Разработка портативной системы мониторинга нагрузок на секции механизированной крепи очистного забоя Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.272:622.232.063.54.002.235 © Е.В. Аушев, М.В. Лысенко, А.С. Позолотин, Д.Ф. Заятдинов, 2017

Разработка портативной системы мониторинга нагрузок на секции механизированной крепи очистного забоя

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2017-5-38-40

АУШЕВ Евгений Викторович

Ведущий специалист

по научно-исследовательской работе

ООО «РАНК 2»,

650000, г. Кемерово, Россия

ЛЫСЕНКО Максим Владимирович

Заместитель директора по научной работе ООО «РАНК 2», 650000, г. Кемерово, Россия, е-таН: [email protected]

ПОЗОЛОТИН Александр Сергеевич

Канд. техн. наук,

заместитель генерального директора по научно-технологическим проектам ООО «РАНК 2», 650000, г. Кемерово, Россия

ЗАЯТДИНОВ Дамир Фанисович

Директор по перспективному развитию

ООО «РАНК 2»,

650000, г. Кемерово, Россия

Специалистами ООО «РАНК 2» выполнена модернизация существующей приборной базы посредством разработки портативной системы мониторинга нагрузок на секции механизированной крепи очистного забоя, отвечающей современным требованиям для проведения научно-исследовательских работ, использование результата которых позволяет повысить уровень безопасности, снизить материальные затраты и увеличить производительность при ведении очистных работ.

Ключевые слова: портативная система мониторинга, датчик давления, шаги обрушения, основная кровля, очистной забой, демонтажная камера, предварительно пройденная демонтажная камера, геомеханика.

Сердцем современной угольной шахты является механизированный очистной забой, он концентрирует на себе большое количество материально-технических затрат и является потенциальным источником опасности для персонала шахты. От его бесперебойной и эффективной работы зависит благосостояние всего предприятия.

На угольных предприятиях всегда актуальными остаются вопросы повышения уровня безопасности труда,

снижения материальных затрат, увеличения эффективности и производительности. Часто эти вопросы тесно связаны друг с другом.

С целью обеспечения безопасности ведения горных работ и оптимизации работы механизированного очистного забоя компания ООО «РАНК 2» выполняет научно-исследовательские работы по геомеханическому сопровождению очистных работ, которые включают в себя измерение фактических нагрузок на крепь, определение фактических шагов обрушения пород кровли [1, 2, 3, 4].

До недавнего времени научно-исследовательские работы по геомеханическому сопровождению выполнялись с использованием приборов типа СПН - самопишущих манометров, разработанных в 1970 г. экспериментальным заводом КузНИУИ. На сегодняшний день самописец «СПН» морально устарел и обладает рядом недостатков, усложняющих его использование, наиболее критичными из которых являются:

- малое время автономной работы (до 7 сут.);

- внушительные габариты;

- низкая отказоустойчивость из-за отсутствия защиты от воздействия внешних факторов;

- получение информации в аналоговом виде на бумажном носителе (рис. 1), в связи с чем обработка полученных данных достаточно трудоемка и требует их оцифровки, при этом сами данные обладают сравнительно низкой точностью и недостаточной информативностью.

Учитывая вышеизложенное, специалисты компании задались целью усовершенствовать существующее оборудование. В 2015 г. специалистами ООО «РАНК 2» на конкурсе «УМНИК» был представлен проект разработки портативной системы мониторинга нагрузок на секции механизированной крепи очистного забоя (далее - Система). Как один из победителей проект получил финансовую поддержку от Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (Фонд содействия инновациям). Цель проекта - повышение качества геомеханических научно-технических исследований за счет разработки комплекта современных портативных устройств мониторинга нагрузок на механизированную крепь.

Рис. 1. Фрагмент показаний прибора СПН

400

100

02.09.16 00:00

В настоящее время все этапы реализации проекта завершены:

- разработаны компоненты Системы (датчики давления, устройство считывания и переноса информации, устройство сопряжения с ПК);

- разработаны алгоритмы работы датчиков давления;

- проведены лабораторные и промышленные испытания устройств.

Ключевыми устройствами Системы являются автономные беспроводные датчики давления, подключаемые к гидравлической системе стоек механизированной крепи очистного забоя. В базовом оснащении Система комплектуется пятью датчиками давления, однако при необходимости (в сложных горно-геологических условиях, при большой длине очистного забоя и другое) возможно одновременное использование большего количества датчиков.

Сравнение технических характеристик датчиков Системы и прибора СПН представлено в таблице.

В процессе работы датчики давления с заданной периодичностью фиксируют изменения давления в гидравлической системе стоек механизированной крепи и увязывают их со временем.

Основными преимуществами Системы являются следующие:

- снятие показаний с датчиков давления и синхронизация их параметров выполняются с помощью устройства считывания и переноса информации, получающего данные по беспроводному соединению;

- во время снятия показаний не происходит вмешательства в работу датчика, а вся процедура занимает не более минуты;

- после снятия показаний со всех датчиков устройство считывания и переноса информации посредством устройства сопряжения подключается к ПК, где происходят дальнейшая обработка и анализ данных мониторинга;

- все необходимые данные выводятся на монитор компьютера как в виде графика (см. рис. 2), так и в табличном виде с возможностью детального анализа полученной информации.

Выполняемые ООО «РАНК 2» научно-исследовательские работы по геомеханическому сопровождению при разработке угольных пластов длинными столбами по простиранию являются основой для применения ряда технологических решений по оптимизации процессов работы механизированного очистного забоя:

- определение величины зависания пород основной кровли и разработка мер по ее своевременному разупрочнению (посадке) с применением направленного гидроразрыва или торпедирования;

- определение рационального месторасположения границ остановки очистного забоя (под демонтаж), при котором работы по демонтажу очистного комплекса не будут осложнены повышенными проявлениями горного давления из-за расположения выработки в зоне обрушения кровли;

Сравнительная таблица датчиков портативной системы мониторинга нагрузок на секции механизированной крепи очистного забоя и прибора СПН

Параметры СПН Датчикдавления

Системы

Диапазон измерений, МПа 0 - 55 0 - 60

Время автономной работы, сут. до 7 Не менее 270

Защита от пыли и влаги Нет IP54

Тип предоставляемой Аналоговый Цифровой (числовые

информации (график на бумаге, параметры с возможностью

(см. рис. 1)) импорта в Excel, (рис. 2))

Взрывозащита, уровень Не требуется Есть, PO Exial

(прибор механический)

Размеры, (ДхВхШ), мм 220x130x130 100x56x56

Масса, кг. 5,2 0,4

J L-

г—1

J_

Г

02.09.16 12:00

03.09.16 00:00

03.09.16 12:00

04.09.16 00:00

Рис. 2. Фрагмент показаний дат чика давления разработанной портативной системы мониторинга нагрузок на секции механизированной крепи очистного забоя

- повышение эффективности технологии демонтажа за счет применения предварительно пройденной демонтаж-ной камеры, проводимой в зоне разгрузки;

- оптимизация параметров крепи демонтажной камеры с учетом фактических нагрузок на крепь при демонтаже;

- разработка мероприятий по переезду разрезных выработок (с учетом накопленного опыта по определению фактических шагов обрушения кровли);

- научное сопровождение процесса переезда механизированным комплексом разрывных нарушений с оперативной выдачей рекомендаций по безопасному поддержанию горных выработок в опасных зонах;

- определение фактических параметров зон опорного давления по выемочным штрекам в период отработки лавы и определение параметров опережающего усиления этих выработок;

- анализ фактических нагрузок на крепь механизированного комплекса при отработке лавы и разработка рекомендаций по подбору механизированной крепи в соответствии с выявленными нагрузками.

ВЫВОДЫ

Разработанная портативная система мониторинга нагрузок на секции механизированной крепи очистного забоя предназначена для выполнения научно-исследовательских работ по изучению геомеханических процессов, протекающих при ведении очистных работ.

Использование результатов НИР по изучению геомеханических процессов, уникальных для каждого месторождения, позволяет разработать и применять оптимальные технологические решения для очистных и монтажно-демонтажных работ. Это способствует увеличению их производительности и эффективности, снижению

материально-технических затрат, сокращению времени простоя очистного механизированного комплекса, а также повышению уровня производственной безопасности при выполнении этих работ.

Список литературы

1. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности. Правила безопасности в угольных шахтах. Сер. 05-40. Пр. № 590 от 19.01.2013.

2. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов». № 116-ФЗ от 21.07.1997.

3. Временное руководство по расчету первичного и последующего шагов обрушения пород кровли при разработке угольных пластов длинными столбами по простиранию в условиях Кузбасса. Кемерово: ВостНИИ, 1973. 22 с.

4. Заятдинов Д.Ф. Позолотин А.С., Лысенко М.В. Методика проведения работ по фактическому определению шага осадки кровли при отработке выемочного участка №14. Кемерово: ООО «РАНК 2», 2014. 10 с.

underground mining

UDC 622.272:622.232.063.54.002.235

© E.V. Aushev, M.V. Lysenko, A.S. Pozolotin, D.F. Zayatdinov, 2017 ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2017, № 5, pp. 38-40

Title

portable system development for mining face powered support section loads monitoring

Doi: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2017-5-38-40 Authors

Aushev E.V.1, Lysenko M.V.1, Pozolotin A.S.1, Zayatdinov D.F.1 1 "RANK 2", LLC, Kemerovo, 650000, Russian Federation

Authors' Information

Aushev Е.V., Lead Scientific and Research Specialist Lysenko M.V., Deputy Director for Scientific Studies, e-mail: [email protected] Pozolotin A.S., PhD (Engineering), Deputy General Director for Scientific and Technological

Zayatdinov D.F., Director for Future Development Abstract

"RANK 2", LLC specialists upgraded existing instrument base through development of the state-of-the-art portable system for mining face powered support section load monitoring; it will enable scientific and research activities execution for safety level improvement, material costs reduction and mining works efficiency boost.

Keywords

Portable monitoring system, Pressure sensor, Caving step, Main roof, Mining face, Break-down chamber, Predrilled break-down chamber, Geomechanics.

References

1. Federalnye normy i pravila v oblasti promyshlennoy bezopasnosti Pravila bezopasnosti vugolnyh shahtah [Federal industrial safety norms and regulations. Safety regulations for coal mines]. Series 05-40, Directive no. 590 dated 19.01.2013.

2. Federalnyy zakon "O promyshlennoy bezopasnosti opasnyh proizvodstven-nyh ob'ektov" [Federal Law "On industrial safety of hazardous production facilities"], no.116-FZ dated 21.07.1997.

3. Vremennoe rukovodstvo po raschetu pervichnogo i posleduyushchego sha-gov obrusheniya porod krovli pri razrabotke ugol'nyh plastov dlinnymi stolbami poprostiraniyu vusloviyah Kuzbassa [Temporary guidelines for calculation of the initial and further roof rock caving steps during coal beds longwall mining]. Kemerovo, VostNII Publ., 1973, 22 pp.

4. Zayatd inov D.F., Pozolotin A.S. & Lysen ko M.V. Metodika provedeniya rabot po fakticheskomu opredeleniyu shaga osadki krovli pri otrabotke vyemoch-nogo uchastka 14 [Methodology for roof settling step empirical determination during extraction area No. 14 mining]. Kemerovo, "RANK 2", LLC Publ., 2014. 10 pp.

" •• .V.i >isK

Ьнэу^п пнно, ря(1атя n iiisxif! jmrit-ил SbTTh БЕЗОПАСНОЙ ЭФФЕКТИВНОМ

klhk с технической страны тль к с тпчк^ зрения ЛКЛНЛМИК1Н

Осноиьшаясь на данных принципах, специалисты ООО тРАНК 2" готовы выполнить следующие научно-исследовательские работы:

обоснование параметров «репк горных выработок инци8ид/альн0 djln горно-геопогичесхйх и горнотехнически* условии какдш шахты

fVi/rhiTHTM iHWofiiNST

/ Г I, ИЛ.Г.Ц I и IliT'itianr.'Lini J--lCVi'

J t'LI.IJiF44 USIl I '.Ц" H.l h _ I ■ ■ F11 iL'ilfelfl LH Ii i ■ III

иысМБщпч;

/ пайюпъ (uüin.ноль hftmfmil 'iwii.t rw^t

ш' -Iipk-1tbii-M!? pdii гь-гф— f Y^rii1"1 и-W........

ППНР- JIMi"мч n rapxnLummii UM yiiioinr.i икгрращи......

обоснование параметров проведении и крелленир выработок. б:цения гормык работ С /чётои геотектонических напрряени^ лкиствуклшхвиасснйе горны* пород

Fe

ц.' Пщничиря праииомч ищйОдге* (форм ввчвчн" ны-ирпщг

ЧШ Ipjüi ■■-.IU I ilAJOV-irM^i I ь 4JPK1 ..................Li I I lutmtU ;iSlÖu'

,r Ofeci ■ ü.iiiiLiriii niAip ППТ|1ШПЫ№ ■ гл;|пш'г;и>|| .i>h.np»>iiii H|wr:ii mpi к •hfpllfiOTEK bttxrtiiotot Н ЙТ

г учпсан финн «и гту:

t/ ППИГ'-V I Г Ii ä.TP Jl WNN jj ,м l' ■ d- Ii I I—.: . ■ ^WW I нЧГ1 ** Mltali* 1 LKIH

пг|шцСЩ'|ф<жсг1> CCOp^flMDih'u, v гу ли i 1л.|ир i .1 tvl-lili-r-fhrit- i i4lt

геомеханическое сопровождение б процессе otpabotäfm

эыемочногоучастха с учетом ®ак№гесии)( шапоё г>«адки

основной >1 непосредственном kp ob гш

Pc.iyribrflTi|.' гютопясг

■ 1Иг-,:"югл'>. BciM'iuny -кимглиии пород ос i""i <[кмги н paipsftcnm игг-t.'

П.: 14- .............

f Опсврег-'"^ psiwohiir.^ _ 14 стераслоло-1 рэин j встаиоянс -ora при hu nnJ о гы с*з n« Lrmr.Tri.^ -с CjJ р р

ИИГ11111111 пешАлени» ич ГЩЦччищщ I горько даачнир, рсшцкнвге ;i: iiLMi iiMi'i- ::i>(MH>4bi Kt^xjrni

. Г г г, ,■ , rij >TLj--'Tp41lir-"T^ ........' Г 'll* ДОМОПЦ 1 ЗЯ МПГЦТ|. h'-П.'м Jlfl

I _: -II.IL-HMMI: Ш !IU_.!J'.l llÜfl >< I .1 ' P НЧ I . II- ___

f' Ori1ii4lv3№t™rtb ы hf.-eitii p. ■■ ju- I M'^-M I.IHH;.-, ^^^MHMn

С Слривг-|>"ь mbflä шмплчйя ^hshxh1ычыл iv^il (с fr1 гни ................

Г■ "Т ПЛ ПТ .'■ППГС (Т.М^ТИТ--!' ТКИ1Г f Л KiirihT ■■ КШ Прп№ "l-.i-'ч

5ue mo-ii hj* ^«crudvl' У flwiJuii'Mib in"""млг.чини 'IIHHhf^^ '"j-^vi" ^i'f.r'i1 JHLÄIM—I-.. "v

Li i-'nnt-i^yii iiaii -nnw «fltyiiii чт ¡вЧертивиШ иыдач« ppm-*(WiiaiJi^ iyi ivKonnr>inu^ rrrLii-iJ( ni. n.-hnrni: n nniirni.ji U 1^.1

Ww roTpEiiii лриа^рнь. '-l о проаомнн и нами pjUoti-j

ГАРАНТИРОВАННО

rlaaucjit

>pO'iin-, 1 »•pHüi-irn и 6й»паспесгн ицпи чрвлг, гн-i

Г KPMPpfJin> пр. CDafTCHMÜL 7 при -фщкс: ilfl^J.j 75-73-57

e-nult: hoiTi ittfc - глпУ4г,П1

40

МАЙ, 2017, "УГОЛЬ"