PL211531B1 - Urządzenie do pomiaru oraz monitorowania parametrów sieci odmetanowania kopalń - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (21) Numer zgłoszenia: 394922 (22) Data zgłoszenia: 08.03.2005 (19) PL (11) 211531 (13) B1 (51) Int.Cl.

E21F 7/00 (2006.01) G01N 7/00 (2006.01) (62) Numer zgłoszenia, z którego nastąpiło wydzielenie:

373476 (54) Urządzenie do pomiaru oraz monitorowania parametrów sieci odmetanowania kopalń (73) Uprawniony z patentu:

INSTYTUT TECHNIK INNOWACYJNYCH EMAG, Katowice, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono:

29.08.2011 BUP 18/00 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

31.05.2012 WUP 05/12 (72) Twórca(y) wynalazku:

ADAM BROJA, Gliwice, PL KRZYSZTOF GRALEWSKI, Katowice, PL ANTONI JAKUBÓW, Jastrzębie Zdrój, PL JERZY MARKIEWICZ, Jastrzębie Zdrój, PL JERZY MRÓZ, Katowice, PL

ANDRZEJ TOR, Siemianowice Śląskie, PL STANISŁAW WASILEWSKI, Katowice, PL (74) Pełnomocnik:

rzecz. pat. Marian Małachowski

PL 211 531 B1

Opis wynalazku

Urządzenie do pomiaru oraz monitorowania parametrów sieci odmetanowania kopalń przeznaczone jest do ciągłego pomiaru stężenia metanu w rurociągu, stężenia tlenku węgla, wartości przepływu, ciśnienia bezwzględnego oraz temperatury.

W kopalniach silnie metanowych wa ż nym elementem eksploatacji jest utrzymanie poprawnej wentylacji na dole kopalni. Metan wydostający się ze zrobów zamkniętych oraz z rejonów przedeksploatacyjnych musi być wydobyty na powierzchnię kopalni. Odmetanowanie według znanych sposobów odbywa się przy pomocy otworów drenażowych z górotworu oraz otamowanych zrobów. Polega na wydobyciu metanu bezpośrednio z wyrobisk lub z wcześniej wykonanych wnęk wiązkami otworów i odpowiednim podłączeniu ich do rurocią gu odmetanowania. Odprowadzenie metanu realizowane jest osobną siecią rurociągów na powierzchnię, wykorzystując depresję pomp stacji odmetanowania. Znana i stosowana struktura sieci odmetanowania kopalń pozwala na kontrolę wydobywanego metanu przede wszystkim w stacji pomiarowej, gdzie stężenie metanu przed sprężarkami nie może być niższe niż 40% dla poprawnej ich pracy. Układ stacji odmetanowania wyposażony jest w odpowiednie zabezpieczenia koncentracji metanu w mieszaninie, które powoduje automatyczne wyłączenie stacji odmetanowania i włączenie sygnalizacji alarmowej, gdy stężenie metanu w mieszaninie spadnie poniżej 30%. Praktycznie prawidłowe stężenie metanu utrzymywane jest w granicach 54%. Według dotychczasowego stanu techniki kontrola parametrów gazu w sieci rurociągów odmetanowania jest realizowana poprzez wykonywanie pomiarów raz na dobę przez służby techniczne kopalni. Pomiary stężenia metanu, spadek ciśnienia na kryzie, podciśnienie w rurociągu oraz temperatura gazu wykonywane są bezpośrednio na kryzach zabudowanych na dołowych rurociągach przez pracowników służb technicznych, a następnie na podstawie tych pomiarów obliczany jest wydatek metanu w rurociągu oraz ilość pobranego metanu w ciągu doby i odnotowywane są te wielkości w książce odmetanowania. Takich punktów pomiarowych w dołowej sieci odmetanowania kopalni jest przeważnie kilkadziesiąt. Pomiary te są niezbędne dla oceny zagrożenia metanowego w rejonach ścian wydobywczych na podstawie wykonywanych bilansów metanu odprowadzanymi rurociągami oraz wyrobiskami wentylacyjnymi.

W kopalniach metanowych wydobywany metan z odmetanowania często wykorzystuje się do zasilania silników gazowych napędzających np. urządzenia klimatyzacyjne lub dostarcza się metan odbiorcom przemysłowym, co wymaga odpowiedniej kontroli parametrów gazu i stabilizacji stężenia metanu na poziomie bezpiecznym około 40% w celu nieprzerwanego zasilania silników gazowych napędzających przykładowo generatory elektryczne.

Znany jest z publikacji książkowej pt.: „Kopalniane pomiary wentylacyjne aut. W. Roszczyniarski, W. Trutwin, J. Wacławik, Wydawnictwo Śląsk - 1992 r. (str. 348) metanomierz wysokiego stężenia BM -2H przeznaczony do pomiaru stężenia w rurociągach odmetanowania, który złożony jest z kryzy zainstalowanej w rurociągu w celu wytworzenia różnicy ciśnień wymuszającej przepływ mieszanki metanowej przez układ filtrów i czujnik. Urządzenie składa się z monitora zawierającego miernik stężenia metanu, sygnalizację alarmową wartości progowych, wyjście sygnału telemetrycznego i alarmowego, zasilacza buforowego z akumulatorami oraz rejestratora.

Znane urządzenia do pomiaru parametrów sieci odmetanowania kopalń nie pozwalają na jednoczesny pomiar wszystkich pięciu parametrów w realnym czasie.

Celem wynalazku jest wyeliminowanie dotychczasowych niedogodności i opracowanie urządzenia umożliwiającego zdalny automatyczny pomiar parametrów w wybranych punktach sieci odmetanowania kopalń.

Urządzenie do pomiaru i monitorowania parametrów sieci odmetanowania kopalń składa się z modułu wyświetlające - transmisyjnego oraz modułu detektorów usytuowanych w pobliżu kryzy pomiarowej. Przy czym wejścia detektora różnicy ciśnień podłączone są do kryzy pomiarowej. Z kolei wejście detektorów ciśnienia bezwzględnego, detektora tlenku węgla, detektora wysokich stężeń metanu podłączone są do jednego przewodu umieszczonego w rurociągu. Detektor temperatury poprzez swoje wyjście połączony jest z półprzewodnikowym czujnikiem temperatury umieszczonym bezpośrednio we wnętrzu rurociągu. Wyjścia poszczególnych detektorów modułu detektorów połączone są z układem wzmacniaczy, który połączony jest poprzez układ barier izolująco - zabezpieczających z wejściem analogowym modułu wyświetlająco - transmisyjnego, składającego się z modułu iskrobezpiecznego zasilacza, z modułu komunikacyjnego połączonego swoim wyjściem z układem do pomiaru oraz monitorowania parametrów sieci odmetanowania kopalń oraz z modułu sterownika nadrzędnego.

PL 211 531 B1

Iskrobezpieczny zasilacz poprzez swoje wejście podłączony jest do źródła napięcia zewnętrznego, natomiast jego wyjście podłączone jest do wejścia zasilacza detektorów.

Urządzenie do pomiaru i monitorowania parametrów sieci odmetanowania kopalń w przykładzie wykonania przedstawione jest na schemacie blokowym.

Urządzenie do pomiaru i monitorowania parametrów sieci odmetanowania kopalń 1 posiada strukturę modułową i składa się z modułu detektorów 2, który usytuowany jest bezpośrednio na kryzie pomiarowej 3 oraz z modułu wyświetlająco - transmisyjnego 4 montowanego w pobliżu kryzy pomiarowej 3, tak by umożliwić dostęp do płyty czołowej modułu wyświetlająco - transmisyjnego 4, w celu realizacji podglądu danych pomiarowych. Część pomiarowa modułu detektorów 2 składa się z detektora różnicy ciśnień 5 na kryzie pomiarowej 3 w zakresie od 0 do 200 Pa, detektora ciśnienia bezwzględnego 6 w zakresie od 0 do 110 k Pa, detektora tlenku węgla 7 w zakresie od 0 do 200 ppm lub od 0 do 1000 ppm, detektora temperatury 8 w zakresie od 10 do 40°C oraz z detektora wysokich stężeń metanu 9 w zakresie od 0 do 100%. Wejścia A i B detektora różnicy ciśnień 5 połączone są przewodami podłączonymi przed i za kryzą pomiarową 3. Natomiast wejście C detektora ciśnienia bezwzględnego 6 oraz wejścia detektora tlenku węgla 7 i detektora wysokich stężeń metanu 9 podłączone są jednym z przewodem umieszczonym w rurociągu 10. Z kolei detektor temperatury 8 poprzez wyjście D połączony jest z półprzewodnikowym czujnikiem temperatury 11 umieszczonym bezpośrednio w rurociągu 10. Każdy z wyżej wymienionych detektorów połączony jest z układem wzmacniaczy 12, gdzie przesyłane zostają sygnały analogowe. Układ wzmacniaczy 12 połączony jest poprzez układ barier izolująco - zabezpieczających 13 z wejściem analogowym 14 modułu wyświetlająco - transmisyjnego 4, składającego się z iskrobezpiecznego zasilacza 15 o napięciach wyjściowych +15 V oraz +5 V, z modułu komunikacyjnego 16 połączonego wyjściem E z układem do pomiaru oraz monitorowania parametrów sieci odmetanowania kopalń oraz z modułu sterownika nadrzędnego 17. Iskrobezpieczny zasilacz 15 poprzez wejście F podłączony jest do źródła napięcia zewnętrznego 220 V, natomiast jego wyjście o maksymalnej wartości +15 V i +5 V oraz prądzie zwarciowym nie większym od 0,6 A podłączone jest do wejścia zasilacza detektorów 18. Z kolei jedno wyjście zasilacza detektorów 18 z precyzyjnie stabilizowanym napięciem zasilającym + 5 V ± 0,1 V, podłączone jest do wszystkich bloków funkcjonalnych modułu detektorów 2 oraz dodatkowo odseparowane zasilanie +3,2 V ± 0,1 V, podłączone jest do przetwornika konduktometrycznego detektora wysokich stężeń metanu 9.

Zadaniem wzmacniaczy 12 jest odpowiednie wzmocnienie i dopasowanie sygnału wyjściowego każdego z detektorów do standardu 0,4 - 2 V. W każdym z poszczególnych torów detektorów z modułu detektorów 2 zastosowano takie samo rozwiązanie funkcjonalne układu wzmacniania i dopasowania sygnału, różniące się jedynie użyciem innych wartości elementów biernych. Odpowiednio wzmocnione i dopasowane sygnały analogowe z układu wzmacniaczy 12 podawane są na układ bariery izolujące - zabezpieczającej 13 chroniącej przed niepożądanymi sygnałami, które mogą przedostać się do wyjść modułu detektorów 2. Układ bariery izolująco - zabezpieczającej 13 ma także ograniczenia charakterystyki wyjściowej napięcia przy przekroczeniu zakresu pomiarowego z modułu detektorów 2 oraz ograniczenia spadku napięcia zasilania poniżej 7V. Następnie moduł komunikacyjny 16 realizuje przesyłanie danych pomiarowych do układu monitorowania parametrów sieci odmetanowania. Natomiast moduł sterownika nadrzędnego 17 zintegrowany jest z wyświetlaczem alfanumerycznym wyświetlającym przemiennie bieżące wskazania detektorów w jednostkach inżynierskich oraz wartości napięć wyjściowych poszczególnych detektorów.

Urządzenia do pomiaru i monitorowania parametrów sieci odmetanowania kopalń 1 mogą być zlokalizowane zarówno pod ziemią, gdzie obsługują wtedy pomiary z poszczególnych rurociągów sieci odmetanowania, jak i na powierzchni np. na zrębie szybu obsługując pomiary związane z głównymi rurociągami odmetanowania.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Urządzenie do pomiaru oraz monitorowania parametrów sieci odmetanowania kopalń składające się z monitora zawierającego miernik stężenia metanu, detektora różnicy ciśnień oraz zasilacza, znamienne tym, że składa się z modułu wyświetlająco - transmisyjnego (4) oraz z modułu detektorów (2) usytuowanych w pobliżu kryzy pomiarowej (3), przy czym wejścia (A) i (B) detektora różnicy ciśnień (5) podłączone są do kryzy pomiarowej (3), natomiast wejście (C) detektorów ciśnienia bezwzględnego (6), detektora tlenku węgla (7) i detektora wysokich stężeń metanu (9) podłączone są

   PL 211 531 B1 jednym przewodem umieszczonym w rurociągu (10), z kolei detektor temperatury (8) poprzez wyjście (C) połączony jest z czujnikiem temperatury (11) umieszczonym bezpośrednio we wnętrzu rurociągu (10), przy czym wyjścia poszczególnych detektorów modułu detektorów (2) połączone są z układem wzmacniaczy (12), który połączony jest poprzez układ barier izolująco - zabezpieczających (13) z wejściem analogowym (14) modułu wyświetlająco - transmisyjnego (4), składającego się z modułu iskrobezpiecznego zasilacza (15), z modułu komunikacyjnego (16) połączonego wyjściem (E) z układem do pomiaru i monitorowania parametrów sieci odmetanowania kopalń oraz z modułu sterownika nadrzędnego (17), przy czym iskrobezpieczny zasilacz (15) poprzez wejście (F) podłączony jest do źródła napięcia zewnętrznego, natomiast jego wyjście podłączone jest do wejścia zasilacza detektorów (18).