В статье дан анализ принципов построения систем аэрогазовой защиты, обеспечивающих безопасность ведения подземных горных работ на шахтах Кузбасса, опасных по выбросам газа и пыли.
В Кемеровской области ведется активная разработка месторождений каменного угля подземным способом. Угольные шахты являются объектами, опасными по выбросам метана и угольной пыли. Стремление повысить производительность очистного забоя за счёт увеличения размеров выемочных полей, применения мощных комбайнов неизбежно создаёт объективные предпосылки для возникновения аварийных ситуаций аэрологического характера. Повышение содержания метана в воздухе является причиной взрывов, обрушений пород и пожаров. Для обеспечения безопасности горных работ предназначена система аэрогазовой защиты. Принцип её действия основывается на непрерывном контроле концентрации метана в подземных горных выработках, фиксации концентрации газа, автоматической подаче команд на обесточивание оборудования, находящегося в опасной зоне, включение аварийной сигнализации и введение дополнительных средств проветривания и разгазирования аварийного участка. Такая система обязательно имеет в своём составе стационарные датчики, которые устанавливаются в местах контроля метана; сигнализацию для оповещения работников об аварии; подземно-вычислительные устройства для контроля, в случае аварии — отключения электрооборудования, находящегося в зоне выброса газа.
На сегодняшний день существует достаточное количество газоаналитических рудничных систем, предназначенных для непрерывного измерения параметров состояния промышленных и горно-технологических объектов. Формы реализации таких информационно-управляющих систем могут быть различными (АСУТП, АСДУ и др.). На шахтах Кузбасса применяется разработанная фирмой «ИнГорТех» информационно-управляющая газоаналитическая система «Микон-1Р». В основу построения системы «Микон 1Р» положены следующие системотехнические принципы:
- соответствие государственным стандартам и требованиям по безопасности;
- высокая надежность технических и программных средств;
- использование методов цифровой передачи, обработки и хранения информации;
- многоуровневость и распределенность;
- «совместимость вниз» с существующими техническими средствами;
- «совместимость вверх» с существующими и перспективными информационными системами;
- использование стандартных аппаратных и программных средств, интерфейсов и протоколов связи;
- простота и непрерывность аппаратного, алгоритмического и программного расширения и модернизации;
- возможность оперативного и интерактивного создания и изменения службой эксплуатации конфигурации информационно — управляющих систем, построенных на основе системы.
Система состоит из наземной и подземной части:
- наземная часть представляет собой совокупность устройств, предназначенных для сбора, передачи, обработки и отображения информации;
- подземная часть предназначена для решения задач контроля параметров шахтной атмосферы и управления основными и вспомогательными технологическими процессами в подземных горных выработках.
В состав «Микон-1Р» входят наземное устройство приема и передачи информации FED/P (НУППИ) с барьером искробезопасности BX1P (БИБ) и подземные вычислительные устройства VAL101P (ПВУ). НУППИ предназначено для преобразования частотно-модулированного сигнала, используемого для передачи данных и команд между подземными вычислительными устройствами (ПВУ) и наземным компьютерным комплексом, в цифровой код и цифрового кода в модулированный сигнал, а также выполняет роль наземного модемного устройства и промежуточного буфера при передаче данных между ПВУ и наземным компьютерным комплексом. ПВУ является самостоятельным перепрограммируемым микропроцессорным устройством. Благодаря этому на базе «Микон-1Р» могут быть реализованы практически любые алгоритмы сбора использования и преобразования информации. ПВУ характеризуется высокой производительностью, низкой энергоемкостью, модульной конструкцией.
Комплектующие элементы (датчики) и программно-аппаратурные средства комплекса постоянно совершенствуется разработчиками. Исходя из «совместимости вверх» системы «Микон 1Р» с существующими и перспективными информационными системами, на некоторых шахтах Кузбасса осуществляется в рамках технического перевооружения системы АГК плановый переход на систему «Микон III».
Системы «Микон 1Р» и «Микон III» совместимы и построены на единой базе сертифицированных в Российской Федерации устройств промышленной автоматизации, поэтому технические характеристики систем определяются характеристиками ее отдельных элементов. «Микон-III» предназначена для осуществления ручного, автоматизированного и автоматического управления электрооборудованием, обмена информацией с диспетчерским пунктом, отображения и хранения информации по непрерывному контролю микроклимата рудничной атмосферы. Структурообразующим элементом «Микон III» является особовзрывобезопасная система передачи информации (СПИН), которая предназначена для создания магистралей передачи разнородной информации в измерительных системах, автоматизированных системах оперативно-диспетчерского управления (АСОДУ), системах связи и системах автоматического управления и контроля (САУК) угольных шахт и рудников в нормальных и аварийных условиях [2].
- СПИН обеспечивает работу на двух уровнях связи (высокоскоростная, низкоскоростная) и состоит из следующих элементов:
- линии связи (среда передачи: медные проводники, оптоволокно, радиоэфир);
- подземных узлов связи;
- наземных узлов связи;
- программного обеспечения (ПО);
- искробезопасных источников питания;
- вспомогательных средства, применяемых при обслуживании технических устройств и линий связи.
На рис. 1 показана типовая структура автоматизированной системы оперативно-диспетчерского управления (АСОДУ) с указанием контролируемых и управляемых процессов.
Рис. 1. Типовая структура автоматизированной системы оперативно-диспетчерского управления
Основными контролируемыми параметрами в режиме аэрогазового контроля являются концентрации газов в рабочей зоне, скорость движения воздушного потока, с этой целью состав системы входят следующие технические средства:
- Датчик метана (ДМС 03) — предназначен для непрерывного автоматического контроля концентрации горючих газов (метано-водородной смеси) в рабочей зоне.
- Датчик токсичных газов (СДТГ-01) — предназначен для непрерывного измерения объемной доли токсичных газов: оксида углерода, водорода, оксида азота, диоксида. Область применения — контроль воздуха рабочей зоны угольных шахт и других предприятий, опасных по газу и пыли. Датчик может применяться для раннего обнаружения эндогенных и экзогенных самовозгораний угля и возгорания технологического оборудования, в том числе конвейерных лент.
- Датчик скорости воздушного потока (СДСВ-01) — предназначен для непрерывного измерения скорости движения воздушных потоков в подземных выработках шахт и рудников и их наземных строениях, в том числе опасных по газу, пыли и внезапным выбросам. СДСВ обеспечивает измерение скорости воздушного потока от 0,1…30 м/с.
- Измеритель запыленности стационарный (ИЗСТ-01)- предназначен для технологического контроля воздушной среды в угольной промышленности, в том числе угольной и угольно-породной пыли в воздухе рабочей зоны.
- Датчик давления стационарный (СДД 01) — предназначен для непрерывного измерения расхода газа методом переменного перепада давления в дегазационных, воздушных трубопроводах круглого сечения и абсолютного давления в дегазационных, воздушных трубопроводах угольных предприятий, в том числе шахтах опасных по газу и пыли.
Одним из главных преимуществ системы «Микон III» является её совместимость с другими шахтовыми системами контроля и управления, что позволяет интегрировать в АСОДУ специализированное оборудование. На рис. 2 показана структура технических средств системы диспетчерского управления и шахтной автоматики III-го поколения — системы «Микон III». Система «Микон III» позволяет на основе использования единых технических и программных средств реализовывать различные системы централизованного диспетчерского и местного, ручного, автоматического и автоматизированного контроля, мониторинга и управления. При этом объектами управления и контроля могут быть шахтная атмосфера и микроклимат, основное и вспомогательное технологическое оборудование, транспортные и вентиляционные системы, системы электро-, пневмо- и водоснабжения, системы пожаротушения и т. д. Функции, реализуемые системой, определяются технологическими программами работы КУШ-ПЛК и наземных вычислительных устройств, набором и местом расположения КУШ-ПЛК, КУШ-УМН, датчиков, исполнительных устройств и устройств сигнализации.
Рис. 2. Структурная схема технических средств системы диспетчерского управления и шахтной автоматики системы «Микон III»
Затраты на внедрение современной газоаналитической системы, безусловно, достаточно велики, но все вложения, направленные на обеспечение промышленной безопасности и охраны труда, позволяют сохранить жизнь и здоровье горняков, что несоизмеримо важнее. Только внедрение самых современных средств контроля за состоянием воздушной среды в принципе исключает возможность аварийных ситуаций аэрологического характера в горных выработках, обеспечивает безопасное и эффективное функционирование угольных шахт, опасных по газу и пыли.
Литература:
1. «Положение об аэрогазовом контроле в угольных шахтах».
2. Семёнов А. С., Шипулин В. С. «Использование газоаналитических систем нового поколения для защиты рудника».
3. «Правила безопасности в угольных шахтах», утверждённые приказом Ростехнадзора от 19.11.2013 г. № 550.
