Разработка портативной системы мониторинга нагрузок на секции механизированной крепи очистного забоя

Аушев Евгений Викторович — Ведущий специалист по научно-исследовательской работе ООО «РАНК 2»

Лысенко Максим Владимирович — Заместитель директора по научной работе ООО «РАНК 2»

Позолотин Александр Сергеевич — Кандидат технических наук, заместитель генерального директора по научно-технологическим проектам ООО «РАНК 2»

Заятдинов Дамир Фанисович — Директор по перспективному развитию ООО «РАНК 2»

Разработка портативной системы мониторинга нагрузок на секции механизированной крепи очистного забоя

Ключевые слова: портативная система мониторинга, датчик давления, шаги обрушения, основная кровля, очистной забой, демонтажная камера, предварительно пройденная демонтажная камера, геомеханика.

Сердцем современной угольной шахты является механизированный очистной забой, он концентрирует на себе большое количество материально-технических затрат и является потенциальным источником опасности для персонала шахты. От его бесперебойной и эффективной работы зависит благосостояние всего предприятия.

На угольных предприятиях всегда актуальными остаются вопросы повышения уровня безопасности труда, снижения материальных затрат, увеличения эффективности и производительности. Часто эти вопросы тесно связаны друг с другом.

С целью обеспечения безопасности ведения горных работ и оптимизации работы механизированного очистного забоя ООО «РАНК 2» выполняет научно-исследовательские работы по геомеханическому сопровождению очистных работ, которые включают в себя измерение фактических нагрузок на крепь, определение фактических шагов обрушения пород кровли.

До недавнего времени научно-исследовательские работы по геомеханическому сопровождению выполнялись с использованием приборов типа СПН — самопишущих манометров, разработанных в 1970 г. экспериментальным заводом КузНИУИ. На сегодняшний день самописец «СПН» морально устарел и обладает рядом недостатков, усложняющих его использование, наиболее критичными из которых являются:

  • малое время автономной работы (до 7 суток);

  • внушительные габариты;

  • низкая отказоустойчивость из-за отсутствия защиты от воздействия внешних факторов;

  • получение информации в аналоговом виде на бумажном носителе (рис. 1), в связи с чем обработка полученных данных достаточно трудоемка и требует их оцифровки, при этом сами данные обладают сравнительно низкой точностью и недостаточной информативностью.

Учитывая вышеизложенное, специалисты компании задались целью усовершенствовать существующее оборудование. В 2015 году специалистами ООО «РАНК 2» на конкурсе «УМНИК» был представлен проект разработки портативной системы мониторинга нагрузок на секции механизированной крепи очистного забоя (далее — Система). Как один из победителей, проект получил финансовую поддержку от Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (Фонд содействия инновациям). Цель проекта — повышение качества геомеханических научно-технических исследований за счет разработки комплекта современных портативных устройств мониторинга нагрузок на механизированную крепь.

В настоящее время все этапы реализации проекта завершены:

  • разработаны компоненты Системы (датчики давления, устройство считывания и переноса информации, устройство сопряжения с ПК);

  • разработаны алгоритмы работы датчиков давления;

  • проведены лабораторные и промышленные испытания устройств.

Ключевыми устройствами Системы являются автономные беспроводные датчики давления, подключаемые к гидравлической системе стоек механизированной крепи очистного забоя. В базовом оснащении Система комплектуется пятью датчиками давления, однако при необходимости (в сложных горно-геологических условиях, при большой длине очистного забоя и другое) возможно одновременное использование большего количества датчиков.

Сравнение технических характеристик датчиков Системы и прибора СПН представлено в таблице 1.

Таблица 1 — Сравнительная таблица датчиков портативной системы мониторинга нагрузок на секции механизированной крепи очистного забоя и прибора СПН

Параметры

СПН

Датчик давления Системы

Диапазон измерений, МПа

0 - 55

0 - 60

Время автономной работы, сут.

до 7

не менее 270

Защита от пыли и влаги

нет

IP54

Тип предоставляемой информации

Аналоговый (график на бумаге, см. рис.1)

Цифровой (числовые параметры с возможностью импорта в Excel (рис.2)

Взрывозащита, уровень

Не требуется (прибор механический)

Есть, PO Exial

Габариты (ДхВхШ), мм

220х130х130

100х56х56

Масса, кг.

5,2

0,4


В процессе работы датчики давления с заданной периодичностью фиксируют изменения давления в гидравлической системе стоек механизированной крепи и увязывают их со временем.

Основными преимуществами Системы являются следующие:

  • снятие показаний с датчиков давления и синхронизация их параметров выполняются с помощью устройства считывания и переноса информации, получающего данные по беспроводному соединению;

  • во время снятия показаний не происходит вмешательства в работу датчика, а вся процедура занимает не более минуты;

  • после снятия показаний со всех датчиков устройство считывания и переноса информации посредством устройства сопряжения подключается к ПК, где происходят дальнейшая обработка и анализ данных мониторинга;

  • все необходимые данные выводятся на монитор компьютера как в виде графика (см. рис. 2), так и в табличном виде с возможностью детального анализа полученной информации.


Рисунок 1. Фрагмент показаний прибора СПН

Рисунок 2. Фрагмент показаний датчика давления разработанной портативной системы мониторинга нагрузок на секции механизированной крепи очистного забоя

Выполняемые ООО «РАНК 2» научно-исследовательские работы по геомеханическому сопровождению при разработке угольных пластов длинными столбами по простиранию являются основой для применения ряда технологических решений по оптимизации процессов работы механизированного очистного забоя:

  • определение величины зависания пород основной кровли и разработка мер по её своевременному разупрочнению (посадке) с применением направленного гидроразрыва или торпедирования;

  • определение рационального месторасположения границ остановки очистного забоя (под демонтаж), при котором работы по демонтажу очистного комплекса не будут осложнены повышенными проявлениями горного давления из-за расположения выработки в зоне обрушения кровли;

  • повышение эффективности технологии демонтажа за счет применения предварительно пройденной демонтажной камеры, проводимой в зоне разгрузки;

  • оптимизация параметров крепи демонтажной камеры с учетом фактических нагрузок на крепь при демонтаже;

  • разработка мероприятий по переезду разрезных выработок (с учетом накопленного опыта по определению фактических шагов обрушения кровли);

  • научное сопровождение процесса переезда механизированным комплексом разрывных нарушений с оперативной выдачей рекомендаций по безопасному поддержанию горных выработок в опасных зонах;

  • определение фактических параметров зон опорного давления по выемочным штрекам в период отработки лавы и определение параметров опережающего усиления этих выработок;

  • анализ фактических нагрузок на крепь механизированного комплекса при отработке лавы и разработка рекомендаций по подбору механизированной крепи в соответствии с выявленными нагрузками.

ВЫВОДЫ

Разработанная портативная система мониторинга нагрузок на секции механизированной крепи очистного забоя предназначена для выполнения научно-исследовательских работ по изучению геомеханических процессов, протекающих при ведении очистных работ.

Использование результатов НИР по изучению геомеханических процессов, уникальных для каждого месторождения, позволяет разработать и применять оптимальные технологические решения для очистных и монтажно-демонтажных работ. Это способствует увеличению их производительности и эффективности, снижению материально-технических затрат, сокращению времени простоя очистного механизированного комплекса, а также повышению уровня производственной безопасности при выполнении этих работ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности. Правила безопасности в угольных шахтах сер. 05-40 пр. 19.01.13 №590, 2013 г.

  2. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», N 116-ФЗ, от 21.07.1997 г.

  3. Временное руководство по расчету первичного и последующего шагов обрушения пород кровли при разработке угольных пластов длинными столбами по простиранию в условиях Кузбасса/ — Кемерово: ВостНИИ. — 1973. — 22 с.

  4. Методика проведения работ по фактическому определению шага осадки кровли при отработке выемочного участка №14/ Заятдинов Д.Ф., Позолотин А.С., Лысенко М.В.// — Кемерово: ООО «РАНК 2» — 2014. — 10 с.