DE1598482C3 - Einrichtung zur automatischen Überwachung des Methangehaltes - Google Patents
Einrichtung zur automatischen Überwachung des MethangehaltesInfo
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Description
45
Die Erfindung betriffl eine Einrichtung zur automatischen Überwachung des Methangehaltcs in Untcriagcnbschnitten
von Bergwerken, die mit einer elektrischen Meß- und .Signalisieranlage mit druckfest gekapselten
Meßwendeln versehen ist.
Methan tritt in vielen Kohle- und Salzbergwerken iiuf und bildet mit Luft ein explosibles Gemisch. Ein
solches explosibles Gemisch stellt jedoch eine beträchtliehe Gefahr für die Beschäftigten dar, da im EaIIc seiner
Zündung eine Explosion staltfindet und in Kohlebergwerken dies eine Kohlenstaubexplosion auslösen
kann, die wiederum zu einem Masscnungliick führen kann. Solche Unglücke sind in der Geschichte des
Bergbaus sehr oft geschehen; in vielen Fälllen sind dabei alle unter Tage Beschäftigten getötet worden,
Das wirksamste Mittel zur Vermeidung solcher Unglücke besteht darin, den Methangehalt in der Luft
eines Bergwerks ständig zu überwachen. Bei einer früh- 6$
zeitigen Entdeckung relativ großer Methnninengcn ist
es möglich, die Bergleute zurückzuziehen, und es können geeignete Schritte zur Bescitung der Explosionsge
fahr unternommen werden.
Die automatische Methtinmessung ist also für die
Bergbauindustrie ein Problem von besonderer Wichtigkeit, da viele Bergwerke in Betrieb genommen werden,
in denen Gas auftritt. Aus wirtschaftlichen Gründen sollten diese Bergwerke in naher Zukunkt elektrifiziert
werden, da zum Antrieb und zur Kohlegewinnung verwendete, komprimierte Luft in der Praxis achtmal kostspieliger
ist und ihre Investitionskosten höher als die Investitionskosten bei elektrischer Energie sind. Die
Elektrifizierung solcher Bergwerke, in denen Gas. in großen Mengen auftritt, schafft jedoch tre tz der Verwendung
von explosionssicheren Einrichtungen große Feuergefahren, wenn man die Möglichkeit der Zündung
des Methans berücksichtigt. Deshalb kann die Elektrifizierung von Bergwerken nur dann durchgeführt
werden, wenn automatische Methanmesser verwendet werden, die bei einer Konzentration von Methan
in LuIt, die über einer zulässigen Grenze liegt, das Netz ausschalten können.
Methanrnesser arbeiten, soweit -.ic boiler bekannt
und in Bergwerken verwendet werden, auf Grund verschiedener" physikalischer Prinzipien; dazu gehören
z. B. die Verbrennung, die Wärmeleitfähigkeit, die Absorption
von infraroten Stahlen usw.
Der auf dem Prinzip von Kontraktions-Messungen nach Verbrennung von Methan beruhende Methanmesser
vom Typ »Mono« deutscher Herstellung enthält eine große A.izahl von komplizierten Glaseinrichtungen,
sowie eine große Menge Quecksilber, so daß er unter Bergbaubedingungen leicht versagt. Darüber hinaus
muß das Verbrennungselement einmal im Monat ersetzt werden, wodurch Betriebsschwierigkeiten auftreten.
Weiterhin hat dieser Methanmesser ein relativ großes Volumen, ist sehr schwer und seine Herstellungs-
und Betriebskosten sind relativ hoch.
Der auf der Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit beruhende Methanmesser »Mar«-1 polnischer Herstellung
wird durch ein elektrisches Netzwerk gespeist. Demzufolge ist sein Anwendungsbereich auf weniger gefährdete
Stellen in Bergwerken mit Gasvorkommen begrenzt, da die Zuführungskabel beschädigt werden und
Funken od^r Lichtbögen auftreten können, die das Methan
leicht entzünden. Außerdem zeigt dieser Methanmesser nicht den Methangehalt an den Einsatzorten
der Anzeigevorrichtungen an, er gibt dort kein Alarmsignal ab und schaltet das Netzwerk nicht aus. Schließlich
müssen die die Anzeigevorrichtung mit der zentralen Vorrichtung an der Erdoberfläche verbindenden
Kabel zum Erreichen einer zufriedenstellenden Isolierung eine sehr hohe Qualität aufweisen, so daß sic sehr
kostspielig sind.
Der auf dem Prinzip der Absorption von Infrarot-Strahlen
beruhende Methanmesser »Inframeler« deutscher Herstellung wird ebenfalls durch ein elektrisches
Netzwerk gespeist. Demzufolge ist sein Anwendungsbereich ähnlich dem des auf dem Prinzip der Wärmeleitfähigkeit
beruhenden Methanmessers beschränkt. Weiterhin erfordert dieser Methanmesser die Verwendung
von sowohl Filtern, die die eingesaugte Luft wirk= sam reinigen, als auch von Einrichtungen zur Absorption
von Wasserdampf bzw. Kohlendioxid, so daß beim Betrieb und bei der Wartung SchwierigKeiten auftreten.
Trotz des Einsatzes von Staubfiltern schlagen sich jedoch winzige Staubpartikeln auf den Fenstern der
Mcßkammcr nieder und verursachen fehlerhafte Anzeigen.
Darüber hinaus hat dieser Methanmesser keine Signaleinrichtung für den Fall der Überschreitung eines
i 598
bestimmten Methnngehalis, und er bewirkt nicht das
Abschalten des Netzwerks, Schließlich sind noch sein Volumen und sein Gewicht relativ groß, und die Herstellungskosten
dieses Methanmessers liegen außerordentlich hoch.
Aus den GB-PS 433 570 sowie 505 802 sind Sicherheitslampen zur Feststellung des Methangehaltes bekannt,
bei denen der Methangehalt durch einen photometrischen
Detektor bzw. auf Grund der Helligkeit eines glühenden Platinfadens ermittelt wird. Als Stromquelle
dienen dabei Akkumulatoren, so daß ein explosionsgeschützter
Aufbau sowie eine regelmäßige Wartung und Überprüfung erforderlich sind.
Aus der GB-PS 864 293 ist eine Einrichtung zur FeststeKung
von brennbaren Gasen bekannt, die mit einer Spannung gespeist wird. Es wird jedoch nichts über die
Art der Spannungserzeugung ausgesagt.
Schließlich ist aus der GB-PS 892 531 eine Einrichtung zur automatischen Überwachung des Methangehaltes
in Untertageabschnitten von Bergwerken bekannt, die mit einer elektrischen Meß- und Signalisieranlage
mit druckfest gekapselten Meßwendeln versehen ist. Dabei wird die Spannung durch eine Batterie
geliefert. Eine Batterie in eigensicherer Ausführung mit großer Kapazität ist aber sehr schwer realisierbar. Da- »5
gegen ist eine Batterie mit kleiner Kapazität im Untertagebetrieb unangenehm.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur automatischen Überwachung des
Methangehaltes der angegebenen Gattung zu schaffen, bei der ein sicherer und gefahrloser Betneb, wozu insbesondere
eine funkenfreie Spannungserzeugung gehört, gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elektrische Meß- und Signalisierungsanlage
mit einem durch über eine Rohrleitung und über einen Druckregler zugeführte Druckluft angetriebenen
Turbogenerator und mit einer Luftturbine ausgestattet ist, die ein Programmrelais betätigt, über welches die
Meßwendeln und ein Reflektor periodisch mit Spannung gespeisi werden.
Nach einer weiteren Ausbildung der erfindungsgemäßen
Einrichtung ist der Reflektor einerseits mittels eines normalerweise geschlossenen Kontaktes eines
Hauptrelais, das über ein Schweüenwertrelais gesteuert
wird, andererseits über die Meßwendeln und einen parallel zu ihneii geschalteten, normalerweise geöffneten
Kontakt des Programmrelais an den Ausgangskreis des Generators geschaltet.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbetondere
darin, daß die Nachteile der bisher beschriebenen Methanmesser nicht auftreten können, da die erfindungsgemäße
Einrichtung mit Druckluft betrieben wird. Deshalb werden auch keine kostspieligen Zuführungskabel
benötigt, so daß die Einrichtung ohne irgendwelche Beschränkungen an jeder Stelle eines sehr
viel Gas enthaltenden Bergwerks eingeseizt werden kann. Weiterhin ist die Einrichtung als kompaktes Aggregat
ausgebildet und zeigt den Mcthangchalt am Einsatzort an, wobei sie die Überschreitung von zwei bestimmten
Werten des Signalgehaltes signalisiert und bei Überschreitung des höheren Wertes die Ausschaltung
des Netzwerkes auslöst. Der Methanmesser erfordert keine lästigen Filter und Absorptionseinrichtungen,
da er nach dem Verbrennungsprinzip arbeitet. Alle aus dem Methanmesse; herausführenden, zur Fernmeßanzeige
für Fernsignjlisierung und Fernausschaltung
des Netzwerkes dienenden Schaltkreise sind eigensicher, d. h. im Folie irgendwelcher Funken auslösender
Fehler sind sie nicht imstande, Methan zu zünden. Außerdem hat das Methan verbrennende Element
eine längere, d. h. wenigstens zehn mal höhere Betriebs-Lebensdauer als die Elemente anderer, auf dem
Prinzip der Verbrennung beruhender Methanmesser. Dies wurde durch den perioden Betrieb des Instruments
ermöglicht.
In den Zeiträumen, in denen die Einrichtung keine Messungen durchfuhrt, wird sie als Reflektor benutzt,
um das Gebiet vor Ort in der Grube zu beleuchten. Während der Meßvorgänge wird die Lampe des Reflektors
leicht gedämpft und zeigt auf diese V/eise den ordnungsgemäßen Betrieb des Methanmessers, an.
Bei einer Überschreitung des höheren Mlethangehalts
erlischt das Reflektorlicht, und die Signalgabeglühbirne leuchtet auf. Auf Grund der Verwendung von
durchsichtigen Scheiben bei den Verbrennungs- und Kompensationskammern sind die Spiralen sichtbar,
und durch Vergleich der Helligkeit dieser Spiralen ist es möglich, die Methankonzentration oberhalb von i%
optisch anzuzeigen. Durch die Verwendung der Wechselstrombrücke werden die mit ii<:r Verstärkung von
Gleichstrom verbundenen SchwierigKeiten vermieden, so daß das System vereinfacht und seine Stabilität erhöht
wird.
Wti»erhin ergibt sich infolge der Anwendung einer Abschirmung durch Zuführung von Luft von einer
Kleinturbine eine sehr hohe Explosionsschutz-Sicherheit. Dies wird durch die Verwendung eines Kleinturbinen-Generaiors
zur Speisung des Methanmessers ermöglicht. Ein hoher Sicherheitsgrad der Ventüationsabschirmung
gegen Methan wird dadurch erreicht, daß Methan die Abschirmung wegen eines geringen Überdrucks
in der Abschirmung nicht durchdringen kann. Darüber hinaus ist die Ventilationsabschirmung viel
leichter und billiger als andere Explosionsabschirmungen. Darüber hinaus wird die Sicherheit der Einrichtung
noch durch die Anwendung eines pneumatischen Relais erhöht, das die Generatorklemmen wäiirend seines
Anlassens kurz schließt und so jede Bildung von Funken vor einer wirksamen Ventilations-Abschirmung
zur Zeit des Anlassens verhindert.
Zur Sicherstellung einer hohen Genauigkeit der Anzeigen bei den vielen, in der Praxis auftretenden Druckveränderungen
bei Druckluft ist die Ein richtung mit einem Druckregler ausgestattet, der den Ausgangsdruck
stabilisiert. Infolge der Verwendung von Transistoren für das System hat die Einrichtung schließlich
auch eine hervorragende Betriebszuverlässigkeit, und ihr Gewicht und ihre Größe sind ungefähr viermal kleiner
als bei allen früher zur Untersuchung des Methangel-alles
verwendeten Vorrichtungen.
Die Erfindung wird im folgenden an I land von Ausführungsbeispieien
unter Bezugnahme auf di<" beiliegenden,
schematischen Zeichnungen näher erläutert. Fs zeigt
Fig.) ein Schaltbild der elektrischen und pneumatischen
Leitungen und
F i g. 2 eine perspektivische Ansicht der Einrichtung.
Die Anlage besteht im wesentlichen aus einem Turbogenerator
1, der durch die Rohrleitung 2 über den Regler 3 mit Druckluft gespeist wird und einer zweiten
Turbine 4, die durch in das Zuleitungsrohr 5 geleitete Druckluft betrieben wird und einer elektrischen Meß-
und Signalisierungsanordnung E zum Messen des Methangehalts der Luft in dem Bergwerk. Die ganze
Anlage ist in einem Gehäuse 6 eingebaut, in dessen
Stirnwand sich eine Methananzeigeskala 7 und zwei Kontrollfenster 11 befinden, die in zwei schlagwettersichere
Verbrennungs- und Kompensationskatnmern 12 und 13 Einsicht gewähren, während an der gegenüberliegenden
Seite zum Beleuchten der zu bearbeitenden Fläche während der Zeit zwischen den periodischen
Messungen ein Reflektor 14 und Signalisierglühbirnen 9 und 10 befestigt sind. Die den Turbogenerator
1 durch die Öffnung la und die zweite Turbine 4 durch die Öffnung 4a verlassende Luft wird in das Innere des
Gehäuses zurückgeführt, um eine Ventilierung der Anlage zu liefern.
Vom Turbogenerator 1 wird ständig die zum Betrieb der Anlage erforderliche elektrische Energie erzeugt,
während der zweite Generator das Programmrelais 15 zum periodischen Anschalten des Methangehalt-Meßsystems
über die Anschlüsse 15a betätigt. Der Regler 3 stabilisiert den Druck der den Turbogenerator 1 und
die zweite Turbine 4 speisenden Druckluftversorgung, um Druckänderungen der Druckluflversorgung. die in
Berwerksnetze infolge des Anlassens großer, luftbetriebener Aggregate häufig eintreten zu beseitigen. Der
Turbogenerator 1 ist auch mit einem pneumatischen Relais 16 ausgestattet, das während des Anlassens in
den Kreis des Turbogenerators Ib geschaltet ist. damit
die elektrische Meßanlage E nicht unter Spannung gesetzt wird, bevor die vollständige Ventilation des Inneren
der Anlage durch den Luftstrom vom Turbogenerator 1 und von dem zweiten Generator 4 bewirkt wurde.
Die durch das Innere der Anlage gepreßte Luft verhindert die Ansammlung von Methan um die Bauteile, wodurch
die Gefahr von Explosionen infolge Entzüidens von Methan durch Funken, welche an dieser Stelle erscheinen
müssen, gänzlich beseitigt wird. Bis hier muß das Gehäuse 6 keinen schlagwettersicheren Aufbau haben,
was eine beträchtliche Verminderung der Kosten und des Gewichtes gestattet.
Die elektrische Meßanlage besteht aus zwei in schlagwettersicheren Kammern 12 und 13 angeordneten,
glühenden, gewendeten Drähten, einer Verbrennungswendel 17 und einer Kompensationswendel 18,
die mit dem Reflektor 14 zu dem Speisungsgenerator Xb in Reihe geschaltet sind. Die Wendeln 17 und 18 sind
andererseits mit einem Meßbrückensystem 19 verbunden, von dessen Ausgangsseite die Anzeigeeinrichtung
7 und der Verstärker 20 gesteuert werden. Das elektrische Meßsystem E ist weiter mit einem Schwellenwertrelais
21 und einem Verstärker 22 zur Fernübertragung der Messungen ausgestattet, wobei der Verstärker
22 und das Schwellenwertrelais 21 durch den Verstärker 20 gesteuert werden, der mit dem Brückensystem 19 verbunden ist, sowie mit einem Transformator
23 und einem Gleichrichtungssystem 24 zur Speisung der Verstärker 20 und 22. des Schwellenwertrelais 21
und des Hauptrelais 25, während die Primärwicklung des Transformators an den Turbogenerator 1 angeschaltet
ist Das Hauptrelais 25 ist in das Schwellenwertrelais-System 21 eingeschaltet.
Das Schwellenwertrelais 21 ist in Prozentgehalt von Methan geeicht, so daß beim Überschreiten von einem
Prozent Methangehalt in der Luft das Aufleuchten der Signalglühbrine bewirkt wird und das Überschreiten
von zwei Prozent das Relais 25 betätigt, welches folgendes bewirkt: Die Kontakte werden bei 25.1 unterbrochen,
der Reflektor 14 wird gelöscht, das Glühen der Spulen 17 und 18 wird beendet, der Kontakt 256
wird kurzgeschlossen und die Signalglühbirne 9 wird zum Aufleuchten gebracht, ebenso wird der Koniakt
25c kurzgeschlossen und über die Zuleitungen 26 der dem durch eine Methanexplosion bedrohten Bereich
der Untertagearbeiten dienende Transformator abgeschaltet. Das zum Antrieb der zweiten Turbine 4
Druckluft liefernde Zuleitungsrohr 5 ist mit einer Strahlpumpe 27 ausgestattet, die von der Kohlenabbaufläche
über Rohre 28 und 29 zu untersuchende Luftpro ben abzieht, und sie durch die Verbrennungskammer 12
führt.
»5 Die oben beschriebene Anlage arbeitet in der folgenden
Art und Weise:
Nach dem Anschalten der Druckluft läuft der Turbogenerator 1 an, und während dieser Zeit verbindet das
pneumatische Relais 16 die Klemmen des Generators
»° Ib. Der Zweck dessen ist, eine entsprechende Ventilation
des Inneren der Anlage zu sichern, bevor die vollständige elektrische Anlage unter Spannung gesetzt
wird. Diese Ventilation des Inneren sichert, daß jede Ansammlung von Methan entfernt wird, um die Gefahr
*5 von durch in dem elektrischen System erscheinenden
Funken ausgelösten Explosionen zu beseitigen. Nach autorr.j.iischer Trennung der Klemmen des Generators
Ib durch das Relais 16 leuchtet die Glühbirne des Reflektors
14 auf und beleuchtet die Kohlenabbaufläche.
Das periodisch arbeitende Prcgrammrelais 15 schaltet
den Kontakt 15a um, wodurcii die Wendeln 17 und 18 in den Verbrennungskammern 12 und 13 glühend werden
und demgemäß die Glühbirne des Reflektors 14 etwas dunkler wird. Dieses ist ein Zeichen für die Arbeitsschicht.
daß die Einrichtung richtig arbeitet. Das ständig zusammen mit Luft durch die Strahlpumpe 27
hineingezogene Methan strömt durch die Verbrennungskammer 12. wo es an dem glühenden Spiraldraht
17 verbrannt wird. Das an der Wendel verbrennende Methan verursacht eine Zunahme ihres Widerstandes.
Dadurch erscheint in dem Diagonalzweig der Meßbrücke 19 eine Spannung, die an der in Prozentgehalt
Methan geeichten Anzeigeeinrichtung 7 gezeigt wird. An der anderen Seite der Brücke wird diese Spannung
auf einen Verstärker 20 übertragen, von dem Signale zu dem Schwellenwertrelais 21 und zu dem Fernmessungs-Verstärker
22 übertragen werden, dessen Leitungen 22a mit dem Anzeigegerät an der Oberfläche des
Bergwerks verbunden sind. Wenn der Meihangehalt
der Luftprobe ein Prozent überschreitet, dann bringt das Schwellenwertrelais 21 die Signalglühbirne 10 zum
Aufleuchten. Wenn der Methangehalt zwei Prozent überschreitet, setzt das Schwellenwertrelais das Hauptrelais
25 in Tätigkeit, welches durch Unterbrechen der Kontakte 25a die Glühbirne des Reflektors zum Erlöschen
bringt und durch Schließen des Kontaktes 25f die Alarmglühbrine 9 aufleuchten läßt und durch Un
terbrechen des Kontaktes 25c ein in der Zeichnunj
nicht gezeigtes Relais einschaltet, das den diesem Ab schnitt des Untertagebetriebs dienenden Transforma
tor abschaltet. Wenn die Glühbirne 9 aufleuchtet, wire
gleichzeitig die Fern-Signalisierungseinrichtung übe
Klemmen in Tätigkeit gesetzt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Einrichtung zur automatischen Überwachung des Methangehaltes in Untertageabschnitten von S
Bergwerken, die mit einer elektrischen Meß- und Signalisieranlage mit druckfest gekapselten MeD-wendeln
versehen ist. dadurch gekennjt
e i c h η e t, daß die elektrische Meß- und Signalisieranlage
(B) mit einem durch über eine Rohrleilung (2) und über einen Druckregler (3) zugeführte
Druckluft angetriebenen Turbogenerator (1) und mit einer Luftturbine (4) ausgestattet ist. die ein
Programmrelais (15) betätigt, über welches die Meßwendeln (17, 18) und ein Reflektor (14) periodisch
mit Spannung gespeist werden.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (14) einerseits mittels
eines normalerweise geschlossenen Kontaktes (25a) eines Hauptrelais (25), das über ein Schwellenwert- ao
relais (21) gesteuert wird, andererseits über die Meßwendeln (17, 18) und einen parallel zu ihnen geschalteten,
normalerweise geöffneten Kontakt (15.ϊ) des Progranimrelais (15) an den Ausgangskreis des
Generators (Ib) geschaltet ist. as
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß das die Druckluft zum Antrieb
der zweiten Turbine (4) führende Zuleitungsrohr (5) mit einer Strahlpumpe (27) ausgestattet ist, die Luftproben
von der Kohlenabarbeitungsflache durch die Rohre (28) und (29) hineinzieht und sie in die
Verbrennungskammer (12) führt.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche I bis i.
dadurch gekennzeichnet, dal? der Turbogenerator (I) mit einem pneumatischen Relais (16) ausgestattet
ist, das die Klemmen (ib) l.is Generators während
des Anlassens kurzschließt.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbogenerator
(1) und die zweite Turbine (4) mit Öffnungen (1,7) ausgestattet sind, wodurch die Luft zur Ventilation
des Inneren der Anlage in das Innere des Gehäuses geleitet wird.
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- 1965-06-22 GB GB2642765A patent/GB1065134A/en not_active Expired
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Legal Events
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