АВТОНОМНЫЙ ПРИБОР НЕЗАВИСИМОГО АЭРОГАЗОВОГО КОНТРОЛЯ ШАХТНЫХ СИСТЕМ

Полезная модель относится к горнодобывающей промышленности, а именно, к средствам безопасности, предназначенным для использования в шахтах для контроля атмосферы выработки. Полезная модель может использоваться для контроля функционирования систем газового контроля (АПК) и систем газовой защиты (АГЗ) шахт и рудников, опасных по выделению газа и пыли. Кроме этого, полезная модель может найти применение в качестве источника информации аэрогазового состояния контролируемой выработки в предаварийный и поставарийный периоды при исследовании причин пожаров и взрывов, т.е. может применяться в качестве «черного ящика».
В настоящее время аэрогазовая безопасность шахт и выработок обеспечивается стационарными газоаналитическими многофункциональными системами, которые состоят из подземной и наземной частей. Подземные части содержат набор датчиков контроля атмосферы, блоков сбора информации, устройств и кабелей линий связи, искробезопасных барьеров. Наземная часть состоит из оборудования диспетчерских - устройств визуализации информации и устройств хранения накопленной информации системы [1, 2].
Газоаналитические системы развиваются в сторону замены аналоговых систем передачи данных [1] к системам, использующим цифровые линии связи [2]. Функциональные возможности систем позволяют получать информацию, достаточную для предупреждения аварийных ситуаций. Однако, исследования причин аварий выявляют нарушения в функционировании газоаналитических систем, вызванные несанкционированным вмешательством в работу и настройки датчиков, небрежным обслуживанием датчиков и линий связи.
Для контроля правильности функционирования систем предусмотрены операции проверки каналов «датчики - линии связи - диспетчерская» посредством периодической подачи поверочных газовых смесей (ПГС) на вход датчиков с последующим контролем показаний и записей в диспетчерской [3]. Однако эти проверки производятся с периодом в 10-30 суток [4]. В периоды между проверками возможны воздействия на элементы газоаналитических систем. Наиболее опасно сознательное несанкционированное вмешательство в работу датчиков. Контроль аэрогазового состояния и действия персонала шахт при получении информации об изменении состояния атмосферы производятся инспекционными органами по данным, хранящимся в накопителях диспетчерской, доступными для несанкционированной корректировки. Таким образом, оценка состояния шахт в периоды между проверками работоспобности системы контроля аэрогазовой безопасности может основываться на искаженных данных.
Также известна система, автоматически определяющая концентрацию шахтной пыли в шахте и параметры среды. Данная система включает компьютер и, по меньшей мере, один блок управления, который содержит группу датчиков, программируемый контроллер и периферийное устройство; группа датчиков содержит датчик концентрации пыли, температурный датчик и датчик влажности, датчик потока и инфракрасный датчик; программируемый контроллер используется для проведения анализа, скрининга и сопоставления данных, полученных от группы датчиков, затем формирования управляющего сигнала и далее вывода на периферийное устройство; периферийное устройство включает распылительную систему и сигнализационное устройство; внешний компьютер и программируемый контроллер осуществляют передачу данных сигналов через модуль связи, таким образом осуществляется мониторинг в режиме реального времени [5].
Наиболее близким аналогом к патентуемому устройству является прибор, содержащий группу датчиков дистанционного контроля рудничной атмосферы, блок сбора и хранения информации, блок аварийного питания, клеммные коробки, а также ИК-порты для связи с внешними устройствами (переносное устройство хранения и доставки данных на поверхность), [6].
Однако, известные устройства [5, 6] не могут реализовать требования к приборам независимого контроля ввиду возможности искажения данных за счет доступности датчиков, органов управления и памяти для субъективного вмешательства или повреждения линий связи. Датчики известных устройств могут подвергнуться воздействию в виде полной или частичной изоляции от контролируемой атмосферы, а калибровки измерительных каналов могут быть искажены несанкционированным вмешательством.
Задачами полезной модели являются исключение несанкционированного доступа к датчикам, органам управления и настройкам каналов измерения и обеспечение надежной передачи накопленной информации без нарушения защиты блоков.
Техническим результатом патентуемой полезной модели является обеспечение достоверности измерений контролируемых параметров атмосферы и защиты данных от механических, энергетических и информационных субъективных воздействий, которые могут внести ошибку в измерения, исказить или уничтожить информацию, за счет размещения датчиков в отсеке с газопроницаемыми стенками, а блока сбора и хранения информации и блока аварийного питания - в герметичном отсеке с элементом в одной из стенок, проницаемым для инфракрасного излучения, причем отсеки закрываются крышками, которые крепятся болтами или винтами с исключением несанкционированного вскрытия отсеков.
Заявленный технический результат достигается за счет конструкции автономного прибора независимого аэрогазового контроля шахтных систем, содержащего корпус, разделенный вертикальной перегородкой на два отсека, в одном из которых расположен блок сбора и хранения информации, соединенный с блоком аварийного питания, и клеммная коробка, а в другом отсеке расположены датчики измерения компонентов шахтной атмосферы и клеммная коробка для соединения датчиков с блоком сбора и хранения информации, при этом боковые стенки отсека с размещенными в нем датчиками выполнены газопроницаемыми, а одна из стенок другого отсека содержит элемент, проницаемый для инфракрасного излучения, выполненный с возможностью считывания информации из блока сбора и хранения информации на мобильное устройство, причем оба отсека герметично закрыты крышками и опломбированы.
Корпус прибора предпочтительно выполнять вандалоустойчивым из ударопрочного материала, например, металла.
Кроме этого, отсеки корпуса должны быть выполнены защищенными от несанкционированного вскрытия. Это может быть достигнуто, например, креплением крышек к отсекам винтами со шлицами нестандартной формы и их опломбированием.
Для поиска прибора под завалами в отсеке с размещенными датчиками расположен радиомаяк, что позволяет находить прибор под завалами после аварии для считывания накопленной информации.
В качестве датчиков могут применяться датчики контроля рудничной атмосферы и газодинамических явлений, в частности, датчики определения концентрации метана, угарного газа, кислорода, датчики определения температуры, давления, влажности атмосферы в шахте.
Далее решение поясняется ссылками на фигуру, на которой изображен общий вид прибора.
Прибор состоит из корпуса 1, разделенного вертикальной перегородкой 2 на два отсека: один, аппаратный, 3 и второй - 4, предназначенный для размещения группы датчиков. В отсеке 3 размещены блок 5 сбора и хранения информации, содержащий ИК-порт и встроенные часы (не показаны), блок 6 аварийного питания и клеммная коробка 8, а в отсеке 4 размещены датчики 7 и клеммная коробка 9. Соединение блока 5 сбора и хранения информации и блока аварийного питания осуществляется посредством кабелей (не показаны). Соединение блока 5 сбора и хранения информации с датчиками 7 осуществляется посредством кабелей (не показаны) через клеммные коробки 8 и 9. Отсеки 3 и 4 закрыты крышками 10 и 11, соответственно. Крышки крепятся к отсекам 3 и 4 винтами со шлицами нестандартной формы и пломбируются. Внешние боковые поверхности отсека 4 выполняются газопроницаемыми за счет перфорации стенок или выполнения стенок в виде набора стоек. В боковой стенке отсека 3 выполнен элемент в виде окна 12 из поликарбонатного стекла, проницаемого для инфракрасного излучения и расположенный напротив ИК - порта блока 5 сбора и хранения информации. Через окно 12 происходит передача накопленной информации из блока 5 сбора и хранения информации в переносной прибор 13 для снятия и передачи информации. В верхней части отсека 4 установлен постоянно действующий радиомаяк 14, позволяющий находить прибор под завалами.
Перед использованием прибора после подготовки к работе отсеки 3 и 4 закрываются крышками 10 и 11, закрепляемыми винтами со шлицами нестандартной формы и пломбируются.
В месте расположения датчиков контролируемой системы аэрогазовой безопасности шахты устанавливается автономный прибор независимого контроля, который подключается к шахтной сети электропитания.
Подземный автономный прибор независимого контроля включается в рабочее состояние сразу после подключения к питающей сети. Концентрация газов, подлежащих контролю, давление, температура атмосферы и т.д. измеряются датчиками 7, результаты измерений передаются в блок 5 сбора и хранения информации. Вся информация о состоянии атмосферы, исправности прибора фиксируется в памяти блока 5 с привязкой к показаниям часов реального времени, работающих в блоке. При снижении или пропадании напряжения питания или его пропадании блок 6 аварийного питания обеспечивает работу прибора в течение 10-30 суток. Накопленная в блоке 5 информация через окно 12 периодически переносится инспектором в автономный прибор хранения и передачи информации 13, причем информация, хранящаяся в блоке 5 и приборе 13 доступна только на считывание за счет программной организации одностороннего потока информации, что исключает ее корректировку в памяти устройств. Прибор 13 для снятия и передачи информации доставляется на поверхность, и информация переносится в компьютер, в который также загружается информация, собранная наземным независимым регистратором. Сравнение синхронизованной по времени информации позволяет определить наличие и время нарушений в работе системы или искажение информации.
При возникновении аварийных ситуаций разрушаются системы связи и питания штатных стационарных систем аэрогазовой безопасности и информация за эти периоды отсутствует. Обычно при исследовании причин аварий приходится опираться на последние сохраненные данные стационарных систем аэрогазовой безопасности и различные экстрополяционные модели, это снижает достоверность заключений о причинах аварий.
Автономный прибор независимого контроля продолжает работу в предаварийный и поставарийный периоды. После нахождения прибора в процессе работ по ликвидации аварии, накопленная информация дает реальную картину аэрогазовой обстановки во время аварии. Таким образом, прибор выполняет также функцию «черного ящика».
Источники информации
1. Система газоаналитическая шахтная многофункциональная «Микон - 1Р» ТУ 4231-001-44645436 - 2005.
2. Система газоаналитическая шахтная шахтная многофункциональная «Микон III» ТУ 4231-100-44645436 - 2008.
3. Руководство по эксплуатации. Система газоаналитическая шахтная многофункциональная «Микон III» ИГТ. 071 000.100.00 РЭ.
4. Положение об организации аэрогазового контроля, проектировании, монтаже, эксплуатации и применении систем аэрогазового контроля в угольных шахтах. Введено приказом №341 Минприроды России от 21.10.2009 г.
5. заявка Китая №101906987, «Управляющая система, автоматически определяющая концентрацию шахтной пыли в шахте и параметры среды», заявители - CHENG XUEZHEN, САО MAOYONG, LIANG HUIBIN, YANG FEN, опубликована 08.12.2010
6. патент РФ №103135 на полезную модель «Система аэрогазового контроля при аварийно спасательных работах в угольных шахтах», патентообладатель - Токарев Олег Сергеевич, опубликован 27.03.2011