СПОСОБ АЭРОГАЗОВОГО КОНТРОЛЯ (АГК) АТМОСФЕРЫ УГОЛЬНЫХ ШАХТ
AEROGAS CONTROL (AGC) OVER COAL MINE ATMOSPHERE

Способ аэрогазового контроля АГК относится к горному делу, а точнее к способам контроля атмосферы горных выработок угольных шахт, опасных по газу и пыли, на предмет слежения за изменениями состава и параметров рудничной атмосферы с целью предотвращения образования взрывоопасной среды и исключения взрывов метана и угольной пыли.
Известны способы аэрогазового контроля [1], включающие непрерывный контроль содержания метана и скорости воздушных потоков в горных выработках, передачу информации по каналам телеметрии на поверхность, фиксирование этой информации самописцами или стационарными ЭВМ, входящими в состав АСУТП, формирование команд управления для включения аварийной сигнализации; средств автоматической газовой защиты (АГЗ), воздействующей на установки и оборудование для поддержания безопасного аэрогазового режима, и, наконец, формирование команды АГЗ на отключение сети силового электроснабжения, если концентрация СГЦ превышает допустимые нормы.
Дальнейшим развитием способа явились реализованные в системе аэрогазового контроля «МИКОН» (аналог) [2] решения, касающиеся усовершенствования отдельных узлов и блоков системы; расширения функциональных возможностей, как за счет увеличения числа контролируемых параметров, так и числа формируемых команд управления; применения современных методов системотехники и способов и технических средств сбора и представления информации с использованием компьютерной техники.
Известен другой аналог (прототип) заявляемого способа, реализованный в системе аэрогазового контроля «Гранч МИС», являющейся частью комплекса «Умная шахта» [3]. Как и ранее выпускавшиеся системы аэрогазового контроля [1] и ныне выпускаемая система «МИКОН» [2], вариант системы «Гранч МИС», используемый для АГК, ориентирован на обеспечение требований нормативных документов, регламентирующих работу систем АГК и включающих:
4
- аэрогазовый контроль (содержание CH, CO, скорости воздушных потоков);
- автоматическую газовую защиту (отключение электроэнергии и прекращение работ при превышении допустимых норм СГЦ);
формирование команд на управление работой главных вентиляторных установок (ВГП) и вентиляторов местного проветривания (ВМП);
- автоматический контроль положения дверей вентиляционных шлюзов;
- телеизмерение и телесигнализация состава и параметров рудничной атмосферы;
- возможность телеуправления оборудованием поддержания безопасного аэрогазового режима в горных выработках.
Основное отличие системы АГК «Гранч МИС» заключается в том, что она интегрируется в единую сеть комплекса «Умная шахта» в которой телекоммуникации осуществляются как кабельной, так и беспроводной связью и основным элементом подземной инфраструктуры беспроводной сети связи являются базовые станции (БС), устанавливаемые вдоль выработок на расстоянии 200 м друг от друга и обеспечивающие организацию скоростного информационного канала до любых подвижных и стационарных объектов по WiFi стандарту.
Известен ближайший аналог (прототип) АГК, совмещенного с контролем геомеханических параметров лавы и автоматизацией технологических процессов, реализованых в системе «Маrсо System analyse und Entwicklund GmBH» немецкой фирмы «Marco» [4].
Эксплуатируемые системы аэрогазового контроля обслуживаются группой специалистов, осуществляющих систематическое наблюдение за работой аппаратуры, проверяющих методом сличения правильность показаний датчиков и в регламентированные сроки, проводящие метрологические поверки.
4
4
Однако, несмотря на наличие систем аэрогазового контроля на шахтах России, имеют место случаи взрывов метана, что свидетельствует прежде всего о нарушениях Правил Безопасности и в какой-то степени о несовершенстве существующих систем аэрогазового контроля, не защищенных от «несанкционированного вмешательства» в их работу. Суть «несанкционированного вмешательства» состоит в механическом ограничении диффузионного доступа анализируемой метано-воздушной смеси в реакционную камеру стационарного метанометра, что приводит к занижению показаний концентрации CH и повышению вероятности взрыва, т.к. позволяет работать при концентрациях CH, превышающих допустимые нормы.
Т.о. возможность осуществления «несанкционированного вмешательства» является недостатком всех способов АГК, реализованных в аналогах и прототипе.
Другими недостатками систем АГК являются:
4
- ограниченность количества точек контроля метана в лаве, не позволяющая иметь информацию о распределении концентраций CH по всему объекту контроля, особенно остро это сказывается с увеличением протяженности очистного забоя и повышением нагрузок на него, характерных для современных технологий выемки угля;
4
- невозможность с помощью только стационарных датчиков метана обеспечить быстродействие АГЗ≤0,8 с, регламентированное нормативными документами на случай быстропротекающих процессов образования взрывоопасных концентраций CH при внезапных выбросах угля и газа, горных ударах и других масштабных газодинамических явлениях;
4
- нерешенность задач, связанных с реакцией АГЗ на кратковременные пульсации концентраций CH с амплитудой, незначительно превышающей допустимую норму;
- незащищенность от «несанкционированного вмешательства» в работу термокаталитических датчиков метана.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение повышения эффективности аэрогазового контроля горных выработок угольных шахт за счет исключения отмеченных недостатков.
4
Техническим результатом изобретения является конструкторская и схемо- и системотехническая реализация в системах АГК предлагаемых решений по диагностированию и выявлению незаконных вмешательств в штатный режим работы систем АГК. Еще одним результатом изобретения является техническое воплощение процедуры реагирования на кратковременные пульсации концентраций CH, превышающие по амплитуде допустимые нормы.
4
Решение указанной задачи и получение технического результата достигается тем, что согласно предлагаемому способу повышение эффективности аэрогазового контроля угольных шахт обеспечивают увеличением количества точек контроля СН объекта (например, лавы) до величины n*
4
(n - зависит от длины лавы и определяется как оптимальное по минимуму число точек контроля, достаточное для отслеживания меняющейся картины распределения концентрации CH по вентиляционному потоку объекта контроля),
4
1
2
3
n
1
2
3
n
1
1
2
2
3
3
n-1
n-1
1
2
3
n
4
i
o
o
o
o
o
o
o
o
используя такое увеличение для выявления «несанкционированного вмешательства», которое осуществляют выполнением последовательности следующих операций: сначала фиксируют фоновое значение сигналов о концентрации CH в контролируемых точках в подготовительную смену при неизменном вентиляционном потоке и неработающих забойных машинах и механизмах, S  S , S  … S , затем в рабочие смены в режиме «on-line» фиксируют текущие значения сигналов S, S, S … S и сравнивают их с соответствующими фоновыми значениями, а «несанкционированное вмешательство» выявляют, когда S<S  и/или S<S  и/или S<S  и/или; … S<S  и перепроверяют путем сравнения между собой сигналов S, S, S … S, исключая из сравнения сигнал, измеряющий в момент сравнения местное скопление CH в районе действия комбайна и фиксируют подтверждение «несанкционированного вмешательства» наличием сигнала S, связанного с отключающим устройством АГЗ, по величине меньшим по сравнению с соседним и ближайшими к соседнему сигналами в точках контроля, расположенных в противоположном направлении вентиляционного потока.
4
Кроме того, при фиксировании на исходящей вентиляционной струе лавы кратковременных пульсаций концентраций CH с амплитудой отдельных импульсов, превышающих допустимые пределы не более значения тройной величины основной погрешности измерения, подают команду на обеспечение местной и централизованной сигнализации на период, равный регламентированному нормативу для инерционности измерений, после чего при продолжающихся сверхдопустимых пульсациях подают команду на обесточивание электросиловых цепей и прекращение горных работ.
4
В свою очередь, при мгновенно возникающих и быстропротекающих процессах образования взрывоопасных концентраций CH осуществляют формирование опережающего воздействия на средства АГЗ аварийных сигналов (команд), вырабатываемых системами контроля и прогноза внезапных выбросов угля и газа, горных ударов и иных масштабных аварийных газодинамических проявлений.
Наконец, на объектах, где затруднена или невозможна по горнотехническим условиям прокладка и эксплуатация проводных линий связи, точки контроля CH4 оснащают беспроводными радио-приемо-передающими метанометрами, работающими в энергосберегающем режиме с автономными источниками питания.
4
На примере механизированного очистного забоя (лава), оборудованного современными или будущими стационарными метанометрами, входящими составными элементами в системы АГК, рассмотрим вариант реализации предлагаемого Способа в условиях атмосферы лавы механизированного очистного забоя длиной порядка 200-300 м. Количество стационарных датчиков метана, распределенных по длине лавы - 5, из них датчик, размещенный на исходящей вентиляционной струе из лавы (в заявке фигурирует под №1), подсоединяется проводной линией с устройством АГЗ на откаточном штреке, обеспечивающим питание датчика, ретрансляцию телеизмерительной информации и выполнение функций АГЗ, при этом проводная линия проложена от датчика до устройства АГЗ по обходным выработкам, а не по лаве. Остальные датчики размещают по длине лавы, каждый из которых включает автономный источник питания, работающий в энергосберегающем режиме, и беспроводную связь через встроенные приемопередающие устройства с оператором АГЗ. Данные всех 5-ти датчиков обеспечивают в режиме «on-line» наблюдение за картиной пространственного распределения концентраций CH по лаве и участвуют в оперативном обнаружении случаев «несанкционированного вмешательства» по алгоритму с соответствующим программным обеспечением на основе предлагаемого способа диагностики.
Схема размещения точек контроля метана и аппаратуры АГК в очистном забое и призабойном пространстве при сплошной системе разработки (лава-штрек) на пологих и наклонных пластах, опасных по внезапным выбросам, представлена на фиг.1.
Здесь: Д1 - датчик метана на исходящей вентиляционной струе лавы, имеющий проводную связь с устройством АГЗ и системой ТИ с диспетчером шахты;
Д2, Д3, Д4 … Дn - датчики метана, размещенные по длине лавы, обеспечивающие пространственный контроль CH4 в лаве и участвующие в обнаружении «несанкционированного вмешательства», соединяются с диспетчером шахты через комбинированную систему телекоммуникаций по радиоканалу и проводной связи.
4
Д(n+1) - датчик метана на входящей вентиляционной струе лавы, контролирующий концентрацию CH при внезапном выбросе.
ПРС - приемник радиосигналов,
АГЗ - устройство автоматической газовой защиты, выполняющее также функции блока питания датчиков метана с проводной связью и ретранслятора ТИ получаемой от них информации.
Литература
1. Е.Ф. Карпов, Б.И. Басовский. Контроль проветривания и дегазации в угольных шахтах. Москва, «Недра», 1994 г., 333 стр.
2. http://www.ingortech.ru/index.php?option=com_content&task=blogcategory&id=121&Itemid=53.
3. http://www.granch.ru/index.php?option=com_content&task=view&id=40&Itemid=70.
4. Система «Marco System analyse und Entwicklund GmBH», http://www.marco.de.