Разработка системы электронного мониторинга состояния приконтурного массива пород горных выработок

Статья посвящена результатам выполнения научно-исследовательской работы по теме «Разработка системы электронного мониторинга состояния приконтурного массива пород горных выработок». Приводятся результаты разработки и испытаний «Системы…». Отражена актуальность её применения в производстве.

ВВЕДЕНИЕ

«Правила безопасности в угольных шахтах сер. 05-40, 2014. — 200 с» [1, 3] обязывают оборудовать шахты электронными и программируемыми системами контроля состояния горного массива. В настоящее время контроль состояния горного массива, на угольных шахтах Российской Федерации ведётся посредством установки и мониторинга механических индивидуальных станций контроля смещений пород кровли типа РГ [2].
У применяемых средств контроля имеется ряд недостатков, таких как:
— отсутствие возможности дистанционно передавать сигнал о смещениях пород кровли на поверхность (в связи с этим отсутствует оперативность определения места возможной аварии);
— смещения на индивидуальных станциях возможно зафиксировать только путём визуального контроля на месте их монтажа — специалист должен выполнять ежесменный обход по всей сети горных выработок и фиксировать изменения, на поверхности заносить их в журнал и анализировать прирост смещений, величины и скорости деформаций пород и крепи;
— присутствие человеческого фактора при снятии замеров в случаях, если отсутствует прямой доступ к станции контроля или снятие показаний производят разные специалисты.
В 2014 году сотрудником компании ООО «РАНК 2» на конкурсе «УМНИК» был представлен проект «Разработка системы электронного мониторинга состояния приконтурного массива пород горных выработок» (далее — «Система…») и, как один из победителей, получил финансовую поддержку от Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (Фонда содействия инновациям).
Цель проекта — совершенствование технологии контроля безопасного состояния подземных горных выработок; повышение безопасности ведения горных работ посредством оперативного определения места предполагаемой «аварии» — возможного обрушения пород кровли; оперативное оповещение рабочих, находящихся в горных выработках, на участках возможных обрушений пород кровли, а также ИТР шахты о необходимости разработки специальных мероприятий; автоматизация процесса контроля смещений пород кровли.

ОСНОВНОЙ РАЗДЕЛ

В настоящее время все этапы разработки проекта завершены. Получено решение о выдаче патента на полезную модель от 24.03.2017 г.
Разработанные комплектующие «Системы…» в рамках научно-исследовательской работы объединены в единую архитектуру (рис. 1). Все комплектующие соответствуют требованиям ГОСТ12.2.020-76 [4].
Архитектура «Системы…» состоит из множества датчиков контроля смещений, подключённых к единой кабельной сети посредством установки блоков разветвителей (БР). На протяжении кабельной сети монтируются усилители для оперативной передачи сигнала о смещениях.
Кабельная сеть имеет выход на поверхность непосредственно к удалённому пульту диспетчера, на котором установлено программное обеспечение, имеющее возможность обработки сигнала и определения порогов смещения.

Основным комплектующим «Системы…», определяющим качество и эффективность её работы, является датчик контроля смещений (рис. 2).
Разработанный датчик контроля состоит из двух частей: расходная часть (реперы) и блок измерения смещений (БИС). Разработанная конструкция БИС предусматривает возможность его демонтажа и повторного использования.
БИС контролирует состояние массива пород кровли следующим образом: смещение репера №2 относительно базового репера №1, и смещение репера №3 относительно промежуточного репера №2. За «стандарт» возможно принять пороги смещений с параметрами: допустимые — от 1 мм до 25 мм, опасные — от 25 мм до 50 мм, критические — от 50 мм до 75 мм. Данный «стандарт» применяется как для перемещения второго репера относительно первого, так и для перемещения третьего репера относительно второго, также третьего репера относительно БИС. Параметры задания допустимых, опасных и критических порогов смещения реперов возможно изменять конкретно для каждых контрольных точек. Вышеуказанные состояния индицируются световыми сигналами: «допустимые» — зелёный сигнал, «опасные» — жёлтый, «критические» — красный. Состояние «критические» дополнительно сопровождается звуковым сигналом. Обнаруженные смещения, превышающие пороговые, индицируются световой и звуковой сигнализацией как непосредственно на блоке БИС, так и на удаленный пульт диспетчера (УПД).
Программное обеспечение, устанавливаемое на ПК, разработано и адаптировано под ОС Windows и позволяет отслеживать величину смещений в режиме реального времени (рис. 3).
Программное обеспечение позволяет настроить диапазон длины уровней предупреждения (рис. 4). Все настройки, установленные при помощи компьютера, передаются датчику, что обеспечивает его автономную работу. Полученное с датчиков значение смещения в миллиметрах программное обеспечение сравнивает с заданными диапазонами, и, в зависимости от того, в какой диапазон измеренное значение входит, на датчике отображается соответствующая световая индикация зелёного, жёлтого или красного цвета. При достижении аварийного диапазона датчик включает звуковую сигнализацию.
Все значения датчиков записываются. Историю этих значений во времени можно просматривать на графике (рисунок 5).

ВЫВОДЫ

Разработанная современная система электронного мониторинга состояния приконтурного массива пород горных выработок предназначена для контроля состояния подземных горных выработок посредством оперативного определения места предполагаемой «аварии» (возможного обрушения пород кровли) и дистанционной передачи данных на поверхность.
Применение данной «Системы…» гарантированно позволит сократить количество аварийных инцидентов, связанных с обрушением пород кровли, снизить уровень травматизма, значительно повысить уровень безопасности ведения подземных горных работ и в целом эксплуатации опасного производственного объекта.

Список литературы

1. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности в угольных шахтах». Серия 05. Выпуск 40. – М.: Закрытое акционерное общество «Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности», 2014. – 200 с.
2. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Инструкция по расчёту и применению анкерной крепи на угольных шахтах». Серия 05. Выпуск 42. – М.: Закрытое акционерное общество «Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности», 2015. – 186 с.
3. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых». Серия 03. Выпуск 78. — М.: Закрытое акционерное общество «Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности», 2016. — 276 с.
4. ГОСТ 12.2.020-76 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Электрооборудование взрывозащищенное. Термины и определения. Классификация. Маркировка (с Изменениями № 1, 2). М.: ИПК Издательство стандартов, 1996. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200003836 (дата обращения: 12.07.2017).

Текст:
Дамир Заятдинов, директор по перспективному развитию ООО «РАНК 2»,
Максим Лысенко, директор по научной работе ООО «РАНК 2»,
Александр Позолотин, к.т.н., зам. генерального директора
по научно-технологическим проектам ООО «РАНК 2»