УДК 622.647.2:681.518.3

БЕСКОНТАКТНЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМНОЙ ПЛОТНОСТИ ШАХТНОГО ГРУЗОПОТОКА ЛЕНТОЧНОГО КОНВЕЙЕРНОГО ТРАНСПОРТА

Войтюк Ирина Николаевна
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
кандидат технических наук, ассистент кафедры электротехники, электроэнергетики, электромеханики

Аннотация
Данная работа посвящена методу измерения объемной плотности шахтного грузопотока ленточного конвейерного транспорта. В статье представлено обоснование выбора радиоизотопного метода для бесконтактного определения параметров потока горной массы, описаны физические процессы взаимодействия гамма-излучения с потоком сыпучего материала; представлены экспериментальные данные.

Ключевые слова: гамма-излучение, ленточный конвейер, объемная плотность, угольный поток


NON-CONTACT METHOD OF MEASURING THE APPARENT DENSITY OF MINE CARGO TRAFFIC OF BELT CONVEYOR TRANSPORT TRAFFIC

Voytyuk Irina Nikolaevna
National Mineral Resources University (University of Mines)
Ph.D., assistant professor of electrical engineering, power engineering, еlectromechanics

Abstract
This work is devoted to the method of measuring the bulk density of coal mine belt conveyor transport cargo. The article presents the rationale of choice for non- radioactive method of determining the parameters of the mined rock flow, the description of the physical processes of the interaction of gamma radiation with a granular material flow; the test data are presented.

Keywords: apparent density, belt conveyor, coal stream, gamma radiation


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Войтюк И.Н. Бесконтактный метод измерения объемной плотности шахтного грузопотока ленточного конвейерного транспорта // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 5. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/05/35156 (дата обращения: 28.09.2017).

Поток горной массы на ленточном конвейере представляет собой твердое многофазное вещество, так как имеет в своем составе твердую и газовую составляющую. Поэтому характеризовать его в первую очередь необходимо по объемной плотности материала, находящегося на нем. Насыпная или объемная плотность – масса единицы объема сыпучего материала (СМ) свободно насыпанного в какую-либо емкость непосредственно после ее заполнения. В объем сыпучего материала входят внутренние поры частиц и промежуточное пространство между ними заполненное газом [1].
Объемная плотность горных пород определяется отношением массы горных пород к их объёму и зависит от их минерального состава, структурно-текстурных особенностей, пористости, вида вещества, заполняющего поры и пустоты (газ, нефть, вода), а также от условий образования и залегания горных пород.
Объемная плотность грузопотока при транспорте ленточным конвейером есть функция объемной плотности частиц СМ, величины его частиц и соотношения различных фракций его ситового анализа, влажности частиц СМ, зольности СМ, степени давления вышележащих слоев на нижние.
Для определения физико-химических свойств и оценки качества угольного потока на ленточном конвейере, необходимо в первую очередь знание объемной плотности материала. Основные методы определения объемной плотности СМ, существующие на сегодняшний день, не обладают удовлетворяющей точностью и имеют основные относительные погрешности измерений, значительно превышающие допустимые пределы ±5-10 %..
Поэтому предлагается создать автоматическую измерительную систему для более точного определения степени загрузки конвейера.
Исследования базируются на применении радиоизотопного первичного преобразователя в горной (угольной) промышленности. Основа метода – ослабление гамма-излучения угольным потоком на движущемся конвейере. Этот эффект оценивается коэффициентом ослабления, который чувствителен к объемной плотности транспортируемого материала, его химическому составу, и наличию различных неоднородностей среды.[2]
Измерительная система, основанная на данном методе, состоит из блока гамма-излучения (БГИ), ленточного конвейера, транспортируемого материала, блока детектирования (БД) и блока регистрации, преобразования и передачи измерительной информации, как показано на рис. 1.


Рис. 1. Функциональная схема измерительной системы

Блок гамма-излучения представляет собой защитное коллимирующее устройство, с помощью которого формируется заданная ширина пучка излучения. Источник гамма-излучения, как правило, радионуклид  Сs-137 с энергией излучения 661 кэВ. Блок гамма-излучения представлен  на рис. 2:


Рис. 2. Внешний вид БГИ

В таблице 1 приведены технические характеристики некоторых БГИ, используемых в промышленности.

Таблица 1. Технические характеристики БГИ

Обозначение блока
Угол коллимации, град.
Тип источника излучения
Мощность экспозиционной дозы гамма на расстоянии 1м, А/кг
Максимально допустимая активность источника в блоке, Бк
Масса, кг
БГИ-45А
ИГИ-Ц-3-8
38
БГИ-60А
ИГИ-Ц-4-1
55
БГИ-75А
ИГИ-Ц-4-4
85
БГИ-90А
ИГИ-Ц-4-6
115
Когда пучок гамма-квантов проходит через вещество, он взаимодействует с его атомами и делится на прямое и рассеянное излучение.
Изменение интенсивности потока узкого пучка прямого гамма-излучения, прошедшего сквозь слой вещества объемной плотностью толщиной  и постоянными во времени свойствами, подчиняется экспоненциальному закону Гуго-Ламберто-Берра [3]:

,                                       (1)
где – интенсивности потока прямого излучения при отсутствии и при наличии контролируемой среды соответственно; – линейный и массовый коэффициенты ослабления прямого излучения средой. При взаимодействии с веществом, наряду с прямым, возникает рассеянное излучение, которое распространяется во всех направлениях.
Интенсивность потока рассеянного излучения, прошедшего через контролируемое вещество с объемной плотностью при определенных условиях также описывается экспоненциальной зависимостью:

                               (2)
где  - интенсивность потока рассеянного излучения;  линейный и массовый коэффициенты ослабления рассеянного излучения средой;  - поправка коэффициента линейного ослабления для рассеянного излучения;  – коэффициенты.
При взаимодействии гамма-излучения с энергией в диапазоне 400-800 кэВ с горной массой регистрируется сумма прямого и рассеянного гамма-излучений. Таким образом, после сложения двух интенсивностей, получим суммарную интенсивность гамма – квантов на выходе первичного преобразователя измерительной системы:

                               (3)

Из выражения 3 легко определить объемную плотность транспортируемого потока, которая равна:

                                           (4)
Для реализации метода измерения, выяснения стабильности работы первичного измерительного преобразователя системы, диапазона и погрешности измерений объемной плотности потока, а также чувствительности к изменению химического состава контролируемого вещества был разработан и исследован макет радиоизотопной измерительной системы (см. рис.1). При градуировке в качестве контролируемой среды использовались пробы каменного угля в диапазоне от 1.0 до 1.4 г/см3. В процессе градуировки снимались интенсивности выходного сигнала блока детектирования 2 для различных объемных плотностей и фиксированных толщин контролируемых материалов, равных 15, 20 и 25см. Полученные семейства кривых аппроксимировались квадратичными зависимостями типа .
По результатам испытаний РИИС относительная погрешность измерения объемной плотности составила 2,5%. Мощность экспозиционной дозы ионизирующего излучения, создаваемого на поверхности прибора, составляет 1,6 мР/час, а на расстоянии 1м от поверхности прибора – 0,015 мР/час, что в пять и семь раз, соответственно, меньше норм, установленных ОСПОРБ-99 (п. 3.7.6) для радиоизотопных приборов, предназначенных для использования в производственных условиях. Радиоактивного загрязнения прибор не создает и по потенциальной радиационной опасности ИПГС относится к IV категории, установленной ОСПОРБ-99.
Таким образом, метод, представленный в статье, позволит повысить точность и эффективность технологического учета добываемого полезного ископаемого и может быть использован на горнодобывающих и обогатительных предприятиях.

Библиографический список
  1. Мордасов Д.М. Технические измерения плотности сыпучих материалов: Учеб. пособие / Д.М. Мордасов, М.М. Мордасов – Тамбов: Изд-во ТГТУ. 2004 – 80с.
  2. Рабинович Г. А., Ситковский А. Я. Автоматизация ленточных конвейеров. М.- Л., «Энергия», 1966. 215 стр.
  3. Гусев Н. Г. Гамма-излучение радиоактивных изотопов и продуктов деления. Теория и таблицы. М., Физматгиз, 1958.
  4. Лейпунский О. И. Распространение гамма – квантов в веществе. – М.: Физматгиз, 1960. – 284с.


Все статьи автора «Войтюк Ирина Николаевна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: