Луч света в тёмном царстве: современные головные шахтные светильники

Слово «коногонка» в значении головной светильник сегодня уже употребляют редко. Считается, что именно коногоны, рабочие, сопровождающие конную откатку, первыми начали носить шахтёрский светильник на защитном головном уборе. Современные светильники по сравнению с коногонками вековой давности — это просто торжество прогресса.

Батарею — на пояс, самоспасатель — через плечо, фонарь — на каску. Так горняки собираются на каждую свою рабочую смену. В первую очередь налобный фонарь — это, конечно, осветительный прибор: есть в шахте участки, где только он и освещает путь. К тому же это резервный источник света. Но современные светильники умеют куда больше, и, говорят производители оборудования, нынышние их возможности — это ещё не предел.

В целом, отмечает заместитель директора по развитию АО НВИЦ «Радиус» Руслан Смирнов, шахтные головные светильники не зря называют индивидуальными, ведь, по большому счёту, функционал светильника диктует заказчик в зависимости от стоящих перед ним задач, уже имеющейся освещённости рабочего места и прочее. Но есть элементы, которые уже стали обязательными.

«Современный шахтный головной светильник — это сложное электронное устройство, которое объединяет в себе функционал самых разных технических средств, необходимых для обеспечения безопасности и облегчения труда работников шахты. Освещение рабочего места, аэрогазовый контроль, двухсторонняя связь с диспетчером, позиционирование, фото- и видеофиксация событий — вот далеко не полный перечень возможностей этого устройства», — говорит директор по развитию ООО НПФ «ГРАНЧ» Алексей Орёл.

Освещение и…

Практически все современные светильники оснащены меткой позиционирования. Хотя, уточняет Руслан Смирнов, федеральные нормы и правила сегодня требуют именно наличия самой метки, а вот регламентированное место её установки в нормативах не прописано.

«На многих предприятиях до сих пор метка размещается на каске горнорабочего или крепится к элементу одежды. С моей точки зрения, это непрактично и небезопасно.

А вот место установки элементов системы аварийного оповещения и поиска в завалах чётко прописано в правилах безопасности: «Для оповещения лиц, занятых на подземных горных работах, кроме телефонной связи должна быть оборудована беспроводная сигнализация аварийного оповещения, встроенная в индивидуальный аккумуляторный светильник», — комментирует Руслан Смирнов.

Ещё одна «суперспособность» современного головного светильника — аэрогазовый контроль в режиме реального времени.

«Содержание в воздухе опасных газов (метан, угарный газ и др.) не только непрерывно отслеживается каждым светильником, но и передаётся в систему управления шахтой. Полученная информация при анализе и обобщении способна дать ясную картину аэрогазового состояния как отдельных участков, так и всей шахты в целом.

Светильники снабжены функцией индивидуального оповещения, поэтому в случае повышения концентраций опасных газов сверх допустимых пределов шахтёр получает сигнал тревоги, в каком бы месте шахты он ни находился», — объясняет Алексей Орёл.

Директор по развитию ООО НПФ «ГРАНЧ» отмечает, что сканирующий газовый контроль с применением головных аккумуляторных светильников пока не имеет широкого распространения, поскольку для его реализации требуется не только хороший светильник (и это первое ограничение распространения технологии), но и инфраструктура беспроводной связи, свойственная современным системам позиционирования из состава МФСБ.

Как смартфон

Что ещё? На самом деле нет предела совершенству. Например, именно в светильник может быть встроена метка системы «Антинаезд», которая предотвращает опасное сближение двух элементов шахтной техники или техники и человека. То есть система фиксирует не самих шахтёров, а именно налобные фонари. Возможно, говорит Руслан Смирнов, внедрить и функцию «пейджера», то есть приёма текстовых сообщений, но такое явление на российских шахтах сегодня — редкость. В новейшие образцы можно даже видеорегистратор встроить, отмечает технический директор ЗАО «ПО «Электроточприбор»Антон Бородин.

В целом у производителей есть широкие возможности. Вопрос в том, какие дополнительные возможности светильника нужны самому шахтёру. Руслан Смирнов подчёркивает: задачи по расширению функционала светильника ставит заказчик, «пустое» устройство сейчас никому не нужно.

«Шахтный головной светильник — это многофункциональное индивидуальное устройство. Но важно помнить, что это устройство должно быть ещё и удобным. И здесь производители собирают мнения пользователей. Когда мы только начали выпускать светильники в 2014 году, после первой поставки наш заказчик сформировал перечень пожеланий, и светильник, который мы создали на его основе, оказался настолько удачным, что ушёл в серию и производили мы его вплоть до 2020 года. А в прошлом году провели большую модернизацию нашей линейки», — рассказал Руслан Смирнов.

Специалисты отрасли уверены, что шахтный светильник ждёт дальнейшее расширение функционала — это один из фундаментальных законов развития техники. Алексей Орёл привёл в пример сотовый телефон, который дорос до смартфона, превратившись из простого средства голосовой связи в очень компактный, но мощный центр обмена, обработки и хранения самой разнообразной информации.

«По тому же пути идёт и развитие шахтного светильника. Сегодня он объединяет в себе несколько независимых систем, о которых уже говорилось выше. По всей вероятности, дальнейшее развитие шахтных светильников будет идти в сторону наделения их функциями искусственного интеллекта (распознавание опасностей, оптимизация совместной работы шахтеров, контроль физиологических параметров человека и т. п.), — счит г-н Орёл.

«Конечно же, в рамках конкурентной борьбы производители головных светильников не прекращают искать пути усовершенствования своих изделий. Однако к расширению функционала светильника следует подходить с осторожностью, тщательно анализировать целесообразность введения новых опций. Дополнительные возможности не должны реализовываться в ущерб основной функции, а также должны отвечать требованиям потребителя. Насколько необходима та или иная функция, в итоге покажет опыт эксплуатации», — уверен Антон Бородин.

«В настоящее время производители светильников стремятся дополнить функционал светильника. Кроме стандартных на сегодняшний день функций предлагают новые: контроль содержания нескольких газов в атмосфере (кроме метана — кислород, оксид углерода, углекислый газ и другие), передача и прием текстовых сообщений, встроенные в светильник видеокамеры.

В современных условиях освещение рабочего места у индивидуальных головных светильников перестало являться основной функцией, поэтому у многих производителей светильники уже называются «сигнализаторами метана, совмещёнными с головными светильниками» или «устройствами оповещения с функцией светильника», — отмечает механик участка «Аэрологическая безопасность» ЦОФ «Щедрухинская» Юрий Михтеев.

Больше функций — больше габариты?

Но тут есть один нюанс. Светильник, как все помнят, головной, то есть его габариты невозможно увеличивать до бесконечности. Устройство должно быть функциональным и при этом удобным, ведь шахтёр целую смену носит его на себе. Этот баланс, уверен Антон Бородин, можно соблюсти, только если разработка ведется в тесном сотрудничестве со специалистами горнодобывающего предприятия.

В целом Антон Валерьевич уточняет, что новые возможности светильника не всегда подразумевают большие размеры. Например, три года назад ПО «Электроточприбор» в рамках очередной модернизации головных светильников добавило функцию индикации уровня заряда батареи светильников, доработав ПО и использовав уже имеющийся в фаре набор светодиодов. Габариты изделия не изменились. А вот встраивание в фару светильника метки точного позиционирования, о которой мы говорили выше, потребовало изменения конструкции, а заодно и размеров готового изделия.

«Введение дополнительных функций чаще всего требует увеличения некоторого ресурса в системе (установка дополнительного элемента, модуля или блока, повышение вычислительной мощности, запаса энергии). Но при этом нельзя забывать, что шахтный светильник — это всего лишь вспомогательный инструмент для выполнения основной работы.

Чем меньше его масса и габариты, тем больше удобства и свободы в профессиональной деятельности имеет подземный рабочий, находясь в достточно сложных условиях шахты. Здесь важно соблюсти разумный баланс между функциональностью и удобством пользования», — уверен Алексей Орёл.

Но специалисты НПФ «ГРАНЧ» напоминают, что развитие техники идёт по пути последовательного перехода с макро- на мини- и далее на микроуровень. В этом свете логично ожидать дальнейшего расширения функционала и улучшения характеристик шахтных светильников при одновременном уменьшении их массогабаритных показателей.

По часам

И ещё один момент. Шахтные светильники — оборудование аккумуляторное. Если продолжать аналогию со смартфоном, то, как всем известно, чем более «умным» становится телефон, тем меньше он держит зарядку. А с учётом того, что на современный светильник возлагаются ещё и функции обеспечения безопасности шахтёра, продолжительность его работы имеет принципиальное значение.

Алексей Орёл обращает внимание на то, что в современных нормативах не оговаривается минимальное время работы светильника именно как источника света. Но это вовсе не означает, что производители могут выпускать продукцию с произвольными характеристиками.

«Шахтный светильник является частью системы определения местоположения, то есть на него распространяются требования, предъявляемые к системе поиска и обнаружения людей, застигнутых аварией. То есть поисковый модуль, установленный в светильнике, должен работать не менее 36 часов после аварии. С учётом того, что авария может произойти в любое время, после работы светильника в течение смены (8 часов) запаса энергии в источнике питания должно хватить на 36 часов работы поискового модуля», — говорит г-н Орёл.

«Производители стремятся продлить время работы светильника. Это становится возможным благодаря двум факторам: увеличению эффективности светодиода, используемого для освещения, и увеличению удельной ёмкости современных аккумуляторных батарей.

Первый фактор позволяет уменьшить рабочий ток, второй — использовать батареи большей ёмкости, не увеличивая при этом габариты и массу блока питания. Питание радиоблоков многофункциональной системы безопасности, встраиваемых в светильник, должно осуществляться по отдельному каналу. Это позволяет обеспечить их работоспособность даже при коротком замыкании в шнуре светильника или в фаре», — говорит Антон Бородин.

Алексей Орёл напоминает, что есть два способа заставить светильник работать дольше. Первый — уменьшить потребляемую мощность, второй — увеличить ёмкость аккумуляторов.

«Современные электронные компоненты (модули, микросхемы) имеют ярко выраженную тенденцию к уменьшению потребляемой мощности, соответственно, применяя более новые электронные компоненты, можно добиться увеличения времени работы при тех же самых показателях ёмкости источника питания.

С другой стороны, индустрия производства аккумуляторов следует по пути увеличения удельной энергии аккумуляторных батарей, что означает постоянный рост массоэнергетических показателей аккумуляторов. Другими словами, масса и объём аккумуляторной батареи уменьшаются, но при этом ёмкость батареи увеличивается. Исходя из указанных закономерностей, производитель подбирает оптимальное решение», — говорит Алексей Орёл.

А ещё наши эксперты отмечают, что в последние годы смены в российских угольных шахтах увеличиваются с 6 часов до 8. Логика ясна: таким образом удаётся оптимизировать время на дорогу от клети до места ведения горных работ в шахте и от места проживания горняка до самого предприятия. Такая тенденция заставляет производителей шахтных светильников искать способы продлить время работы оборудования.

Что нам светит

Ну и напоследок вернёмся к исходной задаче приборов — освещению рабочего места шахтёра. Несколько лет назад в отрасли произошли очень важные изменения: лампы накаливания в шахтёрских фонарях сменили светодиоды.

«В современных шахтных светильниках в качестве источников света используются сверхъяркие светодиоды, которые по надежности, экономичности, безопасности значительно превосходят применявшиеся ранее лампы. К этому решению пришли все производители шахтных светильников», — говорит Алексей Орёл.

«Думаю, что все уже пришли к светодиодным фарам. У них много преимуществ: меньше потребление, ярче свечение, больше ресурс наработки на отказ», — соглашается Руслан Смирнов.

«В качестве источника света на сегодняшний день все производители выбирают светодиоды. Таким образом удаётся достичь значительного увеличения освещенности рабочего пространства по сравнению с лампами накаливания, которые применялись ранее, а также снизить вес и габариты светильника», — поддерживает Юрий Михтеев.

«Производители используют твердотельный источник света — светодиод, и здесь идут постоянные усовершенствования: увеличивается соотношение светового потока к потребляемому току, следовательно, и продолжительность работы светильника», — отмечает директор по развитию ТОО Alpha-Safety Денис Коломыцев.

То есть нельзя сказать, что здесь между участниками рынка нет конкуренции. Поиск лучшего решения всё равно продолжается, правда, уже в узком поле светодиодного освещения. И производители ищут интересные решения, способные привлечь покупателя. Например, использовать в одном светильнике несколько режимов фокусировки или внедрять отражатели с неравномерной пространственной диаграммой яркости для уменьшения слепящего воздействия.

Антон Бородин, технический директор ЗАО «ПО «Электроточприбор»

«Сегодня шахтные головные светильники — это многофункциональные изделия, и помимо освещения в них заложены дополнительно функции, обеспечивающие безопасность горняков: измерение концентрации метана с помощью встроенного датчика и сигнализация об опасности, получение сигналов оповещения, выдача сигналов позиционирования и аварийного поиска (с помощью встроенных радиометок). Светильник стал неотъемлемым элементом многофункциональной системы безопасности шахты».

Руслан Смирнов, заместитель директора по развитию АО НВИЦ «Радиус»

«Светильник по определению не должен светить меньше смены. Исходя из нынешней ситуации, желательно, чтобы в основном режиме свечения он мог проработать почти две смены. Мы при выпуске своих светильников ориентируемся всегда на цифры старого регламента на 36 часов (но не относительно свечения, а относительно работы системы поиска). Светильник должен посылать сигнал SOS даже после того, как основное освещение будет отключено. Метка системы позиционирования обычно отключается с окончанием заряда АКБ, но если на светильнике просто принудительно выключить освещение, все функции сохранят работоспособными».

Сергей Коломыцев, директор по развитию ТОО Alpha-Safety

«С учетом того, что в настоящее время при подземных способах добычи полезных ископаемых большое внимание уделяется вопросам безопасности, применение метки позиционирования, приемников аварийного оповещения, «маяков» для поиска горнорабочих в завалах становится неотъемлемым атрибутом шахтного головного светильника. Светильники могут принимать текстовые сообщения от диспетчера шахты или рудника, которые индицируются на цифровом табло, встроенном в корпус светильника.

Горнорабочий может подать сигнал SOS диспетчеру. Большинство головных светильников в угольных шахтах оснащены сигнализаторами метана. Отдельные модели светильников, кроме контроля метана, позволяют следить за концентрацией двуокиси углерода, температурой и передавать показания на поверхность в режиме реального времени».

Алексей Орёл, директор по развитию ООО НПФ «ГРАНЧ»

«Главной особенностью взрывозащищённых шахтных светильников является их способность длительное время работать в среде, опасной по газу и пыли, без риска создать условия для воспламенения и взрыва. Естественно, что для обеспечения такого уровня безопасности применяются сложные технические решения, а сами светильники должны удовлетворять специальным требованиям, описанным в ГОСТах и иных документах. Любое шахтное оборудование, в том числе и светильники, для допуска к работе в условиях шахты должно пройти экспертизу и получить сертификат соответствия».

Юрий Михтеев, механик участка «Аэрологическая безопасность» ЦОФ «Щедрухинская»

«На наших объектах мы используем светильники взрывобезопасные головные СВГ ЛУЧ-3М и СВГ ЛУЧ-2М. Они предназначены для использования в качестве индивидуального осветительного прибора в подземных выработках угольных шахт и рудников, в том числе опасных по газу и пыли, где допускается использование головных светильников только с уровнем взрывозащиты «РО».

Взрывозащита светильника достигается взрывонепроницаемостью сопряжения элементов фары и корпуса блока аккумуляторной батареи с крышкой и механической прочностью корпусных деталей. Искробезопасность электрических цепей светильника и защита от токов короткого замыкания обеспечивает электронное предохранительное устройство, выполненное в виде неразборного модуля, установленного под крышкой блока аккумуляторной батареи.

Светильники СВГ ЛУЧ-3М и СВГ ЛУЧ-2М оснащены сигнализатором метана «Сигмет», он предназначен для подачи звуковой сигнализации при превышении концентраций метана установленного уровня. В светильник может быть установлено специальное двухслойное защитное стекло, поликарбонатная основа которого обеспечивает высокую ударопрочность, а внешнее силикатное стекло защищает от царапин.

На шахте все светильники оснащены радиометками системы определения местоположения и аварийного оповещения (СУБР-02СМ), а также локационным передатчиком PGLR, системы поиска людей MinSearch. Схема подключения данных устройств выполняется таким образом, что даже при отключении источника света они остаются в рабочем состоянии и выполняют свои функции».

Текст: Кира Истратова