CC BY
118
УДК 621.3.08
МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ КОНТРОЛЯ ОБВАЛООПАСНЫХ УЧАСТКОВ БОРТОВ КАРЬЕРОВ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ПОЛУЧЕНИЯ ДАННЫХ В РЕЖИМЕ ON-LINE
Владимир Иванович Востриков
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт горного дела им. Н. А. Чинакала» СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, кандидат технических наук, заведующий лаборатории горной геофизики, тел. (383)217-00-01, e-mail: [email protected]
Никита Сергеевич Полотнянко
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт горного дела им. Н. А. Чинакала» СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, инженер лаборатории горной геофизики, тел. (383)217-00-01, e-mail: [email protected]
Разработан и изготовлен опытный вариант многоканального измерительного комплекса «Карьер-М» для регистрация геомеханического состояния обвалоопасных участков массива горных пород. Осуществлена интеграция в глобальную сеть Интернет, что позволило работать с комплексом в режиме удаленного доступа, получать информацию в режиме on-line в Институте горного дела. В настоящее время комплекс развернут и запущен в опытную эксплуатацию в режиме долговременного мониторинга на самом глубоком в России алмазанос-ном карьере «Удачный» (республика Саха).
Ключевые слова: измерительная система, геомеханическое состояние, удаленный доступ, карьер.
MULTICHANNEL MEASURING EQUIPMENT FOR MONITORING ROCKFALL-HAZARDOUS AREAS IN OPEN PIT MINES WITH ON-LINE DATA ACQUISITION
Vladimir I. Vostrikov
Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Ph. D. Eng, Head of Rock Geophysics Laboratory, tel. (383)217-00-01, e-mail: [email protected]
Nikita S. Polotnyanko
Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Engineer, Rock Geophysics Laboratory, tel. (383)217-00-01, e-mail: [email protected]
The prototype multichannel measuring equipment Karier-M has been designed for geome-chanical monitoring of rockfall-hazardous areas in rock masses. Integration of the equipment into Internet enables remote operation of the equipment and on-line data acquisition at the Institute of Mining. Currently the equipment is being under trial operation in the mode of long-term monitoring in Russia's deepest diamond open pit mine Udachny in Republic of Sakha.
Key words: measuring system, geomechanical conditions, remote access, open pit mine.
Современный этап добычи полезных ископаемых открытым способом характеризуется значительным увеличением глубин их извлечения, которые могут достигать нескольких сотен метров. Дальнейшее углубление карьеров приводит к постановке вопроса: либо выполаживать углы откоса бортов, либо их увеличивать. Принятие первого положения приводит к увеличению объема вскрышных работ и, как следствие, к значительному увеличению финансовых и трудовых затрат. Увеличение угла наклона бортов позволяет радикально минимизировать затраты на разработку глубокозалегающих месторождений полезных ископаемых открытым способом. При таком подходе ведения горных работ возникает необходимость организации инструментальных наблюдений за деформациями бортов, уступов карьеров.
Карьер "Навахаб" (республика Намибия) по добыче золота ведет разработку крутопадающего (под углом 70°) рудного тела. Достигнутая глубина горных работ - 200 метров. В 1998 на восточном борту карьера произошло обрушение пород высотой 15 м. В 1999 году здесь же высота обрушенных пород составила 30 м, а в 2001 году - 50 м [1].
Произошедшие аварийные обрушения инициировали организацию системы комплексного мониторинга устойчивости бортов карьера. Для этого был разработан комплекс мониторинга, включающий три основные компоненты. Это маркшейдерские наблюдения за сдвижением горных пород посредством системы отражающих призм, установленных на различных отметках по периметру карьера. Второй компонент - сейсмологическая сеть из восьми трехком-понентных датчиков, четыре из которых размещены вблизи поверхности, а четыре в глубоких (150-200 м) специально пробуренных скважинах. Установленные датчики обеспечивают регистрацию сейсмособытий с энергией в первые Джоули. Получаемая информация по цифровым радиоканалам и Интернету в режиме реального времени передается в район Кейптауна, в головной офис ISSI, где производится ее обработка и интерпретация.
Третий компонент - с помощью сенсорных датчиков индуктивности осуществляется непосредственный контроль деформационных процессов в бортах карьера. Запись информации производится непрерывно. При достижении деформациями некоторого критического значения включается звуковая сигнализация и в карьер подается ароматический газ. Это является оповещением по задействованию плана ликвидации аварий. Таким образом, за счет применения современных систем инструментального контроля обеспечивается высокая эффективность и безопасность горных работ на карьере.
В [2] рассмотрена автоматизированная измерительная система оценки устойчивости бортов карьера, основанная на различных методах регистрации явлений, предшествующих крупномасштабному разрушению: электрофизический, индукционный, электромагнитный, оптический, акустический, пьезоэлектрический. Передача информации осуществляется по сотовым каналам связи. Но эта система не существует в натурном виде, не испытывалась на реальных горных предприятиях и, соответственно, говорить о ее реальном применении не имеет смысла.
В измерительном комплексе "Сдвиг-4МР" [3] применяются датчики непосредственно измеряющие смещения геоблоков. Анализ применения этого измерительного комплекса показал его существенные недостатки с точки зрения эксплуатации. Отсутствие дистанционной передачи данных не позволяет оперативно обрабатывать информацию и обеспечить принятие экстренных мер при чрезвычайных ситуациях. Значительное потребление энергии от аккумуляторов уменьшает время работы в автономном режиме. Значительный вес станции, кабельное соединение датчиков со станцией, крепление датчиков цементными составами на поверхности трещины, отсутствие защиты от атмосферных воздействий (влаги) приводят к снижению мобильности, создает определенным трудностям при перестановке комплекса на другие места регистрации, ставит под сомнение качество измерений.
Более совершенная система [4, 5] обладает дистанционной передачей данных, существенно снижены массогабаритные характеристики и энергопотребление. Применение разжимных датчиков, устанавливаемых непосредственно в трещину, повышает достоверность регистрации и значительно упрощает развертывание системы для производства измерений.
Измерения на горных предприятиях (карьерах, подземных рудниках), а тем более долговременный мониторинг каких-либо геодинамических процессов требует применения специфической измерительной аппаратуры, отвечающей условиям эксплуатации в натурных условиях. К таким эксплуатационным характеристикам относятся:
- мобильность аппаратуры, весогабаритные параметры, автономность по энергопитанию;
- простота развертывания комплекса для производства мониторинга, простота установки измерительных датчиков без применения укрепляющих составов в виде клеев и цемента;
- дистанционный съем информации;
- минимальные трудозатраты на обслуживание.
Если аппаратура не соответствует этим требованиям, то ее применение вызывает большие проблемы по эксплуатации, практически, такая аппаратура не жизнеспособна.
Опытная эксплуатация измерительных комплексов "Карьер" [3, 4], для регистрации подвижек геоблоков в бортовых откосах глубоких карьеров выявила их недостатки, что позволило выработать требования для модернизации комплексов. Разработанный комплекс "Карьер-М", функциональная схема которого представлена на рис. 1, - это по существу новая разработка, созданная для работы на руднике "Удачный".
При разработке комплекса "Карьер-М" был учтен опыт эксплуатации выше описанных систем. Разработан датчик с передачей измерительной информации по радиоканалу непосредственно на базовый ретранслятор, развернутый на краю карьера, что позволило отказаться от блоков сбора информации и кабельных соединений. Существенное уменьшение энергопотребления датчиков позволило исключить применение карьерных трансформаторных подстанций
(КТП). Значительно уменьшен вес датчика и расширен диапазон регистрации, что повысило мобильность комплекса и упростило его развертывание для производства измерений.
Рис. 1. Функциональная схема комплекса "Карьер-М"
Создан канал передачи информации от Центра сбора информации в локальную сеть Управления комбината на компьютеры в маркшейдерском отделе и отделе деформационных измерений. Интеграция комплекса в глобальную сеть Internet позволяет управлять комплексом и снимать измерительную информацию с сервера, установленного в Институте горного дела.
Модернизация комплекса "Карьер" привела по существу к разработке нового измерительного комплекса, получившего название "Карьер-М". Новый комплекс обладает значительно лучшими эксплуатационными характеристиками. Выполнена интеграция в локальную сеть ГОКа и в глобальную сеть Интернет, таким образом, осуществлена возможность работать с комплексом в режиме удаленного доступа, получать информацию в режиме on-line в Институте горного дела, а также удаленно управлять работой комплекса. Претерпели значительное усовершенствование электронные узлы датчиков. Передача информации с них передается непосредственно на базовый ретранслятор, установленный на краю карьера, т.е. удалось исключить дополнительные блоки сбора и передачи информации, которые устанавливались возле датчиков. Значительно
минимизировано электропотребление датчиков, что позволило осуществлять их питание от малогабаритных источников и, таким образом, отказаться от применения карьерных трансформаторных подстанций. Без замены источников питания датчики могут работать в течение одного года. Применение специализированных электронных компонентов расширило температурный диапазон работы комплекса в сторону низких значений до значений - 40°С.
Эти и ряд других усовершенствований, в том числе и программного обеспечения, позволило повысить мобильность комплекса, уменьшить весогабарит-ные характеристики, упростить развертывание комплекса для производства измерений, значительно уменьшить трудозатраты на обслуживание.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Барях А.А. Южноафриканское техническое сафари. // «Горное эхо» - 2006. - № 6.
2. Демьянов В.В. Автоматизированная телекоммуникационная система контроля устойчивости бортов карьера // Горный информационно-аналитический бюллетень . - 2009. -№ 12,С. 93-95.
3. Димаки А. В., Псахье С. Г. Распределенная измерительная система для мониторинга смещений по границам раздела блочных сред на базе комплекса "Сдвиг 4MP". // ФТПРПИ -2009. - № 2.
4. Востриков В.И., Ружич В.В., Федеряев О.В. Система мониторинга обвалоопасных участков бортов глубоких карьеров // ФТПРПИ. - 2009. - № 6.
5. Vostrikov V.I., Oparin V.N. Multichannel Instrumentation System for Strain and Displacement Measurements // Proceeding of the 2009 International Symposium on Mechatronic and Biomedical Engineering and Applications. Taiwan, № 5, 2009.
© В. И. Востриков, Н. С. Полотнянко, 2015
