автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Методы оценки и меры предотвращения негативного влияния шахтных вод на защитные свойства систем управления забойными машинами

п

VI ^

м

'Я»

Министерство угольной промышленности СССР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАКЕЕВСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ по безопасности работ в горной промышленности

МакН ИИ

На правах рукописи УДК 622.861.232.72-52

БАРКАЛОВА Нина Алексеевна

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ И МЕРЫ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ НЕГАТИВНОГО ВЛИЯНИЯ ШАХТНЫХ ВОД

НА ЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЗАБОЙНЫМИ МАШИНАМИ

Специальность 05.26.01 —„Охрана труда и пожарная

безопасность"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Макеевка—Донбасс 199 1

Работа выполнена в Государственном Макеевском ордена Октябрьской революции научно-исследовательском институте по безопасности работ в горной промышленности (МакНИИ).

Научный руководитель— докт. техн. наук, проф.

Официальные оппоненты: докт. техн. наук канд. техн. наук

колосюк в. п.

ШАТИЛО А. Н. МИЩЕНКО И. Я.

Ведущее предприятие—Макеевский завод шахтной

автоматики

^ащита диссертации состоится . 1991 г.

в // часов на заседании специализированного совета К-135.08.01 в Государственном Макеевском ордена Октябрьской Революции научно-исследовательском институте по безопасности работ в горной промышленности (339008, Макеевка Донецкой обл., ул. Лихачева, 60).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МакНИИ.

Автореферат разослан ' _1991 г.

7

Ученый секретарь специализированного совета

канд. техн. наук ПРИХОДЬКО В. М.

^ .--."..ОБЩАЯ ХЛРАКТЕШСШКА РАБОТЫ

Актуачьносгь_работн. В угольных забоях попземннх шахт обеспечение безопасности эксплуатации машин опредепяется не только уровнем их автоматизации, но и способностью устройств автоматизации сохранять защитные функции в специфических условиях иахтной срепы. Эксплуатационные условия аппаратуры управления и автоматизации забойных ' машин характеризуются высокой влажностью воздуха (до 98-100^), колебаниями температура окружающей среды (в интервале Ю-35°С), содержанием пнчи по 1000 мг/м и бочее, наличием метана и сероводоропа в рудничном воздухе, а также значительным обводнением выработок (с притоком воды более 500-1000 м^/ч).

Из множества факторов, влияющих на безопасность эксплуатации горношахтного оборудования, особенно существенным является шахтная вода. Обладая высокой агрессивностью, вопя вследствие явлений коррозии разрушает ответственные детали оборудования, увлажняет изоляцию проводов, создает шунтирующие цепи в контактах аппаратуры управления и автоматизации машин, что в конечном кторе приводит к нарушению функционирования и к созданию условйй травматизма на угольных вахтах.

Недостаточная изученность процесса влияния шахтной вопи не позволяет проводить достоверную оценку воздействия этого фактора. В настоящее время испытания устройств управления, средств автоматизации и другого горношахтного оборудования с целью оценки их защитных свойств и параметров функционирования проводятся с приме''°нкем водопроводной воды, электрохимические характеристики которой не соответствуют аналогичным показателям кахтиой воды, поэтому нельзя признать их представительны?«!. Кроме того, отсутствуют требования безопасности к системам управления забойными машинами, учитывающие опасное воздействие шахтной воды. Поэтому работа, посвященная исследованию негативного влияния пахтной воды на защитные свойства систем управления, совершенствованию методов испытаний устройств управления и автоматизации и разработке мер нзйтралнзацня этого отрицательного фактора, является актуальной.

Работа связана с плановыми научно-исследовательскими темами МакНИИ: "Исследовать возможность образования дополнительных источников ЭДС в цепях управления забойными мзшиначн" (№ гос.регистрации 0186.0П0441) и "Разработать нормативную основу по созданию безопасных механизированных комплексов и агрегатов пля внешен угля без

постоянного присутствия людей в забое" гос.регистрации 0185.0041946), выполненной по отраслевой научно-технической теме "Разработать и внедрить нормы, метода и средства безопасного применения и оценки горно-шахтного оборудования и защиты людей от воздействия электричества" (02.02.02.Д1).

Цель_работы. Установить закономерности изменения параметров электрических цепей аппаратуры управления и автоматизации забойных машин при воздействии шахтной воды на коммутационные элементы, вызывающей нарушения защитных свойств и работоспособности аппаратуры, для разработки методов оценки этого воздействия и требований безопасности к системам управления указанных машин, реализация которых направлена на снижение травматизма при их эксплуатации.

Идея_работу. Оценка негативного влияния шахтной врды на функционирование систем управления и автоматизации и разработка мер повышения безопасности при эксплуатации забойных марин в шахтах осуществляется путем учета изменения сопротивления контакта коммутационного элемента и ЭДС гальваноисточника, образованного на коммутационном элементе при воздействии шахтной воды.

На^чдие додожени я, защищаемые в диссертации, раэрабатанцые дицна ди£С£Р1ацтам1_и_нйвизца

Метод оценки негативного влияния ощхтных вод на защитные свойства систем управления по сопротивлению контакта и ЭДС гальваноисточника разомкнутого коммутационного элемента, отличающийся тем, что в качестве испытательной среды используется модельный раствор, адекватный по электрохимическим характеристикам шахтной воле (а.с. № 1538102), а измерение электропроводности раствора производится током высокой.частоты с обеспечением мер повышения точности за счет исключения поляризации (а.с. № 1518760).

Регрессионная зависимость сопротивления контакта от общей минерализации шахтных вод (или их электропроводности) и продолжительности функционирования коммутационного элемента в присутствии шахтной воды, пбзволяицая провести экспресс-оценку отрицательного влияния последней. Ранее такая зависимость не была известна. .

Многофакторные математические .модели, определяющие зависимости сопротивления контакта и ЭДС гальваноисточника, образующегося на

коммутационном элементе при попадании шахтной воды, от схемных и эксплуатационных факторов, позволяющие оценить основные из них для обеспечения защитных свойств систем управления забойными машинами. Зависимости получены впервые.

Обоснование и достоверность научных положений, дыдодод й векоменпаций_обеспечена:

применением основных законов и положений теоретических основ электротехники и современных методов математической статистики при обработке полученных данных, в том числе и методов математического моделирования на ЭШ;

соответствием результатов аналитических и экспериментальных исследований (погрешность не более 10^);

положительными результатами промышленных испытаний забойных машин с системами управления, выполненными с учетом установленных в работа новых требований безопасности.

На^гчное значение_работы заключается в том, что полученные многофакторные математические мопели позволяют изучить процесс воздействия шахтной воды при попадании На коммутационные элементы ■ схем управления, характеризующийся изменением сопротивления контакта и образованием гальваноисточника на ком?<утационном элементе, и определить факторы, обеспечивающие выполнение защитных функций схем управления, а уравнения плоскости регрессии сопротивления контакта дают возможность провести экспресс-оценку опасности попадания шахтной годы на коммутационные элементы схем управления.

Практическая_ценность. .¡заботы заключается в разработке требований безопасности к системам управления забойными машинами и методов их испытаний, учитывающих воздействие шахтной воды, которые использованы при создании и оценке устройств управления и автоматизации, обеспечивающих снижение травматизма при эксплуатации указанных машин.

Реализация_рез£льтатов_работы. Основные научные и практические результаты работы включены в "Нормативы по безопасности забойных машин, комплексов и агрегатов", утвержденные Минуглепрамом СССР

й Госпромиапзором СССР (1990г.), в утвержденные технические запания ка аппарат АУЗМ управления забойными машинами (19в4г.), базовую систему программно-организационных срепств управления комплексом очистного оборг/повпния (1991г.) и "Методику государственных испытаний устройств управления и автоматизации забойных машин на выполнение защитных функций" (1991г.).

Апробация £аботы. Основные положения диссертационной ра боты доложены на научно-технических конференциях молопых ученых и специалистов угольной промышленности в институтах "Южгипрошахт" (г.Харьков, 1905г.) и МакНШ (г.Макеевка,1987г.), обсуждались на научно-техническом. совете отвела безопасности горных машин и комплексов и электромеханической секции ученого совета МакНИИ (19В7-1990гопы) и получили положительные оценки. °

Публикации^. По теме диссертации опубликовано II работ, в том числе 2 изобретения.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глаъ и заключения, изложенных на 153 страницах маан-нописного текста, и содержит 25 рисунков,29 таблиц, список литературы из 75 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕШАНИЕ РАБОТЫ

Анаииз отказов систем управления и автоматизации забойных машин показывает, что около 20$ нарушений их работоспособности связаны с откапом коммутационных элементов.

При эксплуатации забойных машин более 30? несчастных случаев от их общего числа на этих машинах вызваны недостатками применяемых систем управления. Неизменность этого показателя в течение послеп-них десяти ль г обуславливает необходимость изучения факторов, влияющих на безопасность при управлении забойными машинами.

Олним из таких факторов является воздействие шахтной воды.

Вопросам обеспечения безопасности при управлении забойными машинами посвящены работы, выполненные учеными и специалистами институтов: ВНИИВЭ* Донавтоматгормаш, Донгипроуглемаш, ДГИ, ДЛИ, ИГД им.А.А.Скочинского, МакНИИ и других организаций.

Анализ „результатов исследований, относящихся к рассматривав-

мой проблеме, позволил установить, что условия эксплуатации и конструкция устройств управления забойными машинами не исключают возможность попадания шахтной воды во внутрь оболочек на контакты коммутационных элементов и присоединительные зажимы этих изделий в результате капежа, случайного погружения в воду или посредством конденсации влаги, имеющейся в окружающем воздухе.

В настоящее время отсутствует методика испытаний изделий шахтной автоматики, регламентирующая программу, и критерии оценки предусмотренной защиты при воздействии шахтной воды» Повысить безопасность эксплуатации забойных машин можно путем применения систем управления, разработка которых выполнена в соответствии с требованиями работоспособности и помехоустойчивости, учитывающими воздействие шахтной воды на коммутационные элементы этих схем.

В соответствии с вышеизложенным, в диссертационной работе поставлены и решены следующие основные задачи:

определить электрохимические характеристики шахтной воды н разработать адекватный ей испытательный раствор;

исследовать изменение безопасных параметров работоспособности схем управления с учетом воздействующего фактора (шахтной воды) и разработать методы оценки и требования безопасности;

разработать методику испытаний устройств управления и автоматизации, предназначенных пля эксплуатации в условиях добычных забоев с повышенной влажностью и опасность^ их обводнения.

Изучение шахтных вод Донбасса позволило установить, что они являются сложными водными растворами, общая минерализация которых изменяется в пределах 500-100000 мг/л, а концентрация водородных ионов (рН), характеризующих реакцию срепы, - от 3 по II. Наибольший улельный вес составляют кахтнда воды с минерализацией от 1000 до 5000 мг/л и рН от 6,5 до 9 (нейтральные). Как показали исследования, эти характеристики являются определяющими факторами электропроводящих сеойств аахтных вод. Для измерения удельной электропроводности шахтных вод разработан способ, основанный на использова-^ нии тока высокой частоты (а.с. 1518'760). Полученные фактические значения удельной электропроводности кахтных еоп находятся в интервале 0,1-12 Ск/м, что характеризует шахтные воды как электролиты преимущественно с высокой электропроводность».

Системный анализ и экспериментальные исследования позволили получить полную характеристику иахтиой воды и обосновать модельный

раствор, адекватный ей по электрохимическим характеристикам (см.таблицу).

Таблица

Весовое содержание солей модельного раствора Наименование солей ^ Расчетное количество,

г/л

Хлористый натрий 51,9

Хлористый калий 13,16

Сернокислый магний 29,72

Хлористый кальций 5,22

В работе предложена гипотеза о линейной зависимости удельной

о

электропроводности шахтных вод от величины их общей минерализации. В результате исследований электрических свойств шахтных вод и модельных растворов от общей минерализации получены уравнения регрессии, которые зля нейтральной среды имеют вип:

Хт = 0,000128СТ + 0,367822 .

1 1 (I)

Э?2 = 0,000133С2 + 0,285823

гпе , jfg - значения, удельной электропроводности шахтных вод и модельного раствора соответственно, См/м;

Cj, Cg - значения общей минерализации шахтных вон и модельных растворов, мг/л.

Адекватность модельного раствора и шахтной воды оценена методами регрессионного анализа путем проверки гипотез об остаточных дисперсиях и значениях коэффициентов и констант уравнения посредством t - критерия при уровне значимости 0,01.

Результаты регрессионного анализа показали, что линии регрес-сиии для шахтной воды и модельного раствора отличаются несущественно, bhd зависимостей <Хх и <36, в обеих генеральных совокупностях можно считать одинаковым, а созданный моделышй раствор адекватен шахтной воде. Это позволило нспоаьзовать разработанный модельный раствор шахтной води дли проведения исследований по оценке работоспособности схем упрапчения забойнымн машинами.

Предложено оценку влияния шахтных вод на защитные функции и работоспособность схем управления забойными машинами производить на основе измерения сопротивления разомкнутого контакта коммутационного элемента, погруженного в воду.

На основе анализа схемных параметров систем управления и ■ конструктивных характеристик коммутационных элементов определены основные факторы, влияющие на сопротивление контакта при воздействии шахтной воды: напряжение питания схем управления (Х^, ток в цепи коммутационного элемента (Х2), зазор межпу контактами коммутационного элемента (Хд), объем шахтной воды (испытательного раствора) (Х4)? пределы их варьирования: Х1е [5,42] В, Х2е [з,Ю0] мА, Х3е [з,10] мм, Х4е [о,3; I] мл.

Опнофакторньгт экспериментами установлено, что зависимости сопротивления контакта от напряжения питания, тока в цепи коммутационного элемента и зазора межпу контактами могут быть представлена следующими линейными функциями:

(?К(ХХ) = 1756,5 - 32,74ХХ (?К(Х2) = 2300,6 - 7674Х2 МХ3) = 41 + 622X3

(2)

С использованием теории планирования эксперимента получена многофакторная математическая модель, связывающая функционально сопротивление контакта с воздействующими факторами:

(/(£<)= 835,8 - 4,5Х1 - 38,5Х2 - 64,7X^2 + 8,9X^3 + 14Х2Х3 -

- 9,5Х2Х4- 57,8X^X3 - 274,9Х1Х2Х4 - 19,ЗХ1Х3Х4 -

- 15Х2Х3Х4 - 24,5Х1Х2Х3Х4 (3)

Анатаз полученной модели позволяет установить, что ограничение тока в цепи органа управления и напряжения питания уменьшает влияние шахтной роды на изменение сопротивления контакта. Опнако практически возможность снижения значений этих факторов ограничена необходимостью обеспечения йункционтгышх и защитных свойств систем управления и работоспособности коммутационных тте'<ентов.

Конструктивный фактор(расстояние межпу контактами)также не может быть изменен в широких пределах из-за ограничения габаритных размеров органов управления, что особенно существенно для переносных пультов.

Наиболее приемлемым пля предотвращения изменения сопротивления контакта является ограничение объема шахтной воды.

Исследования защитных функций схем управления при воздействий шахтной воды на органы управления, проведенные на эксплуатируемой аппаратуре управления, позволили получить временные зависимости сопротивления разомкнутого контакта коммутационного элемента. Анализ этих зависимостей показал, что сопротивление контакта кнопки "пуск" в нейтральной или кислой среде за время t =60 мин. уменьшается до значения, достаточного пля самовключения схемы, за счет писсоциации образованных гидроокисей и солей на ионы. Например, в нейтральной среое происходит накопление ионов ОН" и образование белого проводящего осадка гидроокиси цинка, который создает в растворе "токопроводящий мостик". Значение сопротивления контакта при длительной работе коммутационных элементов в присутствии щелочной шахтной воды стабилизируется, не достигая значений,достаточных для самовключения схемы, в результате образования плохо проводящих осадков закиси мели и окиси цинка, которые распределяются по всем/ раствору.

Как показали исследования,для любого типа коммутационных элементов существует граничное значение объема шахтной воды, при котором возможно нарушение защитных свойств систем управления. Так, экспериментально установлено, что для кнопочных элементов типа КН и НАЗ граничное значение объема шахтной вопы (С=100000 мг/л, рН=б,9) составляет 0,3 мл.

С использованием ЭВМ получены зависимости сопротивления контакта от общей минерализации шахтных воп С, их электропровопности О? и времени * , работы коммутационного элемента в шахтной воде, представленные в виде уравнений регрессий:.

<?к (С) = - 0.0182С + 1594,812 йк (X) = -141^3753Х + 1688,630

= - 25,799901 + 1766,(»94

Для пар переменных установлены следующие функциональные зависимости:

. - 141,3750Х - 25,798И + 2462,5718 "I

Р<(СД)= - 0,0182ОС - 25,79841 + 2368,7519 (

Уравнения плоскости регрессии для пар переменных С, <. ; позволяет определить значения в момент работы

контакта в шахтной воде с минерализацией С; , электропроводностью

. На этой основе разработан метод экспресс-оценки воздействия шахтных вон на коммутационные элементы. Коэффициенты регрессии проверены посредством 1-критерия при уровне значимости 0,05. Таким образом, доказано, что величина сопротивления контакта значимым образом зависит от общей минерализации шахтной воды, ее электропроводности и времени работы коммутационного элемента в шахтной воде.

Опасные состояния систем управления забойными машинами, вызываемые шахтной водой в случае ее попадания на контакты коммутационных элементов, оценены методом математического моделирования на ЭВМ с помощью программного эмулятора, составленного по схеме замещения, в которой исполнительный элемент включен параллельно источнику питания. С помощью теории расчета электрических цепей получёна зависимость тока в цепи исполнительного элемента от значений сопротивления разомкнутого контакта, которое изменяется поп воздействием шахтной воды:

1= а Цп , . (6) 1 * Р&

гпе ис - напряжение источника питания, В;

суммарное сопротивление схемы, Ом; |?к- сопротивление контакта коммутационного элемента, Ом.

Моделирование на ЭВМ опасных состояний (ОС) систем управления, вызываемых шахтной водой в случае ее попадания на контакты коммутационных элементов, позволило установить, что при любых сочетаниях электрических параметров схем управления в существующих на практика пределах варьирования вероятность возникновения опасного состояния, определяющего условия пля возможного самовключения забойных масин, не ниже 10"^. С увеличением тока срабатывания исполнительного эле-

мента вероятность ОС системы управления, вызванных иахтной водой, уменьшается на 20-40% во всем диапазоне варьирования параметров схемы. При воздействии шахтной вопы с минимальной минерализацией (С=1000 мг/л) 70,Ъ% ОС приходится на время функционирования от 45 по 60 мин. Действие шахтной воды с максимальной минерализацией (С=100000 мг/л) проявляется практически на первой минуте работы (90,5% ОС). Ограничением напряжения питания схемы по 5-10 В возможно исключить возникновение опасных состояний систем управления, вызываемых изменением сопротивления контакта под действием шахтной воды. Однако дтгя таких си*;тем необходимо предусматривать дополнительные меры, направленные на повышение помехозащищенности от действия наводок силовых цепей, блуждающих токов и др.

Показано, что повышение безопасности управления забойными машинами с учетом воздействия шахтной воды возможно путем предотвращения ее попадания на контакты коммутационных элементов, что обеспечивается применением оболочек пультов и устройств управления, размещенных в забое, со степенью защиты от внешних воздействий не ниже ЗР67. ...

В результате электрохимических процессов при работе контактов коммутационных элементов в присутствии шахтной воды.происходит перераспределение ионов раствора и металлов, вхопящих в состав . материала контактов, в соответствии с полярностью напряжения питания, то есть происходит заряд гальваноисточника. Процесс формирования гальваноисточника на коммутационных элементах изучен на основе экспериментальных исследований. Выполненные аналитические расчеты в соответствии с теорией планирования эксперимента позволили получить многофакторную модель, связывающую функционально величину ЗДС гальваноисточника с воздействующими факторами: напряжением питания (Хх), током в цепи коммутационного элемента (Х^») и временем заряда источника (Хд):

у (Е) = 1,55 + 0,0319Х1 + 0,0962Х2 + 0,0П8Х3 + 0,021Х1Х2+ .

+ 0,0235Х:Хз + 0,СГ705Х2Х3 + 0,1432Х1Х2Х3 (?)

На основании анализа эксплуатируемой аппаратуры управления установлены области варьирования воздействующих факторов:

[5,42] В, Х2е [з.гоо] мА, Х3€ [5,20] мин.

Анализ полученной мопели показал, что наиболее существенно на величину ЭДС источника влияет ток в цепи коммутационного элемента и одновременное изменение всех факторов.

Экспериментальными исследованиями опреоелены электрические параметры гальваноисточников, образованных на коммутационных элементах в присутствия иахтной воды. Определено, что ЭДС источника изменяется в пределах от I по 2,8 В, внутреннее сопротивление - от 6,5 до 812 Ом, напряжение источника - от 0,3 по 1,2 В, полезная мощность источника от 2 по 14,7 мВт.

При снятия напряжения питания происхопит разряд гальваниисточ-ника, образованного на коммутационном элементе в присутствии шахтной воды. В качестве критерия оценки влияния указанного гальваноисточника на защитные функции систем управления предложено использовать величину тока разряда 1р. Для схем управления, включение которых осуществляется подачей тока через замкнутый контакт органа •управления, нарушение защитных свойств, приводящих к саковключению схем управления, возможно при выполнении условия:

1р £ 1ср , (8)

гяе 1ср - ток срабатывания исполнительного элемента ;

1р - ток разряпа гальваноистсчника,

В результате экспериментальных исследований получены зависимости тока разрлпл от сопротивления внешней цепи 1р( Рр ) при предельных значениях напряжений питания к тока в цепи коммутационного элемента (рисунок) .которые выражаются эмпирическим;! формулами:

1т = 0,02 еур (-0,0008 Кр ) 1

I (9) 12 = 0,05 ехр (-0,0009 ) ]

Полученные зависимости позволяют оценить влияние гальваноисточника при заданных параметрах cxei.ni управления выбрать оптимальные значения параметров схемы с целью исключения влияния санного источника.

Рис.

Зависимость тока разряда гальваноисточника от сопротивления внешней цепи

1 - при ис=5В

2 - при Ц=42В

Как показали исследования, параметры галь ваноиоточниксв, образованных на основе коммутационных ялементов при пспаианин на них шахтной води, достаточно значимы и их влияние на завдтние свойства схем управления предложено учитывать путем, например, стабилизации параметров питания, правильным построением илгоригма пуска машины И т.д.

ЗАКЛИЧЕИЖ

В диссертационной работе дано решение актуальной научной эапачи установления закономерностей изменения параметров электрических цепей управления забойными машитми при воздействии шахтной вопы на коммутационное элементы, вызывающие нарушения защитных свойств и работоспособности аппаратуры, пля разработки метопов оценки и требования безопасности к системам управления указанных машин, использование которых имеет ваулое значение вля угольной промышленности, так как их реализация направлена на снижение травматизма при эксплуатации машин.

Основные выводы, научные и практические результаты работы:

1. Определены причини отрицательного влияния шахтных вод на функционирование аппаратуры управления и автоматизации забойных машин. Показано, что основными из них является снижение сопротивления контакта органов управления и возникновение гапьваноисточников на разомкнутых контактах, что может приводить к саиовключению забойных мчшин.

2. Препложен модельный раствор, адекватный по электрохими-чесьим характеристикам шахтной воде, в качестве испытательной среды для оценки -защитных свойств устройств управления и автоматизации забойных машин. Установлена зависимость удельной электропроводности от величины общей минерализации, которая выражается линейной возрастающей функцией общей минерализации шахтной воды.

3. Разработан способ измерения электропровопности шахтных вод, заключающийся в том, что шахтной водой заполняют электролитическую ячейку с размещенными в ней электродами, помещают ячейку в термостатированную ванну, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерт-ч'-""" перед заполнением ячейки электроды ее закорачивают, из ячейки откачивают воздух, после заполнения ячейки электроды размыкают и измеряют электропроводность в течение времени, не

превышающего 0,5с с момента размыкания.

4. Разработана мнэгофпкторная математическая модель, связывающая Функцию сопротивления разомкнутого контакта коммутационного элемента с воздействующими факторами: напряжением питания схем управления, током в цепи органа управления, расстоянием между контактами коммутационного элемента, объемом шахтной вопы, Использование этой модели позволяет оценить влияние каждого фактора на величину указанного сопротивления и тем самым определить их основные значения, при которых возможно обеспечение безопасности эксплуатации машин в обводненных забоях шахт. Модель получена впервые.

5. Получены уравнения регрессии для сопротивления контакта коммутационного элемента, связывающие функционально общую минерализацию шахтных под, их удельную электропроводность и время работы коммутационного элемента в шахтной воде, позволяющие провести экспресс-оценку опасности воздействия шахтных вод в части нарушения защитных свойств систем управления в результате изменения сопротивления контакта. Уравнения получены впервые.

6. Метопом математического моделирования на ЭШ с помоцью программного эмулятора, составленного по схеме замещения системы управления, определены опасные состояния, при которых возможно евмовклячение машин в результате уменьшения сопротивления разомкнутого контакта включающего элемента под воздействием шахтной воды. Установлено, что при любых сочетаниях электрических параметров схем управления в заданных пределах варьирования существует вероятность возникновения опасного состояния не ниже 10"^.

7. На основании экспериментальных исследований, обработанных

с помощью методов теории планирования эксперимента, установлена многофакторная модель, связывающая функционально ЭДС гальваноисточника, образованного на коммутационном элементе при попадании шахтной вопы, со схемными (напряжение питания, ток в цепи коммутационного элемента) и эксплуатационными (время и условия работы коммутационного элемента в присутствии шахтной воды) факторами, которая позволяет определить весомость каждого фактора в процессе формирования гальваноисточника и возможность регулирования величины ЭДС этого источника путем изменения влияющих факторов. Модель получена впервые.

8. Определены параметры гальваноисточников, образованных на коммутационных элементах при воздействии шахтной воды: ЭДС источника - от I по 2,8 В, внутреннее сопротивление - от 6,5 по 812 Ом, напряжение источника - от 0,8 по 1,2 В, полезная мощность - от 2

по 14,7 мВт. Эти параметры позволяит предъявить требования безопасности к схемам управления. Проведена оценка опасности возникновения гальваноисточника на коммутационном элементе при попадании шахтной воды путем экспериментальных исследований области изменения тока разряда этого источника. Полученные зависимости тока разряда гальваноисточника от сопротивления внешней цепи даст возможность выбрать оптимальные значения параметров схемы с целью исключения опасного влияния данного источника.

9. Обоснованы следующие требования безопасности;

9.1, Оболочки средств автоматизации и пультов управления, размещенные в очистном забое, как правило, должны иметь степень защиты от внешних возпействий (пыли, воды) ЗР67, но не ниже

9.2, Схемами дистанционного упрчвления должны предусматриваться защита от самовюгачения и от потери управления при формировании в цепях управления дополнительных источников энергии напряжением

ао 3 В амплитудного значения постоянного тока на каждом комьутацион-ном элементе при попадании на них шахтной воды (источник гальвано ЭДС). Параметры источников гальвано ЭДС уточняются при испытаниях устройств управления с учетом их конструкции и применяемых материалов. Это требование не обязательно пля устройств, степень защиты от внешних воздействий которых не ниже 7Р67.

9.3. Для формирования командного сообщения на включение машины рекомендуется предусматривать в схеме дистанционного управления сочетание (комбинацию) пвух или более сигналов управления.

10. Разработана методика испытаний устройств управления и автоматизации забойных машин на выполнение защитных функций с учетом влияния шахтной воды, основанная на использовании испытательного раствора, адекватного шахтной воде максимальной минерализации -100000 мг/л, осуществлении контроля сопротивления контакта коммутационного элемента и тока в цепи исполнительного элемента после отключения питания схемы.

11. Результаты выполненных исследований включены в утвержпен-ные Минуглепромом СССР и Госпроматомнадзором СССР "Нормативы по безопасности забойных машин, комплексов и агрегатов", технические задание на аппарат АУЗМ управления забойными машинами (1984г.) и базовую систему программно-организованных средств управления комплексом очистного оборудования (1991г.). Внедрение результатов работы позволяет совершенствовать схемные и конструктивные решения

устройств управления и полностью исключить несчастные случаи по причине потери управления, связанных с воздействием шахтной воды, что определяет социллытй зг^ект выполненной диссертационной работы.

Основные положения диссертации опубликованы в слепующих работах:

1. Бпркалова H.A. Влагозашита органов управления забойными машинами // Безопасная эксплуатация электромеханического оборуповз-ния в шахтах. Сб.научн.трудов - Макеевка-Донбасс, 1908. - С.67-74.

2. Барка нова H.A..Клубкова 11.Ф.,Теребило B.C. Оценка параметров работоспособности схем управления зпбойними машинами при воздействии шахтной води // Безопасная эксплуатация электромеханического обо-рупогания в шахтах. Сб.научн.трудов,- Макеевка-Донбасс, 1987.-С.38-46.

3. Еоркаюса H.A..Егорова Л.Л. 0 влиянии шахтной воды на защитные свойства схем управления забойными машинами // Способы

и сродства безопасной эксплуатации электромеханического оборудования п шахтах. Сб.научн.трудов.- Макеевка-Донбасс, 1984.- С.40-43.

4. Егорова Л.А.,Блркаловп H.A..Теребило B.C. Параметры источников гальвано-одс нп контактных элементах схем управления забойными машинами // Безопасная эксплуатация электромеханического оборудования в шахтах. Сб.научн.трудов.- Макеевка-Донбасс, 1987.-С.51-58.

5. Муфель Л.Л.,Баркзлопа Н.А.Деребии B.C.,Клубкова Н.Ф, Состав и свойства шахтных вод Донбасса // Безопасность трупа в промышленности. - 1990.- JP 9 - С.37.

6. Бпркалова H.A. Требования к защитным функциям схем управления забойными машинами с учетом влияния шахтной воды // Безопасная эксплуатация электромеханического оборудования в шахтах. Сб.научн. трудов,- Мэкеерка-Донбэсс, 1989.- С.33-35.

7. Колосюк В.П.,Муфель Л,А. ,Бэр;;алова H.A. Эксплуатационные характеристики шохтных вод Донбасса. Экспрессинфорчация: ЦНИЭИуголь, М. -19 10.- 20 с.

Г, Муфель Л.А.,Диденко В.В.»Баркалова H.A. Формирование дополните- ьных источников энергии в схемах управления забойными машинами //Безопасность труда в промышленности.- 1991 5.-С.30-32.

9. Баркалова H.A. Математическое моделирование опасных состояний систем управления забойными машинами, вызываемых действием шахтной води // Безопасная эксплуатация электромеханического оборудования в шахтах. Сб.научн.трудов.- Макеевка/Донбасс.К90.-С.56-63.