Ежегодно на угольных шахтах России происходят аварии, нередко со смертельным исходом.
Так, на Распадской в 2010-м погиб 91 человек, на Ульяновской в 2007-м - 110…
Ученые из Уральского Горного Госуниверситета (УГГУ) разработали систему мониторинга состояния горного массива, с помощью которой можно прогнозировать чрезвычайные ситуации. Созданное устройство недавно прошло сертификацию Ростехнадзора, теперь можно запускать серийное производство и оснащать опасные участки добычи полезных ископаемых.
«Наша работа главным образом направлена на обеспечение безопасности горняков, - говорит Эдуард Лапин, заведующий кафедрой автоматики и компьютерных технологий Уральского горного университета.
- Все существующие на угольных шахтах системы контроля безопасности функционируют по факту свершения катастрофы. То есть когда происходит авария, они начинают работать, чтобы предотвратить дальнейшее развитие чрезвычайной ситуации.
Задача заключается в том, чтобы как можно быстрее отреагировать на начало ЧП, а в идеале - его предотвратить».
В рамках проекта были созданы специальные многокомпонентные датчики для мониторинга и программное обеспечение.
Датчики, размещённые в определённых местах горного массива, могут принимать проникающий туда сейсмический сигнал. Обрабатывается информация на сервере, в результате определяются зоны напряжённого состояния в массиве.
Преимущество системы в том, что она позволяет «видеть» опасные участки не только в средней и дальней зонах ведения горных работ, но и в ближней - на уровне до 50 метров. Если на таком расстоянии от забоя становится известно о потенциальной угрозе, то руководство шахты может остановить работы, разрядить напряжённый массив или принять какие-то иные управленческие решения.
«Другие разработчики - и отечественные и зарубежные - старались разместить датчики в самом забое, что мешало ведению технологических работ, - говорит Эдуард Лапин. - Мы же показали, что датчики можно установить рядом, по бокам выработки. Они охватывают своим "взором" все зоны - и спереди, и сверху, и снизу. Так что можно наблюдать за состоянием горного массива именно там, где работают люди. И при этом не мешать им».
рис 1 Установка датчиков в забое
Ещё одна использованная уральскими учёными идея, которая, по их словам, «лежала на поверхности, но почему-то до сих пор не была никем взята за основу», связана с сейсмическим сигналом, или сигналом шума.
«Для формирования упругих волн мы не использовали каких-то специальных приборов, - поясняет Эдуард Лапин. - Больше всего сейсмического шума издаёт сам комбайн при добыче угля. Его шум мы и превращаем в полезный сейсмический сигнал».
Программное обеспечение в рамках проекта разрабатывали сотрудники кафедры геоинформатики Уральского горного университета. Они долгие годы работают в области разведки нефтяных месторождений с помощью сейсмического метода.
Их наработки оказались применимы для решения той задачи, которую сформулировала группа Эдуарда Лапина, - мониторинга напряжённого состояния горного массива угольных шахт.
Что касается техники, то сотрудничество велось с научно-производственным предприятием Ингортех (Информационные горные технологии).
Эта организация много лет назад образовалась на кафедре Эдуарда Лапина. Сейчас она юридически самостоятельна. Но в штате более чем из 100 человек большинство выпускников Уральского горного университета. Предприятие занимается приборостроением. Уже около 50 шахт оснащено его системами.
«Общими усилиями нескольких кафедр университета и этого предприятия нам удалось довести исследования до реального результата, - говорит Эдуард Лапин. - После создания экспериментального и опытного образцов провели их испытания на реальных шахтах - "Алмазной" в Ростовской области и "Байкаимской" в Кузбассе.
Потом передали документацию на предприятие Ингортех, чтобы оно могло получить у Ростехнадзора разрешение на серийное производство. Две недели назад ему это удалось. Теперь можно тиражировать и оснащать шахты».
Разработкой уральских учёных уже заинтересовались руководители некоторых шахт. Например, не так давно приезжали представители Распадской. Сейчас там ведутся восстановительные работы после аварии. Планируют последовательный запуск нескольких лав, около 200 километров выработок под землёй. Соответственно, потребуется много приборов мониторинга.
Кроме того, обращались представители Североуральского бокситового рудника - крупнейшего в России по добыче алюминиевого сырья. Там опасность представляют не выбросы, а горные удары, которые случаются 5-6 раз в сутки.
Установленная на руднике дорогостоящая зарубежная аппаратура не справляется с прогнозированием этих ситуаций. В результате недавнего удара опять погибли люди. Руководство рудника предложило испытать у них программное обеспечение и элементы аппаратуры, созданные в УГГУ, для мониторинга и прогноза горных ударов в условиях рудной шахты.
На оборудование одной контрольной точки горной выработки требуется около 5-7 миллионов рублей - это ПО, датчики (геофоны), система передачи информации, визуализация, обработка материала у диспетчера на поверхности. То есть вся система под ключ. Если производство будет расширяться, то и стоимость, соответственно, уменьшится.
Уральские учёные собираются продолжать исследования. Их цель - добиться ещё большей универсализации созданной системы. Очевидно, что наиболее опасные точки напряжённого состояния связаны с техногенным воздействием на массив - в тех местах, где непосредственно работают горняки при проходке или добыче полезного ископаемого.
Но иногда аварии случаются и за этими пределами. Например, недавно на шахте «Воркутинская» выброс угля и газа произошёл в 500 метрах от лавы. Так что надо ещё и такие ситуации прогнозировать. Для этого помимо стационарных систем нужно делать переносные, с возможностью проводить мониторинг в любом месте горного массива, в том числе и в уже давно отработанных. Они тоже могут представлять опасность.
Автор: М. Муравьева (STRF)
