Zastosowanie bezprzewodowego systemu inklinometrii na przykładzie wdrożenia w KWK Pniówek

Zastosowanie bezprzewodowego systemu inklinometrii produkcji Centrum Hydrauliki DOH na przykładzie wdrożenia w KWK Pniówek
 

1. Wprowadzenie
Rozwój technologii bezprzewodowych znacząco przyczynia się do zwiększenia efektywności i bezpieczeństwa w różnych branżach, w tym także w górnictwie. Dzięki zastosowaniu nowoczesnych rozwiązań, możliwe jest wprowadzenie innowacyjnych systemów, które zwiększają kontrolę nad procesem wydobycia. Systemy bezprzewodowe oferują duże korzyści, takie jak łatwość instalacji urządzeń, odporność na awarie zasilania, skalowalność oraz eliminują konieczność stosowania kabli narażonych na uszkodzenia.

 


 

Obecnie do diagnostyki maszyn, z których składa się kompleks wydobywczy, wykorzystuje się systemy informatyczne ze względu na ich zdolność do precyzyjnego zbierania, przetwarzania i analizowania dużych ilości danych. Dzięki temu możliwe jest szybkie wykrywanie i reagowanie na potencjalne problemy, co zwiększa efektywność i bezpieczeństwo. W przypadku sekcji obudowy zmechanizowanej najbardziej rozpowszechniony jest system monitorowania ciśnienia. Ciągły pomiar ciśnienia w stojakach, podporach stropnicy oraz magistralach zasilających i spływowych pomaga szybko reagować na wszelkie anomalie, co minimalizuje ryzyko awarii oraz przedłuża żywotność sprzętu. Analiza ciśnienia nie umożliwia jednak precyzyjnego określenia ustawienia sekcji w wyrobisku ścianowym, a osiągnięcie ciśnienia wstępnego nie stanowi gwarancji prawidłowości jej ustawienia. Kontrola poprawności geometrii sekcji obudowy zmechanizowanej w wyrobisku przyczynia się więc do utrzymania jej w dobrym stanie technicznym. Informacja o geometrii jest przydatna także w przypadku określania zagrożeń płynących z wpływu górotworu na obudowę zmechanizowaną. Szczegółowa analiza danych umożliwia oszacowanie rozkładu sił w węzłach konstrukcyjnych sekcji.

2. Opis systemu
Bezprzewodowy system inklinometrii umożliwia precyzyjny pomiar położenia poszczególnych elementów sekcji obudowy zmechanizowanej, a co za tym idzie pozwala określić wysokość, na jaką jest ona rozparta. Kluczowym elementem systemu jest bezprzewodowy inklinometr (rys. 1), którego zadaniem jest pomiar nachylenia podłużnego i poprzecznego elementu, do którego został zamocowany. Inklinometry instalowane są na czterech głównych elementach sekcji – spągnicy, łączniku lemniskatowym, osłonie odzawałowej oraz stropnicy (rys. 2). Takie rozlokowanie czujników pozwala dokładnie określić geometrię sekcji. Urządzenia wyposażone są w moduły radiowe i komunikują się między sobą w układzie szeregowym, co pozwala na przesłanie informacji od końca ściany do jej początku, gdzie znajduje się konwerter transmisji, zapewniający połączenie między urządzeniami bezprzewodowymi, a tymi komunikującymi się przewodowo. Następnie dane trafiają do serwera, gdzie są archiwizowane, przetwarzane i wizualizowane. Mobilny komunikator systemowy umożliwia lokalny podgląd mierzonych wartości dla sekcji znajdujących się w jego zasięgu radiowym. System inklinometrii może być stosowany jako niezależny system lub stanowić doposażenie systemu monitorowania ciśnienia. Dopełnieniem systemu jest wizualizacja zmierzonych wartości w postaci planszy, na której graficznie przedstawione jest ustawienie sekcji w sposób przyjazny użytkownikowi. Wszystkie sekcje, których położenie jest monitorowane, przedstawione są z profilu w sposób uproszczony na jednym ekranie, co pozwala na szybkie określenie, czy ewentualna awaria dotyczy pojedynczej sekcji, czy całej obudowy, czy też związana jest z rejonem eksploatowanej ściany. Dodatkowo na planszy wizualizacji wyświetlana jest informacja o osiąganych wysokościach, nachyleniach poprzecznych poszczególnych elementów sekcji obudowy oraz nachylenie podłużne spągnicy i stropnicy (rys. 3).

 

Analiza nachylenia poprzecznego i podłużnego pozwala określić położenie sekcji obudowy zmechanizowanej w wyrobisku ścianowym. Dzięki niej możliwe jest określenie istotnych parametrów sekcji obudowy zmechanizowanej, na przykład równoległość stropnicy względem spągnicy, nachylenie stojaków lub określenie wzajemnego położenia stropnicy z osłoną odzawałową. Przy odpowiednio gęstej zabudowie czujników, dzięki znajomości wysokości poszczególnych sekcji, możliwa jest prezentacja furty eksploatacyjnej, co w przejrzysty sposób prezentuje utrzymanie prawidłowej wysokości wyrobiska. Pomiary historyczne pozwalają na powrót do określonej chwili w przeszłości i szczegółową analizę zaistniałej sytuacji, w czym również pomaga zestawienie wszystkich sekcji, których położenie jest monitorowane. Dodatkowo system umożliwia wprowadzenie wysokości referencyjnej między dwoma określonymi, łatwo dostępnymi punktami na sekcji, w celu weryfikacji pomiarów dokonywanych przez system z pomiarem ręcznym. Takie podejście umożliwia potwierdzenie pomiarów bez narażania mierniczych na znajdowanie się w niebezpiecznym rejonie.

3. Wdrożenie
W ostatnim okresie system inklinometrii został wdrożony w KWK Pniówek, stanowiąc uzupełnienie bezprzewodowego monitoringu ciśnienia DOH DROPSy. Położenie sekcji w ścianie N1 pokładu 405/2 monitorowane jest na co dziesiątej sekcji (łącznie 15 monitorowanych sekcji). Stały dostęp do gromadzonych danych pozwala na kontrolę parametrów pracy sekcji obudowy zmechanizowanej. Pełna ocena współpracy sekcji ze stropem możliwa jest jedynie w przypadku doposażenia monitoringu ciśnienia o system geometrii sekcji. Dzięki przejrzystej prezentacji wysokości uzyskanych przez poszczególne sekcje, można w szybki sposób określić, czy pracują one w swoim zakresie roboczym. Informacja niesiona przez nachylenie poprzeczne elementów obudowy pozwala na określenie, czy sekcja nie zatapia się w spągu, a dodatkowa informacja o nachyleniach podłużnych spągnicy oraz stropnicy daje jasne informacje dotyczące kolizji sąsiadujących sekcji.

4. Podsumowanie
Stosowanie systemu inklinometrii w pozytywny sposób wpływa na efektywność pracy obudowy zmechanizowanej, a co za tym idzie – wyrobiska. Stały nadzór nad poprawnością ustawień sekcji zmniejsza ich awaryjność, co przekłada się na mniejszą liczbę koniecznych napraw i przestojów. Zastosowanie tego systemu wpływa korzystnie nie tylko na niezawodność maszyn, ale także na bezpieczeństwo pracującej załogi. Jest to możliwe między innymi przez analizę prowadzenia stropu oraz wprowadzanie bieżących korekcji przy wykryciu nieprawidłowości. Zastosowanie obu systemów: monitoringu ciśnienia wraz z systemem inklinometrii umożliwia pełną diagnostykę obudowy zmechanizowanej, gwarantującą utrzymanie właściwych parametrów pracy, umożliwiających prawidłowe prowadzenie obudowy przy zachowaniu podporności roboczej oraz odpowiedniej wysokości wyrobiska.

5. Literatura

• Jasiulek, D., Bartoszek, S., Perůtka, K., Korshunov, A., Jagoda, J., Płonka, M. Shield support monitoring system-operation during the support setting. Acta Montanistica Slovaca [online]. 2019, vol. 24, iss. 4, s. 391 – 401.
• Jasiulek, D., Płonka, M., Lubryka, J. System monitorowania geometrii sekcji obudowy zmechanizowanej. Systemy Wspomagania w Inżynierii Produkcji. 2019, 8, (1), s. 238 – 246.
• Płonka, M., Rajwa, S. Utrudnienia w prowadzeniu sekcji obudowy zmechanizowanej obserwowane podczas pracy w dolnym zakresie jej wysokości roboczej. Mining – Informatics, Automation and Electrical Engineering. 2018, 56, (4), s. 55 – 64.
• Rajwa, S., Prusek, S., Szuścik, J., Gąska, R. Prowadzenie ściany pod gruzowiskiem zawałowym w warunkach zmiennej grubości pozostawionej warstwy przyspągowej. Przegląd Górniczy. 2017, 73, (6), s. 33 – 37.
• Płonka M. Zmienność obciążenia sekcji obudowy w ścianie zawałowej. Prace Naukowe GIG. Kwartalnik Górnictwo i Środowisko 2009, nr 1, s. 41 – 49.
• Zhang, Y., Zhang, H., Gao, K., Xu, W., Zeng, Q., New Method and Experiment for Detecting Relative Position and Posture of the Hydraulic Support. IEEE Access, vol. 7, pp. 181842-181854, 2019.

Norbert Wojnar
Martyna Kanczyk
Mateusz Rosół
Centrum Hydrauliki DOH Sp. z o.o.
www.doh.com.pl