Технические науки/6.Электротехника и радиоэлектроника

Мехтиев А.Д.. Нешина Е.Г., Нуржанова О.А.

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Томский политехнический университет, Россия

Оптимизация волоконной оптики для автоматизации угольных шахт

Системы технической поддержки считаются основными системами при добыче руды. Благодаря успешному внедрению волоконно-оптического кабеля для мониторинга давления и анализа рабочих характеристик щитовых опор было достигнуто значительное развитие автоматизации подземных угольных шахт.

Проектирование и планирование подземной шахты нацелено на создание интегрированной шахты, в которой добыча и переработка полезных ископаемых осуществляется для выделенного рынка при минимальных эксплуатационных расходах. Горная система требует междисциплинарной инженерной структуры и координации его работы [1]. Этот сложный массив подсистемы также включает в себя безопасность горных работ. Несомненно, подземные шахты представляют собой одну из самых сложных и жестких сред для работы людей. Несмотря на то, что безопасность рассматривается как одна из ключевых проблем, ограничения в возможности технологического решения, стоимости и самой природы подземного рудника ограничивают возникновение единого механизма обеспечения полной безопасности для горнорабочих в любой области, что очень важно для надлежащего и быстрого завершения проекта.

С учетом проведенного анализа требуется тщательное исследование, чтобы лучше понять геомеханическое поведение слоев и производительность поддержки во время работы лавы, чтобы свести к минимуму остановки и задержки производства, чтобы обеспечить более высокую производительность и безопасную рабочую среду для рабочих и механизмов. Для этого необходимо проводить надлежащий мониторинг пластов с использованием современной измерительной техники, приняв подходящую схему для решения всех проблем, связанных с пластами и поддерживающего поведения. Сопротивление давления и торцевого уплотнения являются двумя важнейшими параметрами для количественного определения поведения пластов и характеристик поддержки в заданном состоянии геодобычи. Компиляция полевых данных показывает, что наблюдения проводятся вручную обычно один раз в день или смену [2]. Более того, они не являются систематическими.

В таких условиях желательно иметь программу интенсивного мониторинга давления поддержки с использованием современных систем непрерывного мониторинга с использованием электронных гаджетов, чтобы осуществлять мониторинг и хранение данных через требуемые интервалы времени. Реализация миниатюрных интегральных схем, подходящая конструкция безопасных систем электропитания и микроэлектроники для хранения и передачи данных может быть полезна при разработке экономически эффективных систем непрерывного мониторинга.

Оптическое волокно считается искробезопасным, если световая энергия, передаваемая по волокну, находится на уровне или ниже определенного уровня мощности. Они не подвержены влиянию шума, молнии, помех от ВЧ, ЭДС, электромагнитных помех и гармоник от приводов VFD, распространенных в горной промышленности. Использование волоконной оптики для надежной связи при мониторинге, анализе и управлении оборудованием и объектами в ходе горного процесса повысит безопасность и эффективность производства. Волоконно-оптическая связь уникально подходит для подключения данных в режиме реального времени от датчиков окружающей среды и оборудования для обеспечения максимальной производительности при соблюдении самых высоких стандартов безопасности. Волоконно-оптические кабели должны быть соответствующим образом бронированы, чтобы они оставались работоспособными при следующих условиях: рутинное движение подземных транспортных средств, обрушение подземной крыши, затопление подземных вод, воздействие волны давления, возникающей в результате подземных взрывов. Заземление кабеля вместе с пылью дробилки на глубине 0,6 м должно обеспечивать защиту от огня, дробления во время работы машины и отказа крыши [2].

Рассмотрим каротажную систему с батарейным питанием, которая состоит из 8-канального регистратора данных, расположенного в прочном защищенном огнеустойчивом (FLP-WP) корпусе. В этом корпусе также предусмотрена искробезопасная цепь (IS). Питание регистратора данных и датчика дается литиевой батареей в корпусе FLP-WP. Система может непрерывно регистрировать показания в течение более одного года. Для каротажной системы внешний источник питания не требуется. Этот регистратор данных можно также подключить к DS 100 Ethernet Adapter через кабель IC209 и FO media (использовать для преобразования цифрового сигнала в оптический и оптический в цифровой) преобразователь для передачи данных до 20 км без каких-либо потерь. Данные могут контролироваться онлайн и / или загружаться на ПК, подключенный к сети. Есть два выходных кабеля от регистратора данных к коробкам соответственно. Регистраторы могут быть индивидуально запрограммированы для регистрации данных с датчиков при разных интервалах регистрации в диапазоне от 16 часов до 1 миллисекунды.

Данную разработанную систему можно использовать для проекта автоматизации с использованием руды. В этой системе данные реального времени поступают со скоростью 19,2 Кбит/с из одной системы, которая преобразуется в оптический сигнал с помощью медиаконвертера и наоборот. Адаптер Ethernet DS100 используется для программирования системы с целью регистрации данных с интервалом 10 миллисекунд. После преобразования данных в оптический сигнал, этот сигнал перемещается одномодовым оптоволоконным кабелем. Одиночный режим, использующий только 2 волокна с относительно узким диаметром, может распространять длину волны от 1300 до 1320 нм. Каждой системе присваивается уникальный IP-адрес, который может быть вызван для извлечения нагрузки и конвергенции различных лицевых опор, установленных на лицевой панели в длинной стене.

Регистратор данных и датчики представлены на рисунке 1.

Рисунок 1 - Регистратор данных и датчиков

Было обнаружено, что испытание системы непрерывного мониторинга полезно для определения пиковой нагрузки, нормального состояния и деформации опор горной выработки. Эта информация может быть получена управлением обслуживания шахты в режиме реального времени для принятия необходимых мер по техническому обслуживанию. В настоящее время соединение оптоволоконного кабеля в подземной шахте использует технологию сварки под высоким давлением, что связано с проблемой безопасности. Требуется разработать механический метод и устройство для одномодового волоконно-оптического кабеля, соединяющегося с меньшим уровнем затухания сварки менее 0,1 дБ и без электрической искры.

Литература:

1 Дмитриев С.А., Слепов Н.Н. Волоконно-оптическая техника: Современное состояние и перспективы. - М.: ООО "Волоконно-оптическая техника", 2005. – 576 с.

2 Yurchenko, A.V., Gorlov N.L., AIkina A.D., Mekhtiev A.D. Kovtun, A.A. Research of the additional losses occurring in optical fiber at its multiple bends in the range waves 1310 nm, 1550nm and 1625nm long. Journal of Physics: Conference Series, 2016.