Przedmiotem wynalazku jest sposób wczesnego wykrywania procesu lokalnego samozagrze¬ wania górotworu oraz uklad pomiarowy do wczesnego wykrywania procesu lokalnego samoza¬ grzewania górotworu, dla okreslania stanu zagrozenia pozarem endogenicznym.W górotworze eksploatowanym metodami górniczymi, powodujacymi naruszenie jego ciag¬ losci, moze wystapic splot przyczyn wywolujacych lokalne rozladowanie energii potencjalnej w poblizu nieciaglosci pokladu. Wyzwolona energia potencjalna zamienia sie czesciowo w prace rozluznienia (spekania) calizny pokladu. Powietrze wentylacyjne przedmuchiwane przez wyrobi¬ sko omywa jego szczelinowata pobocznice. Czesc powietrza wnika gleboko w szczeliny górotworu inicjujac i podtrzymujac tam procesy utleniania, bedace lokalnymi zródlami ciepla. Wydzielane w górotworze cieplo zuzywane jest czesciowo na odparowanie wilgoci zawartej w górotworze oraz na desorpcje skladników gazu zlozowego. Powietrze omywajace pobocznice wyrobiska równiez od¬ prowadza czesc tego ciepla, a reszte pochlania górotwór, co przejawia sie wzrostem temperatury calizny. W szczelinowatej caliznie najczesciej ustalaja sie warunki równowagi dynamicznej, a osiagnieta (nie zagrazajaca samozapaleniem) nadwyzka temperatury nie zmienia sie w czasie. Jezeli jednak na skutek ponownego obruszenia sie górotworu zmienia sie lokalne warunki akumulacji ciepla, to równiez pole temperatury ulegnie zmianie. Lokalny wzrost temperatury sprzyja rozwo¬ jowi reakcji egzotermicznych i moze doprowadzic do samozaplonu pokladu.Dotychczas w górnictwie weglowym dla wczesnego wykrywania zagrozenia pozarem endoge¬ nicznym stosuje sie sposób polegajacy na systematycznej kontroli skladu chemicznego powietrza wentylacyjnego w polu wyrobiska i na obliczaniu wspólczynników respiracyjnych. W sposobie tym zwraca sie szczególna uwage na okreslanie tlenku wegla, którego udzial mierzy sie z dokladnoscia do jednej tysiecznej procenta. Zaleta tego sposobujest mozliwosc kontroli zagrozenia w malym lub wiekszym obszarze wyrobiska górniczego. Sposób wspólczynników respiracyjnych opracowano2 142140 w czasach, gdy wentylacja wyrobisk górniczych nie byla tak intensywna jak obecnie. Wzrost strumienia powietrza w wyrobisku górniczym powoduje rozcienczenie produktów utleniania, utrudnia ich wykrywalnosc i prawidlowa interpretacje wartosci obliczonego wspólczynnika respiracyjnego.Znany jest równiez sposób wykrywania samozagrzewania górotworu poprzez obserwacje i zapis (rejestracje) promieniowania podczerwonego emitowanego przez pobocznice wyrobisk gór¬ niczych. Stosowane w tym celu termografy i termowizory umozliwiaja bezdotykowa zdalna ocene rozkladu pola temperatury na pobocznicy wyrobiska. Wynikiem zapisu jest obraz czarnobialy lub barwny niewidzialnego dla oka promieniowania podczerwonego. Zaleta tego sposobu i urzadzen jest zdolnosc obserwacji pobocznie wyrobisk na odleglosc oraz dobra rozróznialnosc róznic temperatury (0,5°C), natomiast wada jest ograniczone pole obserwacji oraz to, ze zawiesiny pylu i kropli wody w powietrzu silnie utrudniaja lub uniemozliwiaja obserwacje.Ponadto znane jest, na przyklad, z polskiego opisu patentowego nr 113 018, urzadzenie do wykrywania pozarów na podstawie dymów zjonizowanych przez zródla promieniowania zabudo¬ wane w komorach (referencyjnej i pomiarowej) urzadzenia. Przez dym powszechnie rozumie sie, ze sa to spaliny z mechaniczna zawiesina czastek stalych, np. sadzy, popiolu itp. Zatem urzadzenie, o którym mowa w tyrii opisie, wykrywa pozary „rozwiniete". Dym, który jonizuje sie latwiej niz powietrze, musi równiez przeplywac dla wykrycia pozaru przez czujniki detekcyjne urzadzen znanych, na przyklad, z polskiego opisu patentowego nr 63 072 i opisu patentowego RFN nr 2 165 560. ' Powyzsze wady i niedogodnosci udalo sie usunac za pomoca sposobu wczesnego wykrywania procesu lokalnego samozagrzewania górotworu wedlug wynalazku, którego istota polega na kontrolowaniu zawartosci produktów przemiany promieniotwórczej radu w nierozgalezionym strumieniu powietrza wentylacyjnego. Powstanie lub rozszerzanie sie strefy samozagrzewania w górotworze wyrobiska górniczego okresla sie na podstawie wzrostu wnikajacego do powietrza strumienia tych produktów.Zgodnie z wynalazkiem kontroluje sie w powietrzu wentylacyjnym natezenie promieniowania jonizujacego radonu lub stezenie helu. Zawartosc helu mierzy sie za pomoca spektrometrów, natomiast dla przypadku wczesnego wykrywania procesu lokalnego samozagrzewania górotworu przy wykorzystaniu radonu opracowano specjalny uklad pomiarowy wedlug wynalazku, sklada¬ jacy sie z dwóch radiometrów umieszczonych w nierozgalezionym strumieniu powietrza wentyla¬ cyjnego. Radiometry sa zaopatrzone w komory robocze do detekcji przeplywajacego promieniotwórczego gazu, utworzone pomiedzy okladkami kondensatora elektrycznego polaczo¬ nymi z rejestratorem natezenia promieniowania jonizujacego. Oba radiometry sa dolaczone do miernika wskazujacego przyrost promieniowania na drodze pomiedzy tymi radiometrami. Kon¬ densator elektryczny moze stanowic czesc obwodu drgajacego generatora drgan elektrycznych.Zastosowanie tego sposobu i urzadzenia wedlug wynalazku pozwala na wykrywanie poten¬ cjalnych zródel pozaru. Zaleta sposobu jest mozliwosc objecia kontrola zagrozenia pozarowego malych i wiekszych obszarów wyrobisk górniczych ze wzgledu na to, ze nosnikiem radonu lub helu do stacji pomiarowych jest strumien powietrza wentylacyjnego. Ponadto sposób radonowy i uklad pomiarowy do stosowania tego sposobu charakteryzuje sie latwa i niezawodna detekcja promienio¬ wania oraz czuloscia na bardzo male udzialy radonu w powietrzu.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykladowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uklad pomiarowy do wczesnego wykrywania procesu lokalnego samozagrzewa¬ nia górotworu, fig. 2 — pierwsza wersje radiometru, a fig. 3 — druga wersje radiometru.Górotwór zawiera sladowe ilosci pierwiastka chemicznego radu. Zawartosc radu w górotwo¬ rze jest rózna w róznych kopalniach, a nawet rózna w poszczególnych pokladach tej samej kopalni.Rad ulega przemianie promieniotwórczej a i przeksztalca sie w atomy radonu i helu. Radon jest równiez promieniotwórczy i w procesie swojego rozpadu emituje czastke a. W warunkach otocze¬ nia (cisnienia i temperatury) radon jest gazem jednoatomowym nie tworzacym zwiazków chemicznych.Rozpadajacy sie w górotworze — w porzadku naturalnym — rad przeistacza sie radon i hel, które poruszaja sie w strukturze na zasadzie dyfuzji. Czesc atomów radonu i helu przenika przez pobocznice wyrobiska do powietrza wentylacyjnego 1 i miesza sie z nim. Gdy warunki termiczne górotworu w bliskim otoczeniu wyrobiska górniczego pozostaja niezmienne, to strumien wnikaja¬ cego do powietrza radonu i helujest równiez ustalony i odprowadzany w kierunku szybu wydobyw-142140 3 czego. Jezeli temperatura górotworu podwyzszy sie lokalnie, na przyklad na skutek samozagrzewa- nia, to z miejsca tego intensywniej bedzie ewakuowany radon i hel, a zatem i w powietrzu wentylacyjnym 1 pojawi sie wiecej radonu i helu. Prawidlowa lokalizacje tego ogniska 2samozag- rzewania w górotworze uzyska sie po ustanowieniu stacji pomiarowych A, B natezenia promienio¬ wania jonizujacego radonu lub stezenia helu posobnie w nierozgalezionym strumienfu powietrza wentylacyjnego 1, jak to pokazano na fig. 1 rysunku.Wynalazek zostanie dokladniej przedstawiony ponizej, dla przypadku wczesnego wykrywania procesu lokalnego samozagrzewania górotworu przy wykorzystaniu radonu. Jezeli w otoczeniu wyrobiska górniczego nie ma ogniska 2 samozagrzewania, to miare natezenia promieniowania jonizujacego od Ia do Ib na drodze L przedstawia linia przerywana (fig. 1). Gdy na odcinku L wystapi ognisko samozagrzewania, to w tym miejscu Lc skokowo zmieni sie natezenie promienio¬ wania jonizujacego o wartosc Ale. Miernik 3 wskazuje przyrost promieniowania radonu Al na drodze L ponad natezenie promieniowania Ia na stacji pomiarowej A. Przyrost wskazanego przez miernik 3 natezenia promieniowania radonu Ale pozostaje w scislym zwiazku z objetoscia obszaru objetego samozagrzewaniem i jego temperatura.Na stacjach pomiarowych A, B powietrze wentylacyjne 1 jest analizowane przez radiometry 4, 5. Radiometry 4, 5 skladaja sie z rury 6 do poboru badanego gazu, dmuchawy gazowej 9, zaworu trójdroznego 10 do poboru próbek gazu do analiz kontrolnych lub do wdmuchiwania gazu wzorcowego, kapilary 11, kondensatora elektrycznego 12, naczynia 13 stalej róznicy cisnienia oraz regulatora 14 cisnienia badanego gazu. Pomiedzy okladkami kondensatora elektrycznego 12 utworzona jest komora robocza 15 do detekcji strumienia gazu przeplywajacego przez ten konden¬ sator. Objetosc komory roboczej 15 dostosowuje sie do poziomu natezenia promieniowania jonizujacego.Jak uwidoczniono na fig. 2 rysunku, radiometr 4,5 w pierwszej wersji wykonywania ma zasilacz 16 pradu stalego, opór omowy 17, dyskryminator okienkowy 18, wzmacniacz napiecia 19, rejestrator 20 natezenia promieniowaniajonizujacego, silnik synchroniczny 21, krzywki 22,23oraz laczniki elektryczne 24, 25. Pomiaru natezenia promieniowania jonizujacego gazu przeplywajacego przez kondensator elektryczny 12 dokonuje sie w ustalonych, odpowiednio dobranych, równych odstepach czasu. Okladki kondensatora elektrycznego 12 po kazdym pomiarze sa ponownie ladowane zasilaczem 16 pradu stalego do ustalonej róznicy potencjalów^wynikajacych z dobranych parametrów ukladu. Podczas pomiaru natezenia promieniowania jonizujacego w komorze robo¬ czej 15 kondesatora elektrycznego 12 obniza sie potencjal jego okladek. Czas naladowania konde- satora elektrycznego 12 od zera do ustalonej wartosci potencjalu determinuje sie przez dobór wartosci oporu omowego 17 i czasu obrotu segmentu krzywki 22 wspólpracujacej z lacznikiem elektrycznym 24. Dyskryminator okienkowy 18 napiecia w chwili poprzedzajacej wlaczenie zasila¬ cza 16 przepuszcza do wzmacniacza napiecia 19 róznice potencjalów okreslona wzgledem dolnego poziomu tego dyskryminatora, w okresach czasu ustalonych obrotem krzywki 23 i dzialaniem lacznika elektrycznego 25. Krzywki 22 i 23 sa napedzane silnikiem synchronicznym 21. Róznica potencjalu pozostaje w scislym zwiazku z natezeniem promieniowania jonizujacego gazu.Zgodnie z fig. 3 rysunku, kondensator elektryczny w drugiej wersji wykonania radiometru 4,5 stanowi czesc obwodu drgajacego generatora drgan elektrycznych 26. Radiometr ma w tym przypadku zasilacz 27 pradu stalego, dyskryminator progowy 28 oraz rejestrator 29 natezenia promieniowania jonizujacego w postaci przelicznika z rejestracja impulsów. W obwodzie selektyw¬ nym radiometr mierzy natezenie promieniowania jonizujacego gazu przeplywajacego przez kon¬ densator elektryczny 12. Pomiaru sumujacego dokonuje sie w ustalonych, odpowiednio dobranych, równych odstepach czasu przez nastawienie przelicznika rejestracji impulsów. Dyskry¬ minator progowy 28 przepuszcza do rejestratora 29 impulsy badace miara promieniowania jonizujacego.Zastrzezenia patentowe i. Sposób wczesnego wykrywania procesu lokalnego samozagrzewania górotworu, polega¬ jacy na kontroli w powietrzu wentylacyjnym w polu wyrobiska górniczego, produktów przemian spowodowanych promieniowaniem pierwiastków radioaktywnych, znamienny tym, ze kontroluje4 142140 sie zawartosc produktów przemiany promieniotwórczej radu w nierozgalezionym strumieniu powietrza wentylacyjnego oraz okresla powstanie lub rozszerzanie sie ognisk samozagrzewania w górotworze wyrobiska górniczego na podstawie wzrostu wnikajacego do powietrza strumienia tych produktów. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze kontroluje sie w powietrzu wentylacyjnym natezenie promieniowania jonizujacego radonu. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze kontroluje sie w powietrzu wentylacyjnym stezenie helu. 4. Uklad pomiarowy do wczesnego wykrywania procesu samozagrzewania górotworu, zna¬ mienny tym, ze sklada sie z dwóch radiometrów (4, 5) umieszczonych w nierozgalezionym strumie¬ niu powietrza wentylacyjnego (1), zaopatrzonych w komore robocza (15) do detekcji przeplywajacego promieniotwórczego gazu, utworzona pomiedzy okladkami kondensatora elek¬ trycznego (12) polaczonymi z rejestratorem (20, 29) natezenia promieniowania jonizujacego, przy czym oba radiometry (4, 5) sa dolaczone do miernika (3) wskazujacego przyrost promieniowania (Al) na drodze (L) pomiedzy tymi radiometrami (4, 5). 5. Uklad wedlug zastrz. 4, znamienny tym, ze kondensator elektryczny (12) stanowi czesc obwodu drgajacego generatora drgan elektrycznych (26).Fig. 1142140 21 22 23 220V S2WL. 220V 10HA 16 XT \220V 1 50Hz \ 220V \Jo»r z II lJt^ Fig. 2 19 20 T", f220V 5QHz \220V 50Hz 22 O V SOHz Rr^" 13 Fig. 3 PL