СИСТЕМА АЭРОГАЗОВОГО КОНТРОЛЯ АТМОСФЕРЫ ПРИ АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНЫХ РАБОТАХ В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ

Полезная модель относится к средствам безопасности при ведении подземных горных работ, а именно к устройствам мобильной малогабаритной многоканальной системы аэрогазового контроля атмосферы шахт и других опасных производственных объектов при использовании их аварийно-спасательными службами. Задачей полезной модели является повышение безопасности аварийно-спасательных и технических работ в угольных шахтах путем дистанционного контроля рудничной атмосферы и газодинамических явлений в режиме текущего времени.
Известно устройство для дистанционного отбора проб воздуха, имеющее дополнительные заборные отверстия и запирающие элементы, выполненные в виде заслонок, установленные внутри трубопровода с возможностью поочередного перекрытия сечения трубопровода или заборного отверстия, а их привод выполнен в виде пружинно-рычажного механизма и электромагнитов (а.с. СССР №1102999, кл. E21F 17/00, приоритет от 05.05.1983 г., опубликовано в 1984 г., Б. №26). Принцип работы известного устройства основан на непрерывном автоматическом отборе проб воздуха через заборные устройства, поступление их по полиэтиленовым трубкам в центральный шкаф с газоанализаторами, расположенный на поверхности у оператора, и определение содержания проб с записью на ленту. Основными недостатками известного устройства являются:
- ограниченное количество точек дистанционного отбора проб и значительные затраты времени, что делает невозможным контроль газовой атмосферы в режиме текущего времени;
- неконтролируемое развитие подземной аварии;
- из-за осложнений при ликвидации аварий по ряду причин произвести дистанционный отбор проб рудничного воздуха бывает невозможно;
- при прокладке шланга на длинные расстояния повышается вероятность получения недостоверных проб воздуха с аварийного участка и т.д.
Все это приводит к занижению концентраций пожарных газов в отобранных пробах и к искажению действительной картины происходящего на аварийном участке.
В качестве прототипа принята стационарная многофункциональная система аэрогазового контроля «Микон-1P», предназначенная для автоматического непрерывного измерения объемной доли метана в рудничном воздухе и скорости воздушного потока в шахтах, в том числе опасных по газу, пыли и внезапным выбросам (Каталог-справочник. Технические средства безопасности, применяемые в угольных шахтах Российской Федерации. Федеральное агентство по энергетике. Кемерово, 2007 г., С.41-45). Комплект известной системы содержит наземную часть: шкаф, устройство приема и передачи информации НУППИ, центральный сервер, резервный сервер, рабочее место оператора, устройство сопряжения с телеметрической системой «Метан» УСТСМ, устройство сопряжения с телеметрической системой «Ветер» УСТСВ, контроллер сети УСТС и подземную часть: датчик метана ДМС 0,1 или М1С6321, датчик окиси углерода СДОУ01 или ТХ324.01, датчик скорости движения воздуха СДСВ01 или ТХ5922 или ТХ1322, датчик водорода ТХ3241.05, датчик кислорода ТХ3264, подземное вычислительное устройство VAL101P, источник питания ZVB, баки трансформаторные БТ-1 и БТ-6, блок промежуточного реле БПР, блок автоматического ввода резерва БАВР. Кроме того, в комплект поставки входит программное обеспечение (системное, связи, базы данных, администрирования, визуализации и т.д.). По отдельным заказам поставляются устройства для градуировки датчиков, кабельные изделия и кабельные ящики. Система обеспечивает выполнение следующих функций:
- автоматический и газовый контроль;
- автоматическая газовая защита;
- автоматическое управление проветриванием тупиковых выработок;
- телесигнализация и телеизмерение параметров шахтной атмосферы, микроклимата и оборудования;
- телеуправление оборудованием;
- контроль состояния и учет работы технологического оборудования, систем электроснабжения, гидроснабжения и пневмоснабжения;
- воздействие на локальные системы автоматического управления;
- местное и централизованное диспетчерское управление системами.
Стационарная система газового контроля «Микон-1P» широко используется на шахтах России для автоматического непрерывного измерения параметров состояния промышленных и горно-технологических объектов, в том числе параметров шахтной атмосферы и микроклимата, состояния горного массива, состояния основного и вспомогательного технологического оборудования, осуществления местного и централизованного диспетчерского ручного, автоматизированного и автоматического управления оборудованием, обмена информацией с диспетчерским пунктом, обработки информации, ее отображения и хранения.
Однако данная система предназначена только для обеспечения безопасности в нормальных технологических режимах работы шахт. При аварийных ситуациях потребность измерения в объеме информации не совпадает с возможностями известных стационарных систем, и происходит разрушение кабелей питания и связи. Развернуть любую стационарную систему в аварийной ситуации силами подразделений ВГСЧ невозможно, т.к. требуется большое потребление электроэнергии и большой расход кабельной продукции. Техническим результатом полезной модели является повышение безопасности работы обслуживающего персонала за счет дистанционного получения оперативной и достоверной информации аэрогазового состояния шахт в предаварийный и послеаварийный периоды, а также получение информации из опасных, в том числе и заперемыченных, выработок. На сегодняшний день предложенных аналогичных систем для аварийно-спасательных формирований в мире нет. Предложенная система обеспечивает быстрое развертывание, мобильность и малый вес, что позволяет производить контроль одновременно за несколькими участками с безопасного места. Система может иметь совместимость с имеющимися на шахтах стационарными системами газового контроля типа Микон, Дерби и др.
Предложена система аэрогазового контроля при аварийно-спасательных работах в угольных шахтах, включающая работающие в режиме сетевой информации датчики дистанционного контроля рудничной атмосферы и газодинамических явлений, стабилизатор напряжения питания датчиков, мобильные устройства хранения информации, контроллер управления, устройства цифровой связи с датчиками и информационными блоками системы, клеммные коробки и устройства подсоединения кабелей.
Отличием является то, что система содержит блок сбора информации и питания с микропроцессорным устройством управления работой, дисплеем, светодиодной индикацией и сигнализацией, искробезопасным барьером связи с датчиками и искробезопасным барьером связи со стационарными информационными системами, при этом датчики выполнены выносными, а указанный блок соединен с блоком аварийного питания и размещен на удалении до 1 км от датчиков.
Другим отличием является то, что блок аварийного питания содержит соединенные искробезопасную аккумуляторную батарею, искробезопасный барьер, устройство заряда и устройства индикации и управления режимами работы.
Отличием является также то, что мобильное устройство хранения информации содержит аккумуляторный искробезопасный источник питания, устройство памяти и ИК-порты связи с внешними устройствами.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показана принципиальная схема системы аэрогазового контроля при аварийно-спасательных работах на угольных шахтах, на фиг.2 - блок аварийного питания системы, а на фиг.3 - мобильное устройство хранения информации.
Система аэрогазового контроля при аварийно-спасательных работах в угольных шахтах содержит блок 1 сбора информации и питания, к которому при отсутствии или повреждении стационарных шахтных информационных систем подключают блок 2 аварийного питания, состоящий из соединенных между собой аккумуляторной батареи 3, искробезопасного барьера 4, устройства заряда 5 и устройства индикации и режима работы 6. Данный блок может быть выполнен аналогично такому же блоку в стационарных системах газового контроля типа Микон или же с использованием указанных выше элементов. Мобильное устройство хранения информации 7 может быть использовано из известных стационарных систем или входить в блок 1 с использованием аккумуляторной искробезопасной батареи питания 8, устройств памяти 9 и ИК-порта связи с внешними устройствами 10. Система аэрогазового контроля содержит контроллер управления 11, соединенный с блоком 2 аварийного питания, мобильным устройством 7 и устройством индикации и сигнализации 12. Стабилизатор напряжения питания 13 датчиков подключен к блоку 1 сбора информации, блоку 2 аварийного питания, устройству цифровой связи 14 с датчиками и через клеммовые коробки 15 с малогабаритными выносными интеллектуальными датчиками известной конструкции 16 метана, оксида углерода, кислорода, температуры, давления и т.д. Кроме того, система содержит интерфейс 17 связи со стационарными системами известной конструкции. Блоки и устройства системы аэрогазового контроля - с 1 по 14 и 17 размещены в корпусе, а датчики 16 подключены к клеммным коробкам 15, которые состоят из влагопылезащищенных корпусов, кабельных вводов с уплотнением и клеммных устройств подсоединения кабелей. Клеммные коробки имеют четыре равнозначных ввода, что позволяет строить линейные или разветвленные системы датчиков.
Ниже приведено описание работы системы аэрогазового контроля.
При возникновении необходимости контроля атмосферы в опасных, труднодоступных выработках, а также на участках и шахтах, необорудованных стационарными системами газового контроля, разворачивается данная система. Датчики 16 размещают в определенных планом местах, в том числе и в заперемыченных пространствах, и соединяют с блоком 1 сбора информации и питания со стабилизатором напряжения 13, который соединяют с блоком питания и цифровой линией связи стационарных информационных шахтных систем, а при их отсутствии или повреждении питание блока 1 осуществляют от блока 2 аварийного питания. Блок 1 размещают в безопасном для персонала месте на удалении до 1 км от датчиков 16 и включают контроллер управления 11, устройства 12, 7 и интерфейс 14. При подключении датчиков к системе в блок 1 поступает идентификационный цифровой номер (адрес) датчика. При этом каждый датчик сообщает о своем функциональном назначении, диапазоне измерения, исправности, уровнях системных порогов и номере установки согласно плану. Номер датчика вводят с помощью клавиатуры датчика при установке. По запросу блока 1 датчик сообщает значение измеренного параметра и факт превышения установленных уровней, при этом на дисплее датчика отображается значение измеренного параметра, и при превышении пороговых значений срабатывает сигнализация. Таким образом, датчик играет роль не только дистанционного измерительного устройства, но и выполняет функции измерения и сигнализации на рабочем месте. Датчики являются законченными измерительными элементами, что позволяет производить их калибровку и поверку как на поверхности отдельно от системы, так и в составе системы. Датчики размещены во взрывобезопасных влагопылезащищенных корпусах, что позволяет использовать их в труднодоступных местах: шурфах, отверстиях в перемычках, трубах и т.д. Блок 1 сбора информации и питания с периодичностью не более заданного времени, например, 10 сек, запрашивает каждый датчик, при этом для энергоемких датчиков подают команду на проведение цикла измерений, т.е. работает и потребляет энергию только один датчик, и падение напряжения в линии питания датчиков определяется током питания одного датчика, что позволяет использовать для связи с датчиками и их питания кабели с небольшим сечение жил. Эти кабели имеют небольшой вес, что повышает мобильность развертывания системы в аварийной ситуации численно ограниченным составом.
Полученная информация хранится в энергонезависимой памяти мобильного устройства 7 или непосредственно в блоке 1 и может транслироваться на поверхность на стационарные системы с помощью интерфейса 17. При отсутствии или разрушении стационарных систем информация с помощью ИК-портов из мобильных устройств 7 доставляют на поверхность и используют для анализа, архивации и составления отчетов. Связь между блоком 1 и мобильным устройством 7 хранения информации работает только на считывание из блока 1, что исключает искажение информации.
Предлагаемая система позволяет:
- оперативно развернуть сеть датчиков в опасных зонах шахты силами разведывательных отделений ВГСЧ и непрерывно измерять и передавать на безопасное расстояние информацию об аэрогазовой обстановке в опасных зонах;
- индицировать полученную информацию в безопасной зоне дислокации горноспасателей;
- накапливать информацию и передавать на поверхность данные либо по действующим (сохранившимся) линиям стационарных информационных систем шахт, либо с помощью переносных накопителей информации с энергонезависимой памятью.