CC BY
56
А.С. Голик
д-р техн. наук, проф., ведущий научный сотрудник ОАО «НЦ ВостНИИ»
О.С. Токарев
помощник командира Прокопьевского ОВГСО УВГСЧ МЧС России
УДК 622:[502.3:543.06]
СИСТЕМА МОНИТОРИНГА АТМОСФЕРЫ ЛОКАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ (СМАЛО) ДЛЯ ГАЗОВОГО КОНТРОЛЯ ГОРНОСПАСАТЕЛЯМИ В АВАРИЙНЫХ УСЛОВИЯХ ШАХТ
Для оперативного контроля газовой атмосферы при ведении аварийно-спасательных работ разработана система мониторинга атмосферы локальных объектов, работающих в режиме реального времени.
Система позволяет значительно повысить безопасность ведения аварийно-спасательных работ подразделениями ВГСЧ МЧС России.
Ключевые слова: ДИСТАНЦИОННЫЙ ОТБОР ПРОБ, РУДНИЧНЫЙ ВОЗДУХ, ДОСТОВЕРНОСТЬ ПРОБ, УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ, МАЛЫЙ ВЕС, МОБИЛЬНОСТЬ СИСТЕМЫ, КОНТРОЛЬ КОЛЕБАНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ, ДЛИТЕЛЬНОСТЬ АВТОНОМНОЙ РАБОТЫ
При выполнении аварийных и технических работ на шахтах подразделениями ВГСЧ постоянно возникают ситуации, при которых нужно иметь полную информацию о газовой атмосфере одновременно в нескольких местах (точках) аварийного участка (шахты).
На сегодняшний день полный дистанционный газовый контроль аварийного участка может производиться только методом отбора проб рудничного воздуха по заранее проложенным полиэтиленовым шлангам. Длина их может достигать от нескольких десятков метров до нескольких километров. На отбор проб рудничного воздуха на аварийном участке уходит большое количество времени, что делает невозможным оперативный контроль за газовой атмосферой в режиме реального времени, приводит к неконтролируемому развитию подземной аварии и представляет угрозу для жизни горноспасателей. Во многих случаях при возникших осложнениях при ликвидации аварий произвести дистанционный отбор проб рудничного воздуха по ряду причин бывает невозможно. При прокладке шланга для дистанционного отбора проб воздуха на длинные расстояния (с места возникновения аварии до безопасной выработки, откуда будет производиться отбор пробы, или поземной базы, где располагаются горноспасатели) повышается вероятность
получения недостоверных показаний проб воздуха из аварийного участка. Это возникает из-за нарушения герметичности на стыках шланга, повреждении его при транспортировке и прокладке. Все эти факторы занижают концентрацию пожарных газов в отобранных пробах и искажают действительную картину на аварийном участке, что приводит к усложнению выполнения горноспасательных работ и повышению риска работы горноспасателей.
Для оперативного контроля газовой атмосферы при ведении аварийно-спасательных работ в постоянном режиме времени разработана новая современная система мониторинга атмосферы локальных объектов СМАЛО.
Система СМАЛО имеет большую универсальность, быстрое развертывание (установку), мобильность и малый вес. Это позволяет в короткий срок установить систему и производить газовый контроль одновременно за несколькими участками (горными выработками или отдельными аварийными точками) из безопасного места (подземной базы или командного пункта).
Система имеет совместимость с имеющимися на шахтах стационарными системами газового контроля (типа «Микон» и др.). Это позволяет соединять две системы и вести непрерывный контроль за газовой атмосферой аварийного участка у оператора автоматической газовой защиты (АГЗ) или на
командном пункте (в кабинете главного инженера). Вся поступающая информация в режиме реального времени высвечивается на дисплее компьютера (или контроллера блока СПИ) и записывается в память. В случае превышения установленного газового порога или образования взрывчатой газовой смеси выдается световой и звуковой сигналы тревоги. Это позволяет точно знать газовую атмосферу аварийного участка, своевременно принимать меры по недопущению взрывчатой концентрации газов и максимально обезопасить работающих на ликвидации аварии горноспасателей и шахтеров.
В системе предусмотрен дистанционный контроль за изменением колебаний температуры и давления в аварийной выработке, что позволяет контролировать возникающие газодинамические явления в аварийных выработках.
Разработанная для горноспасателей система СМАЛО по своей мобильности, скорости развертывания, длительности автономной работы в настоящее время не имеет аналогов в мировой практике и защищена патентом на полезную модель № 103135.
Система СМАЛО выполняет следующие функции:
• непрерывное измерение концентраций контролируемых газов в соответствии с типами под-
ключенных датчиков, температуры окружающего воздуха и атмосферного давления;
• фиксацию результатов измерения концентрации контролируемых компонентов в режиме реального времени;
• хранение зафиксированных значений концентрации контролируемых компонентов по дате и времени фиксации;
• преобразование измеренных значений в цифровой код;
• обеспечение возможности передачи зафиксированной информации по каналам цифровой связи стационарных информационных систем по интерфейсу RS-485;
• обеспечение возможности передачи накопленной информации на автономный блок снятия и хранения информации (АБСИ) через ИК-порт.
Кроме того, имеет длительную возможность автономной работы (24 часа и более) от собственной аккумуляторной батареи без использования внешних источников питания.
Данная система применяется при отсутствии технической возможности разворачивания имеющихся на шахтах стационарных систем аэрогазового контроля.
К нлфармадютштй сегн
БД - блок- датчик; КК - коробка клеммная; ИП - внешний источник питания с искробезопасным выходом; УС RS-485 - внешнее устройство сопряжения (искробезопасный барьер); К1 - кабель связи (ИП - БАП); К2 - кабель связи (блок СПИ - УС RS-485);
КЗ - кабель, соединяющий БАП с блоком СПИ и блок-датчиками
Рисунок 1 - Пример конфигурации системы СМАЛО для шахт и рудников, опасных по газу и пыли,
с использованием блок-датчиков
Система СМАЛО (рисунок 1) содержит:
• блок сбора информации переносной (СИП);
• блок аварийного питания (БАП);
• датчики измерения концентраций газов и параметров атмосферы серии ИТС 2 различного назначения (таблица 1);
• кабель и связи, соединяющие блок в единую систему;
• кабельные коробки (КК);
• автономный блок сбора и хранения информации АБСИ с зарядным устройством и программным обеспечением передачи хранящейся информации в персональном компьютере с помощью ИК-порта.
Связь между блоками системы осуществляется с помощью четырехжильного кабеля. Кабель отвечает условиям эксплуатации и требованиям к применению в угольных шахтах. Весовые характеристики кабеля позволяют разворачивать СМАЛО минимальным составом подразделения спасателей, поэтому используется кабель с минимальным количеством жил и минимальным сечением медной части.
По четырехжильному кабелю связи осуществляется питание всех блоков и передача цифровой информации при помощи интерфейса RS 485.
Выходные каскады интерфейса RS 485 каждого блока обеспечивают связь (прием и передачу цифровой информации) с 16 блок-датчиками различного назначения на расстоянии не менее 1 км. При этом выходные цепи каскада RS 485 обеспечивают искробезопасность при различных комбинациях напряжений и повреждений соединений проводов кабеля.
Питание системы СМАЛО может осуществляться автономно при помощи блока БАП либо непосредственно от искробезопасной сети питания шахты с напряжением до 12 В.
Накопленная в памяти блока СПИ информация о газовом составе атмосферы может быть считана в любой момент времени по инфракрасному порту и перенесена в компьютер для просмотра, анализа и построения гистограмм.
Простота в применении системы не требует специальной подготовки личного состава. На подземной базе или в любом безопасном месте, где может разместиться отделение ВГСЧ, устанавливаются блок сбора информации переносной (СПИ) и блок аварийного питания (БАП). При наличии внешнего источника питания производится подключение к нему блока БАП, а при отсутствии блок БАП обеспечивает автономное питание продолжительностью
Таблица 1 - Применяемые датчики ИТС в системе СМАЛО
№ п/п. Изме- ряемый компо- нент, единица измере- ния Метод измере- ния Диапазон измерения Пределы допускаемой основной погрешности, не более, % Условия эксплуатации Выходной сигнал Маркировка взрывозащиты
1 СН4, %, об. доля Термо- каталити- ческий от 0 до 2,5 Дд= ± 0,1 от - 20 до + 40 °С РО Exiasl X
от 5 до 100 Дд= ± 3,0 от 60 до 119,7 кПа
2 СН 4,%, об. доля Термо- кондукто- метри- ческий от 0 до 100 Ад = ± 3,0 от - 40 до + 55 °С от 60 до 119,7 кПа РО Exiasl X
3 (СН4+Н2), % НКПР Термо- каталити- ческий от 0 до 57 Ад = ± 5,0 от - 40 до + 55 °С от 87,8 до 119,7 кПа Цифровой, RS-485 РО Exiasl X / 1 Exiadll В+Н2Т4Х
4 СО, ppm (млн-1) от 0 до 500 Ад = ± 50 от - 30 до + 45 °С РОЕхіаІ X/
Электро- хими- от 500 до 5000 Ад = ±10 от 87,8 до 119,7 кПа 1 ЕхіаИВ+Нг Т4 X
5 о2,%, об. доля чески и от 0 до 25 Дд= ± 0,6 от - 30 до + 45 °С от 87,8 до 119,7 кПа РОЕхіаІ X/ 1 Ехіаі ІВ+Нг Т4 X
6 со2,%, об. доля Оптичес- кий инфра- красный от 0 до 2 Ад= ± 0,1 от - 20 до + 45 °С от 87,8 до 119,7 кПа РОЕхіаІ X/ 1 ЕхіаИВ+Нг Т4 X
не менее 24 ч. Далее от блока СПИ протягивается кабель в место контроля рудничной атмосферы (рисунок 1) и через быстросъемное соединение кабель подсоединяется к клеммной коробке (КК). К клеммной коробке подключаются датчики (не более четырех), конфигурация которых выбирается из условия необходимости контролируемых газов. Таким способом можно обеспечить одновременный контроль газа, температуры и давления в пяти точках аварийного участка. Вся информация
о составе рудничной атмосферы поступает в блок СПИ. Отделение, находящееся на подземной базе, контролирует всю поступающую информацию. Вся полученная информация записывается в память блока СПИ. При превышении предельно допустимых концентраций контролируемого газа на блоке
СПИ срабатывает звуковая и световая сигнализация. Записанная информация с помощью инфракрасного порта снимается на автономный блок сбора и хранения информации (АБСИ) и выводится на компьютер в виде табличных данных или гистограммы.
Использование данной системы для горноспасателей позволит обеспечить безопасность ведения аварийно-спасательных работ подразделениями ВГСЧ МЧС России. Владение полной газовой обстановкой на всех опасных участках позволит своевременно определить нужное направление работ при ликвидации аварии, концентрацию необходимых сил и средств, оборудования и материалов для ликвидации аварий.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 Устав военизированной горноспасательной части (ВГСЧ) по организации и ведению горноспасательных работ на предприятиях угольной и сланцевой промышленности. - М., 1997. - 201 с.
2 ПБ 05-618-03. Правила безопасности в угольных шахтах. - Сер.05. - Вып. 11. - М.: ЗАО НТЦ ПБ, 2012. - 248 с.
3 Инструкция по предупреждению и тушению подземных эндогенных пожаров в шахтах Кузбасса. - Кемерово, 2007.
4 ТУ 4215-014-76434793-10. Блок сбора информации переносной СПИ.
LOCAL OBJECTS ATMOSPHERE MONITORING Голик Анатолий Степанович
SYSTEM (SMALO) FOR MINE RESCUERS GAS e-mail: goliksomaneb@rambler.ru
CONTROL IN A MINE ACCIDENT CONDITIONS Токарев Олег Сергеевич
A.S. Golik, O.S.Tokarev e-mail: povgso-oper@mail.ru
For gas atmosphere operational control during mine
rescue works local objects working in real time mode
atmosphere monitoring system is developed.
The system allows to increase significantly the
safety of rescue works done by VGSCh MChS of
Russia subdivisions.
Key words: REMOTE SAMPLE TAKING, MINE AIR,
RELIABILITY OF SAMPLES, UNIVERSALITY, LOW
WEIGHT, SYSTEM MOBILITY, TEMPERATURE
AND PRESSURE FLUCTUATION CONTROL,
DURATION OF AUTONOMOUS WORK
72
