Радиоизотопный способ измерения отложения пыли в горных выработках и устройство для его реализации
RADIOISOTOPE MEASURING OF DUST DEPOSIT IN MINES AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к технике контроля запыленности поверхности горных выработок, промышленных помещений на предприятиях угольной, горно-металлургической и других отраслей промышленности и сельскохозяйственного производства, где присутствует взрывчатая пыль: угольная, сульфидная, мучная, пластмассовая и др.
Известен способ измерения пылеотложения, основанный на прямом взвешивании пыли, отлагающейся на подложке, при помощи электронных микровесов [Поздняков Г.А., Закутский Е.Л. Методы и средства контроля пылевзрывобезопасности угольных шахт. Горный информационно-аналитический бюллетень №12 «Аэрология». - М.: МГГУ. - 2007. - С. 58-70].
Недостатком данного способа является высокая чувствительность приборной реализации его к механическим воздействиям, которая требует строго горизонтальной установки прибора и соблюдения условий, при которых должны эксплуатироваться микровесы, что делает практически невозможным его эксплуатацию на промышленных предприятиях.
Наиболее близкими по технической сущности являются способ и устройство для измерения оседающей пыли во времени, в которых используется обратное бета-рассеяние от подложки с пылью [Рассолов Н.И., Скляренко И.П. Разработка способа контроля отложения угольной пыли в горных выработках. В кН. «Вопросы безопасности в угольных шахтах», т. XIII. МакНИИ. М.: Госгортехиздат. 1962. С. 219-240 (фиг. 1)].
Указанные способ и датчик обладают следующими недостатками.
Доля бета-излучения от источника углерод-14, попадающая на детектор, и КПД использования активности радионуклида в источнике излучения много меньше единицы, при этом доля излучения определяется телесными углами, под которыми смотрятся: пылевой осадок от источника и детектор от рассеивающей бета-излучение подложки. Поэтому требуется большая активность радионуклида в источнике бета-частиц.
Излучение источника, опасное для окружающих, направлено в сторону от боковой поверхности выработки, где могут находиться люди. Кроме того, источник и детектор не защищены от пыли, так как находятся у стенки в пылевом потоке, где поперечные пульсации больше, чем вдали от поверхности, и в результате этого происходит осаждение пыли на источнике и детекторе излучения, что сказывается на погрешности измерения массы осадка, а из-за требуемой большей активности источника повышается его стоимость.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности и безопасности использования радиоизотопного способа измерения текущей массы пылевого осадка и упрощение конструкции устройства его реализующего.
Указанная техническая задача решается за счет использования прямого поглощения бета-частиц пылью, осажденной на тонкий коллектор, который помещают на детектор, а источник углерод-14 в виде тонкой таблетки размещают на Г-образной стойке в конце ее над коллектором на высоте не более 5 см от его центра.
Сущность изобретения поясняется чертежом на котором показаны:
источник - 1, коллектор (фильтр) - 2, сетка - 3, плоский детектор - 4, блок счета и обработки данных - 5, Г-образная стойка - 6, основание - 7 и кассета - 8 с окном.
Способ реализуется следующим образом.
2
Для измерения отложения пыли в горных выработках используют прямое поглощение бета-излучения источника углерод-14 пылью, осажденной на тонкий коллектор (фильтр) 2, который помещают над плоским детектором 4. На основании 7 за блоком счета и обработки данных 5 установлена Г-образная стойка 6 с источником 1 (углерод-14 в виде тонкой таблетки), который помещают в углубленном ложементе на ее конце на высоте не более 5 см от центра коллектора (фильтра) 2. На основании 7 устанавливают кассету 8 с окном, в которой укреплены друг над другом детектор 4 излучения (например, Бета-1.1 круглой формы), сетка 3, а сверху нее помещают тонкий коллектор (фильтр) 2 с поверхностной плотностью 1-1,5 мг/см (например, фильтр АФА-ВП-10 или НЭЛ-3). Для съема данных кассету 8 с окном подключают к блоку счета и обработки данных 5. Источник бета-излучения (углерод-14 в виде таблетки) монтируют в углубленном ложементе на конце горизонтальной части Г-образной стойки 6, которую крепят с подветренной стороны от детектора 4 к блоку счета и обработки данных 5 и основанию 7. Устройство для измерения отложения пыли в горных выработках размещают у стенки горной выработки горизонтально или вертикально так, чтобы Г-образная стойка 6 с источником 1 находилась позади коллектора (фильтра) 2 по ходу движения воздуха и не нарушала структуру потока.
Измерение запыленности коллектора производят в следующей последовательности.
0
i
i
2
Измеряют интенсивность I потока бета-частиц, прошедших через чистый коллектор (фильтр) 2 (как показал эксперимент, время измерения интенсивности может быть порядка 1-2 с), далее производят измерение интенсивности потока бета-излучения источника 1 (углерод-14) в процессе осаждения пыли I. Массу пыли σ в мг, осевшей на 1 см поверхности, определяют по формуле
или ,
i
2
где σ - масса пыли в мг, осевшей на 1 см поверхности;
0
I - интенсивность потока;
i
I - интенсивность потока бета-частиц в процессе осаждения пыли;
2
μ - массовый коэффициент ослабления излучения, см/мг;
c - коэффициент, связанный с конструктивными данными датчика;
i
определяется из сравнения массы σ с массой, определенной весовым методом.
i
Одновременно вычисляют погрешность измерения σ по формуле
.
Интервал между измерениями устанавливают в зависимости от требуемой точности определения заданной величины осадка и от самой величины осадка.
i
Измерения I производят непрерывно каждые 2 с или с интервалами между измерениями, зависящими от скорости накопления осадка, до тех пор, пока погрешность Δσ/σ не достигнет заданной величины, например 25% или 15%. Цикл измерения повторяют, пока величина массы пыли на фильтре не достигнет заданного значения.
Результат представляется либо на цифровом табло, либо цветовыми сигналами, свидетельствующими о степени приближения массы осевшей пыли к критическому значению.
Увеличение эффективности использования радионуклида достигается за счет измерения вместо обратного прямого поглощения бета-излучения (радионуклида углерод-14) пылевым осадком, при котором доля бета-излучения, падающая на детектор 4, значительно больше, чем при использовании обратного рассеяния. Поэтому требуется меньшая активность источника 1.
Повышение безопасности использования способа достигают за счет уменьшения активности источника 1 (радионуклида углерод-14), имеющего четвертый класс опасности, и конструкции радиометрического узла, в котором источник 1 утоплен в Г-образной стойке 6 и обращен открытой стороной к плоскому детектору 4.
в
2
С целью определения взрывоопасного отложения пыли задаваемая величина поверхностной плотности осадка σ (г/м) определяется из соотношения
,
в
где σ - взрывоопасная величина поверхностной плотности пылевого осадка;
3
c - нижний предел взрывчатости пыли, г/м;
3
v - объем выработки, м;
2
S - поверхность выработки, м.
Устройство работает следующим образом.
В горных выработках для измерения отложения пыли используют прямое поглощение ею бета-излучения радионуклида углерод-14. Пыль осаждается на тонкой подложке коллектора (фильтра) 2, который помещен на детекторе 4, а источник 1 (углерод-14) в виде тонкой таблетки размещен над коллектором (фильтром) 2 на высоте не более 5 см от его центра на конце Г-образной стойки 6 в углубленном ложементе.
Чтобы не возмущать поток воздуха, из которого оседают пылевые частицы, и повысить точность измерения массы пылевого осадка, Г-образная стойка 6 укреплена на основании 7 за блоком счета и обработки данных 5, а само устройство измерения отложения пыли в горных выработках устанавливают в горной выработке таким образом, чтобы кассета 8 с детектором 4 располагалась с подветренной стороны или сбоку за детектором 4, по ходу предполагаемого движения воздуха. Для съема данных кассета 8 с окном подключена к блоку счета и обработки данных 5.
Для безопасности использование источника 1 его выполняют в виде таблетки и утапливают в Г-образной стойке 6 со стороны, обращенной к окну кассеты 8.
Расположение источника 1 на расстоянии не более 5 см от коллектора 2 в потоке, где поперечные пульсации меньше, чем у коллектора 2, исключает влияние источника 1 на характер движения воздуха, из которого оседает пыль, и уменьшает вероятность осаждения пыли на источнике 1, что снижает погрешность измерения массы осадка.
Использование прямого поглощения бета-излучения источника 1 (углерода-14) пылевым осадком повышает эффективность использования радионуклида в источнике 1, что позволяет уменьшить активность радионуклида и повышает безопасность применения радиоизотопного способа измерения массы пылевого осадка и устройства его реализующего.