Мониторинг вентиляции шахты

Когда слышишь ?мониторинг вентиляции шахты?, многие сразу представляют ряд экранов с цифрами, зелеными индикаторами и, возможно, пару аварийных сигналов. Но это лишь верхушка айсберга. На деле, это постоянная борьба с невидимым — с воздушными потоками, которые капризны, как погода, и с системами, которые стареют и ?устают?. Частая ошибка — думать, что установил комплект оборудования, и все, можно спать спокойно. Реальность куда сложнее. Я сам лет десять назад на одной из копей в Кузбассе наступил на эти грабли: поставили современные датчики скорости воздуха и давления, а через полгода выяснилось, что в ключевой выработке плановый расход занижен на 15%. Причина банальна — никто не учел постепенное изменение сечения из-за накопления угольной пыли на крепи. Мониторинг был, а картины реальной ситуации — нет.

Из чего на самом деле складывается система

Итак, основа — это, конечно, замеры. Но какие? Скорость воздуха — да. Но один плюс-минус анемометр в стволе ничего не даст. Нужна сеть. Причем не только в магистральных выработках, но и в тупиковых забоях, где ситуация меняется каждый день. Тут часто экономят, ставят точки реже, чем надо, а потом ломают голову над локальными загазованностями.

Второй пласт — это контроль состояния самих вентиляционных установок (ВУ). Особенно главного проветривания. Вибрация, температура подшипников, расход электроэнергии. Бывает, лопасти вентилятора постепенно обрастают налипшей пылью и грязью, КПД падает, а расходомер на стволе показывает норму. И только анализ тренда мощности двигателя может намекнуть на проблему. Мы как-то на шахте ?Западная? по косвенному признаку — росту вибрации на определенной частоте — вычислили начинающийся расклей лопатки. Заменили вовремя, избежали долгого и дорогого останова.

И третий, самый сложный элемент — интеграция данных и их интерпретация. Показания с десятков точек — это просто цифры. Их нужно сводить в единую динамическую модель шахты. Чтобы понимать: если мы закрыли одну штрек, как это повлияет на депрессию в соседнем крыле? Этим сейчас занимаются неплохие программные комплексы, но они требуют очень точной первоначальной настройки под геометрию конкретной шахты. Ошибся в заложении сопротивления участка — вся модель пойдет вразнос.

Оборудование: выбор и подводные камни

С датчиками сейчас полегче, но свои нюансы есть. Беспроводные сенсоры — модно, но в глубоких выработках с сильными электромагнитными помехами от тяговых сетей или частотников могут быть проблемы со стабильностью связи. Приходится комбинировать: магистраль — проводные линии, тупики — радиоканал с ретрансляторами. Важно смотреть на исполнение. Пыле-влагозащита IP68 — это не прихоть, а необходимость. Помню, партия якобы ?шахтных? датчиков от одного поставщика начала массово выходить из строя из-за конденсата внутри корпуса. Оказалось, уплотнители не рассчитаны на постоянные перепады температуры от +25 у ствола до +5 в глубине.

Отдельная тема — газоанализ. Метан, CO, CO2, оксиды азота. Тут нельзя мелочиться. Сенсоры должны быть с гарантированной поверкой и стабильной калибровкой. Часто экономят на количестве точек контроля метана, расставляя их только по формальным требованиям надзора. Но метан может скапливаться в неожиданных местах, например, за крепежной рамой или в нише. Хорошая практика — дополнять стационарные точки переносными приборами у маркшейдеров и проходчиков. Данные с них тоже можно вносить в общую систему, хоть и вручную.

Что касается производителей, то рынок пестрый. Из надежных, кто давно в теме, можно вспомнить ?Сибирь-Прибор? или ?Тензо-М?. Но и китайские производители сейчас сильно подтянулись. Я, например, видел довольно крепкие решения по мониторингу параметров вентиляторов от компании ООО города Датун Чжунтуоао Электромеханическое Оборудование. У них, судя по сайту https://www.china-dtszta.ru, серьезный производственный комплекс в провинции Шаньси — свои цеха сборки, механообработки. Для комплексного мониторинга вентиляции шахты важно, чтобы поставщик мог дать не просто ?коробку с датчиком?, а понимал, как его оборудование будет работать в связке с другими системами, в агрессивной среде. Их подход к изготовлению силовых шкафов управления для ВУ, с собственным участком сварки и резки, говорит о возможностях делать кастомные решения под конкретную шахту, а это ценно.

Практические сложности и ?подвиги? эксплуатации

Самая большая головная боль — обеспечить бесперебойное питание и целостность линий связи в условиях постоянных передвижений техники, обрушений породы, взрывных работ. Кабель, проложенный по кровле, может быть запросто сдернут погрузочно-доставочной машиной. Поэтому сейчас все чаще тянут в отдельном, защищенном коробе, но это удорожает проект в разы.

Еще один момент — люди. Система мониторинга бесполезна, если диспетчер или горный мастер не умеют читать ее показания. Бывали случаи, когда на пульте давно мигал тревожный тренд по падению депрессии в крыле, но это списывали на ?глюк датчика?, а в итоге оказалось — обрушение в вентиляционном штреке и начало образования завала. Обучение, постоянные тренировки по действиям в нештатных ситуациях — это не бумажная волокита, а must have.

Калибровка и поверка. Это рутина, но от нее зависит все. График должен быть железным. И хорошо, если есть возможность проводить оперативную поверку на месте, эталонными приборами. Ждать месяц специалистов из центра — значит месяц работать с непонятно какими данными.

Интеграция с другими системами и анализ данных

Современный мониторинг вентиляции шахты не живет сам по себе. Его данные должны стекаться в общий диспетчерский центр и пересекаться с информацией из других систем. Например, с системой позиционирования людей и техники. Тогда можно в режиме реального времени видеть: в зоне, где только что остановился дизельный погрузчик, начал расти уровень CO. Или: при проходке забоя в определенном месте всегда возникает локальный переток воздуха, о котором нужно предупредить мастеров.

Анализ исторических данных — золотая жила для профилактики. Можно выявить сезонные зависимости (влияние атмосферного давления), износ оборудования, зоны с хронически высоким аэродинамическим сопротивлением. Однажды такой анализ помог нам обосновать замену участка вентиляционного трубопровода не через плановые 5 лет, а уже через 3, потому что тренд по росту давления был явно нелинейным и указывал на быстрое зарастание сечения.

Слабое звено здесь — часто несовместимость протоколов разных производителей. Оборудование для мониторинга метана — от одного вендора, датчики скорости — от другого, АСУ ТП вентилятора главного проветривания — от третьего. Свести это воедино — задача для опытных инженеров-интеграторов и порой требует написания дополнительного ПО-посредника (middleware).

Взгляд в будущее и итоговые соображения

Куда все движется? Тренд — на предиктивную аналитику и цифровых двойников. Чтобы система не просто показывала текущее состояние, а моделировала ?что будет, если…?: отключим одно крыло, запустим резервный вентилятор, произойдет обрушение в заданном блоке. Это уже не фантастика, пилотные проекты есть.

Но никакой искусственный интеллект не заменит опытного начальника вентиляции, который, пощелкивая языком, слушает звук воздуха в выработке или ощущает его влажность кожей лица. Технологии — это мощный инструмент, но они должны дополнять, а не заменять человеческий опыт и интуицию, выработанную годами под землей.

Так что, возвращаясь к началу. Мониторинг вентиляции шахты — это не про ?поставил и забыл?. Это живой, постоянно развивающийся организм, требующий внимания, финансирования и, самое главное, понимания со стороны руководства, что это — не статья расходов, а базовый элемент безопасности и эффективности добычи. Экономить на нем — все равно что экономить на крепи. Последствия могут быть не просто финансовыми. И хорошо, если у тебя в цепочке поставок есть надежные партнеры, которые понимают эту специфику изнутри, будь то местные заводы или такие компании, как упомянутая ООО города Датун Чжунтуоао Электромеханическое Оборудование, которые, судя по масштабу их производства, ориентированы на серьезные и долгосрочные проекты. В конце концов, от качества воздуха под землей зависят жизни. И это не пафос, а простая констатация факта нашего дела.