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.

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»