach der Erfindung;

Fig. 2 - einen Schnitt II-II von Fig. 1.

Die Zeichnung zeigt eine Sondenanordnung 7 zur Befestigung an einer untertage angeordneten Kohlegewinnungsmaschine 2, von der nur ein kleiner Teil gezeigt ist· und die sich iiir Be-trieb längs eines Strebs in einem Kohleflöz hin und her.bewegt, wobei sie durch einen nicht gezeigten drehbaren Schrämkopf Kohle derart gewinnt, daß angrenzend an die das Kohleflöz überlagernde Grenze einer Gesteinsschicht 4 durch den Schrämkopf eine Schicht von Firstköhle (Fig. 1) übriggelassen wird. Bei einem typischen Beispiel ist die überlagernde Gesteinsschicht ein Schiefermaterial₉ .das natürliche Gamma-Strahlung abgibt (durch Pfeile χ angegeben), die durch die Schicht der Firstkohle schier hindurchtritt, die durch die noch zu beschreibende Sondenanordnung abgefühlt wird». Gemäß Fig. 1 ist die Sondenanordnung angrenzend an das Hangende angeordnet, das durch die Unterseite der Firstkohlenschicht gebildet ist. Die Gamma-Strahlung hat eine Energie, von etwa 2,5 MeV, in typischer Weise in einem-Bereich von ■ 30 KeV bis 2,6 MeV. ·

Die Sondenanordnung enthält ein Gehäuse mit einer Stahlgrundplatte 5 und verhältnismäig dicken Stahlseitenwänden 6 und 7> die sich an ihren oberen Rändern nach innen verjüngen und einen Rahmen 8 für ein im wesentlichen waagerechtes Fenster 9 tragen» Gemäß Fig. 2 ist der Rahmen 8 mit den Enden des Gehäuses einstückig verbunden und .mit waagerechten Flanschen versehen, wobei die oberen .Flansche Traggriffe

bilden. · " _ ' ". .·. -/■ ·

Die sich .verjüngenden Teile des Gehäuses sind mit Abschirmungen versehen aus einem verhältnismäßig stark strahlungsabsorbierenden Material, z.B.. Blei, die die Breitenbegrenzungen 11 und.12, (Fig. 1) des.-wirksamen Fensters für eine von der -Schieferschicht kommende Strahlung bilden.

Eine aus verhältnismäßig stark strahlungsabsorbierendem Material, z.B. Blei, hergestellte..oben offene Wanne 15, die .in einem Tragrahmen 14 getragen wird, ist im Gehäuse elastisch gelagert. Die obersten Ränder der Seitenwände 16 und 17 der Wanne überdecken die.aus. Blei bestehenden Abschirmungen 10 des Hauptgehäuses in waagerechter Richtung wirksam. Somit· bilden die Wanne und das Gehäuse eine wirksame Abschirmung gegen die Gamma-Strahlung, die außer durch das Fenster 9 in das Gehäuse eindringt.. .

Die Enden des starren Tragrahmens 14 werden durch mehrere .elastische Buchsen 32 elastisch gehalten, die an Abstützwinkeln 33 befestigt sind, die ihrerseits über mehrere Sätze von elastischen Buchsen 34 an der Stahlgrundplatte 5 befestigt sind.' Zusätzlich haben die von den Buchsen 32 entfernt gelegenen .-Abstützwinkel Puffer 35. zur Dämpfung der Längsbewegung d.es Tragrahmens 14. Sollte die Längsbewegung des Tragrahmens größer als ein annehmbarer gewünschter niedriger Betrag, sein, so können die Puffer 35 ^an den Enden des Gehäuses 1 anstoßen. . · ' ...

Zwischen der Stahlgrundpaltte 5 des Gehäuses und dem Boden des Tragrahmens 16 sind weitere elastische Puffer 36 vorge-" sehen. Diese Puffer sind·am Unterteil des Gehäuses befestigt und begrenzen die senkrechten Bewegungen auf einen annehmbaren gewünschten niedrigen Betrag. ^v

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Die elastisch Einrichtung 22,32,34,35 und 36 gewährleistet,, daß die Sondenanordnung unbeschädigt bleibt und den in einem umtertage liegenden Kohlenbergwerk angetroffenen rohen Bedingungen widerstehen kann, " ·

Gemäß Fig. 1 ist ein Scintillationskristall. 20 mit einem Gehäuse 21 versehen, innerhalb der Wanne 15 angeordnet und durch ein Bett aus elastischem Material 22 elastisch gelagert. Der Scintillationskristall hat einen im allgemeinen rechteckigen Querschnitt, wobei eine seiner größeren Oberflächen zur Bildung einer Ermittlungsfläche· zum Fenster 9. gerichtet ist. Der Scintillationskristall hat in typischer Weise eine Höhe .von 38 mm, eine waagerechte Breite von' 75 mm und eine Länge von 150 mm. · \ ·

Die Sondenanordnung 1 ist auch mit einer Strahlungsabschir-'· mung versehen, die aus einem Absperrschirm 25 besteht, der vom Scintillationskristall 20 absteht und" zur waagerechten Ebene des Fensters im wesentlichen senkrecht ist. Der Absperrschirm 25 ist im Gehäuse zwischen dem.durch das Gehäuse gebildeten Fenster, und der Ermittlungseinrichtung angeordnet und besteht aus einem verhältriismäig' stark strahlungs-■absorbierenden Material, z.B. einer Wolframlegierung. Die· waagerechte Breite des Absperrschirms beträgt in typischer .Weise 4 mm.

Der Absperrschirm 25 ragt über die sich überdeckenden Teil der obersten Ränder der Wanne 15 und die Bleiabschirmungen des Gehäuses.

Der Collimationseffekt des Absperrschirms 25 auf das Gesichtsfeld des Scintillationskristails 20 ist aus Fig. 1 ersichtlich durch Vergleichen der beiden Winkel des maximalen Gesichtsfelds des Kristalls durch das Fenster. Der

.durch die beiden Linien L. definierte erste Gesichtsfeldwinkel G₁ stellt den Gesichtswinkel vor der Anbringung des Absperrschirms 25 dar. Die beiden Linien L₁ erstrecken sich von den äußersten gegenüberliegenden Seitenkanten des Kristalls zur zugehörigen wirksamen Fensterbegrenzung, die durch die Spitzen 11 und 12 der jeweiligen Bleiäbschirmung 10 gebilde.t ist.

Der durch die beiden Linien Lp definierte "zweite Gesichts-•feldwinkel θρ stellt den Gesichtsfeldwinkel bei angebrachtem Tlbsperrschirm'25, dar. Die beiden Linien"erstrecken sich angrenzend an die Schnittstelle zwischen dem Absperrschirm ■mit dem Scintillationskristall zur zügehörigen wirksamen " Fensterbegrenzung, die durch die Spitze 11 oder 12 der jeweiligen Bleiabschirmung 10 gebildet ist. Die Kollimation der durch den Scintillationskristall aufgenommenen Strah- · lung verringert die durch den Kristall ermittelte Hintergrundstörung und macht die von der Sondenanordnung abgeleiteten Ablesungen zuverlässiger/Die Strahlungsunterbrechungsunterbrechungseinrichtung unterbricht wenigstens einen Teil der von der Schieferschicht stammenden Strahlung zur" wirksamen Bildung.eines Grads' an Köllimation für den Weg der aufgenommenen Strahlung, wodurch das Gesichtsfeld der Abfühleinrichtung auf ein annehmbares Ausmaß begrenzt wird. . . '

Der verhältnismäßig dünne Absperrschirm stellt für die zum· Fenster 9 im wesentlichen senkrechte Strahlung ein verhältnismäßig geringes Hindernis dar, stellt aber für die durch das Fenster schräger hindurchtretende Strahlung ein verhältnismäßig starkes Hindernis oder eine Unterbrechung dar. Somit wird die aufgenommene Strahlung wirksam Idollimiert, wodurch das. Gesichtsfeld des Scintillätionskristalls auf ein annehmbares Maß begrenzt wird.

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Die Sondenanordnung enthält ferner eine elektrische Schaltung (Fig. 2), die in der Wanne 15 angrenzend an ein Ende des Scintillationskristalls angeordnet ist und folgendes aufweist: einenEhotovervielfacher, der. die-die Scintillationen im Kristall verursachenden nuklearen Ereignisse' ' abfühlt und die Gamma-Zählrate ermittelt, einen Vorverstärker und eine Zähleinheit mit einem Verstärker und einem Ratemeter. Somit kann die Sondenanordnung,· die vom Scintillationskristall aufgenommene Gamma-Strahlung messen

• und ein diese Gamma-Strahlung angebendes elektrisches.' Signal ableiten. Da die aufgenommene Gamma-Strahlung im wesentlichen von dem durch die Schicht aus Firstkohle ab- . sorbierten Betrag abhängt, kann das durch die·Sondenan- . Ordnung abgeleitete Signal zur Angabe der Dicke der Firstkohlenschicht verwendet werden. Je dicker die Firstkohlenschicht ist, umso mehr wird die von der darüberliegenden Schieferschicht abgegebene natürliche Gamma-Strahlung durch die Kohle absorbiert.

Das von der Sondenanordnung abgeleitete. Signal wird zu einer Kontrolleinheit geleitet, die die Kohlenschiehtdicke visuell anzeigtj wodurch eine die Kohlegewinnungsmaschine bedienende Person diese Maschine senkrecht lenken kann,■

• um die Dicke der Firstkohlenschicht innerhalb vorgewählter Grenzen zu halten. Alternativ wird das abgeleitete Signal zu einer Steuereinrichtung geliefert, die den Schrämhorizont der Gewinnungsmaschine steuert und das abgeleitete Signal zur Aufrechterhaltung der Firstkohlendicke innerhalb vorgewählter Grenzen verwendet. ·'-...

Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung sind mehr als ■ ein Absperrschirra verwendet. Die Absperrschirme können parallel und/oder quer zueinander angeordnet sein.

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Bei anderen Anordnungen der Erfindung enthält die Sondenanordnung . eine Strahlungsquelle, die Strahlung zum Gebirge oder zur" Mineralgrenze richtet, wobei die Sensoreinrichtung die zurückgestrahlte Strahlung mißt.

Leer seite

Claims

3.U12K

D-8023 Munchen-Pullach, Wiener Str. 2; Tel. (089) 7 93 30 71. Telex 5 212 147 bros d: Cables «Patentibus» München .

Tag 16, Oktober 1981 . Date DRT -mü

Ihr/eichen

Yourret Case 4306/GER

COAL INDUSTRY(PATENTS) LIMITED, Hobart House, Grosvenor Place, London SW1X 7AE, England . . · .

Sondenanordnung

PATENTANSPRÜCHE

1. Sondenanordnung zur Befestigung an einer, untertage angeordneten Gewinnungsmaschine zur Aufnahme der Strahlung, die von einer an die Gewinnungsmaschine angrenzenden ' Gesteinsschicht stammt, mit einem Gehäuse, das wenigstens teilweise aus einem verhältnismäßig stark strahlungsabsorbierenden Material hergestellt ist und ein Fenster bildet für einen in das Gehäuse erfolgenden Durchtritt der Strahlung aus der Gesteinsschicht, mit einer in einer Wanne angeordneten Abfühleinrichtung, wobei" die Wanne wenigstens teilweise aus einem stark .strahlüngsabsorbierenden Material hergestellt ist und in einem innerhalb des Gehäuses angeordneten Stützrahmen gelagert ist, und wobei die Abfühleinrichtung die durch

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das Fenster hindurchtretende Strahlung ermittelt und ein den. Betrag der ermittelten Strahlung angebendes Signal ableitet, . "" ■ ■gekennzeichnet durch • eine Strahlungsabschirmung (25), die Wenigstens einen Teil "der von der Gesteinsschicht (4) stammenden Strahlung unterbricht zum Vorsehen eines Grads an Kollimation für den Strahlungsweg, wodurch das Gesichtsfeld . der Abfühleinrichtung (20) auf ein annehmbares Ausmaß begrenzt ist, wobei die Strahlungsabschirmung (25) innerhalb des Gehäuses (5-8). zwischen dem durch das Gehäuse (5-8) gebildeten Fenster (9) und der Abfühlein— richtung (20) angeordnet ist. '·

2. Anordnung nach Anspruch 1,

dadurch" gekennzeichnet, daß die Strahlungsabschirmung wenigstens einen Absperr-'schirm (25) aufweist·.

3· Anordnung·nach Anspruch 2,

dadurch gekenn ζ eic h η e t , daß der Absperr schirm (25) zum Fenster (9). im wesentlichen senkrecht ist. .

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch. gekennzeichnet, daß der Absperrschirm (25) aus einem verhältnismäßig stark strahlungsabsorbierehden Material besteht.

5." Anordnung "nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß der Absperrschirm (.25) aus einer Wolframlegierung besteht- '..·..

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6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch· gekennzeichnet, daß,die Abfühleinrichtung einen Scintillationskristall (20) aufweist.

7. Anordnung nach Anspruch 6₉ ■ ' dadurch gekennzeichnet, \ daß der Scintillationskristall (20) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt hat. .

8. Anordnung nach Anspruch 7, . .dadurch gekennzeichnet, ■

daß der Absperrschirm (25) in einer die Längsachse des Scintillationskristalls (20) enthaltenden Ebene' angeordnet ist. ...

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η ζ. e i c h η e t , daß der Scitillationskristall (20) in der Wanne (14) elastisch gelagert ist. · . ' · · .

10. Anordnung nach Anspruch 9» ' .· dadurch gekennzeichnet, daß die Wanne im Gehäuse (5"8) elastisch gelagert ist.

11. Anordnung nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, ' . . daß die V/anne (14) oben offen iat, und daß der obere Rand der Wanne (14) über das Oberteil des Scintillationskristalls (20) ragt.

12. Anordnung nach Anspruch 11, - . · ■ dadurch. gekennzeichnet, daß der oberste Rand der V/anne (14) den aus dem verhält-

nismäßig stark strahlungsabsorbierenden Material gebauten Teil des Gehäuses (10)' waagerecht überde·- '

13· Untertage angeordne'te Gewinnungsmaschine mit einer Son-• denanordiiurig zur Aufnahme der Strahlung aus einer· an die Gewinnungsmaschine angrenzenden Gesteinsschicht, wobei die Sondenanordnung versehen ist mit einem Gehäuse, das wenigstens teilweise aus einem verhältnismäßig stark strahiungsabsorbierenden Material hergestellt ist und das ein Fenster bildet für einen in das Gehäuse erfolgenden Durchtritt der Strahlung aus der Gesteinsschicht, und mit einer in .einer Wanne angeordneten Abfühleinrichtung, wobei die Wanne wenigstens teilweise aus einem stark strahlungsabsorbierenden Material herge-

. ' stellt ist und in einem innerhalb .des Gehäuses angeordnetenStützrahmen gelagert ist, und-wobei die Abfühleinrichtung die durch das Fenster -hindurchtretende Strahlung ermittelt und ein den Betrag der-ermittelten Strahlung angebendes Signal ableitet, gekennzeichnet durch eine Strahlungsabschirmung (2.5), die wenigstens einen .Teil der von.der Gesteinsschicht (4) stammenden- Strahlung unterbricht zum- Vorsehen eines Grads an Kollimation'für den Strahlungsweg,'" wodurch das'Gesichtsfeld der'Abfühieinrichtung(20) auf ein annehmbares Ausmaß begrenzt ist, wobei die -"Strahlungsabschirmung (25) innerhalb .des ■ Gehäuses (5-8) zwischen dem durch das Gehäuse (5-8) 'gebildeten Fenster (9) und der Abfühleinrichtung (20) angeordnet ist. .