\»Цифровой Казахстан\» — решения от ТОО \»ЭЛГЕО\» для недропользователей

12.12.2017

Александр Копейкин,
генеральный директор ТОО «Элгео»

Основная миссия программы \»Цифровой Казахстан\» — создание цифровой платформы, которая повысит конкурентоспособность отраслей экономики и качество жизни населения.

Применительно к горно-металлургической промышленности это новая индустриальная революция, тесно связанная с внедрением цифровых технологий углубленной аналитики, реализацией проектов по автоматизации процессов на производстве и проектов по обеспечению безопасности на предприятиях горно-металлургического комплекса.
Чрезвычайные происшествия и аварии неизбежны в любой сфере человеческой жизнедеятельности. Но существуют такие области, в которых риск аварий с тяжелыми последствиями и человеческими жертвами гораздо выше, чем на других направлениях. Горнодобывающая промышленность относится к числу наиболее рискованных видов деятельности, а обрушения в шахтах являются одними из самых распространенных причин \»смертей на производстве\».
ТОО \»ЭЛГЕО\» (cайт: www.elgeo.kz, e-mail: info@elgeo.kz) зарегистрировано в 1993 году. До 2002 года оно называлось ПП \»Прибор\». ТОО \»ЭЛГЕО\» в течение ряда лет разрабатывает и производит цифровые системы сейсмического мониторинга, предназначенные для организации мониторинга сейсмической активности в целях регионального прогноза удароопасности участков массива горных пород и руд.
Применение таких систем на удароопасных месторождениях регламентировано Правилами обеспечения промышленной безопасности для опасных производственных объектов, ведущих горные и геологоразведочные работы (утверждены приказом министра по инвестициям и развитию Республики Казахстан №352 от 30.12.2014 г.), пункт 697, пункт 704 подпункт 3, пункт 741, приложение 17, раздел 1.
Прогноз удароопасности участков массива горных пород и руд основан на общей закономерности развития геомеханических процессов, согласно которой редкие обрушения больших объемов массива готовятся образованием большого числа малых трещин, разломов. Поэтому для того, чтобы прогнозировать появление крупномасштабных разрушений, необходимо постоянно отслеживать накопление мелких повреждений массива горных пород. Одним из способов такого отслеживания является регистрация сейсмических событий — сейсмических волн, возникающих при образовании повреждений массива горных пород с помощью систем сейсмического мониторинга, с последующим расчетом географических координат их эпицентров и оценкой их сейсмической энергии.
Кроме сейсмических волн, возникающих в процессе повреждения горных пород, система мониторинга регистрирует также сейсмические волны от промышленных взрывов с последующим определением их координат. Поэтому система сейсмического мониторинга, наряду с наблюдением за повреждением горных пород в целях прогноза обрушений в шахтах, \»по совместительству\» может вести наблюдение за нарушениями при проведении взрывных работ, а также за незаконной деятельностью в шахтах, потери от которой могут быть значительными. Например, на одном из золотодобывающих предприятий Казахстана потери от незаконной добычи золота, согласно опубликованным данным, составляют около 10 млн долларов в год.
В проекте программы \»Цифровой Казахстан\» отмечено, что \»другие страны, обладающие значительными запасами минеральных ресурсов, такие как Австралия, Великобритания, Норвегия, Новая Зеландия и Канада, сумели значительно повысить конкурентоспособность отрасли недропользования на мировом рынке и увеличить долю инвестиций в основном капитале к ВВП страны благодаря преобразованию отрасли с помощью применения инновационных технологий\». В связи с этим интересно отметить, что в упомянутой выше Австралии действует, по меньшей мере, 50 систем сейсмического мониторинга в целях прогноза обрушений (в Южной Африке — 53, в Китае — 27).
Экономический эффект от применения системы сейсмического мониторинга заключается в уменьшении или предотвращении ущерба от чрезвычайных ситуаций, связанных с обрушением подземных горных выработок. Своевременный прогноз позволяет заранее вывести персонал и дорогостоящее оборудование из опасной зоны, выполнить другие защитные мероприятия и, таким образом, предотвратить затраты на восстановление оборудования, выплату компенсаций пострадавшим, которые могут быть значительными. Поэтому наличие системы сейсмического мониторинга на объектах недропользования повышает их инвестиционную привлекательность.
В России с 2015 года проводятся успешные эксперименты по реализации аварийной связи из шахты на поверхность с использованием сейсмических волн. Передающее устройство такой системы связи работает от аккумуляторов, а сама система действует даже тогда, когда из-за аварии в подземных горных выработках нет ни телефонной связи, ни электроэнергии. Цифровая система сейсмического мониторинга, производимая ТОО \»ЭЛГЕО\», в этих условиях будет служить готовым наземным приемником информации, передаваемой из шахты с помощью сейсмических волн. В планах ТОО \»ЭЛГЕО\» предложить аналогичный проект аварийной цифровой системы связи на сейсмических волнах для недропользователей Казахстана.
Таким образом, деятельность ТОО \»ЭЛГЕО\» полностью соответствует целям и задачам программы \»Цифровой Казахстан\».
Производственный процесс в ТОО \»ЭЛГЕО\» построен с широким применением принципа кооперации. ТОО \»ЭЛГЕО\» самостоятельно разрабатывает конструкцию, чертежи и электрические схемы своих изделий, программное обеспечение компьютеров и встроенных микроконтроллеров. Далее другим фирмам заказывается изготовление узлов аппаратуры по нашим чертежам. Окончательная сборка и настройка изделий, участие в монтаже у заказчика и последующее сервисное обслуживание выполняется ТОО \»ЭЛГЕО\».
В настоящее время главным проектом ТОО \»ЭЛГЕО\» являются цифровые системы сейсмического мониторинга для прогноза возможных чрезвычайных ситуаций техногенного характера. Расскажем о них подробнее.
Рис. 1. Размещение системы сейсмического мониторинга из 20 полевых пунктов на месторождении

Цифровая сетевая система сейсмического мониторинга СССМ состоит из сети сейсмических полевых пунктов, связанных в единую систему. На плане согласно рис. 1 показано размещение системы СССМ из 20 полевых пунктов на месторождении.
Сейсмический полевой пункт имеет в своем составе сейсмоприемник (рис. 2),

установленный на поверхности земли или в неглубокой скважине, и электронную цифровую регистрирующую аппаратуру (рис. 3).

Рис. 4. Электронные узлы собственной разработки ТОО \»ЭЛГЕО\»

В составе цифровой электронной аппаратуры наряду с готовыми электронными узлами применяются электронные узлы оригинальной разработки ТОО \»ЭЛГЕО\» (рис. 4).
Связь между полевыми пунктами системы и центром сбора и обработки данных осуществляется с помощью компьютерных сетей. Это может быть локальная компьютерная сеть предприятия, беспроводная сеть Wi-Fi, выделенные проводные или оптоволоконные линии — любое цифровое телекоммуникационное оборудование, подключаемое к компьютеру. Будучи развернутой на территории всего месторождения в составе системы сейсмического мониторинга, такая компьютерная сеть может применяться и как цифровая телекоммуникационная инфраструктура, используемая в интересах различных служб недропользователя при условии, что для работы системы сейсмического мониторинга будет оставлена достаточная часть пропускной способности сети.

Рис. 5. Антенна точки доступа беспроводной компьютерной сети системы сейсмического мониторинга

Антенна точки доступа центра беспроводной сети размещается на высоте, обеспечивающей прямую видимость с антеннами клиентских станций беспроводной сети полевых пунктов. Например, на рис. 5 показана установка одной из антенн центра беспроводной сети на копре шахты на высоте около 100 м.

На рис. 6. показан монтаж клиентской станции беспроводной сети,

на рис. 7 и 8 — сами клиентские станции беспроводной компьютерной сети.

Рис. 9. Осциллограмма регистрируемых сигналов системы сейсмического мониторинга

Сейсмические сигналы, регистрируемые сейсмоприемниками, непрерывно анализируются в автоматическом режиме. Оператор системы может следить за работой аппаратуры системы сейсмического мониторинга по бегущей осциллограмме (рис. 9).

Рис. 10. Запись сейсмического события

При выявлении сигналов сейсмического события фрагмент данных записывается в файл сейсмического события, который поступает в центр сбора и обработки оператору системы. Обработка данных производится оператором в интерактивном режиме. Оператор отмечает моменты вступления волн (рис. 10) и затем запускает процедуру расчета.
Правильность результата обработки сейсмического события предъявляет повышенные требования к квалификации оператора, ведущего обработку. Это может оказаться проблемой для отдельного недропользователя. С другой стороны, построение системы сейсмического мониторинга на основе инфраструктуры компьютерных сетей позволяет осуществить связь систем сейсмомониторинга разных недропользователей через интернет с единым центром обработки данных, который может быть организован с привлечением квалифицированных специалистов научных учреждений.

Рис. 11. Отображение эпицентров сейсмических событий на плане горных работ

Результатом обработки являются географические координаты эпицентра и энергетический класс (сейсмическая энергия) сейсмического события, которые сохраняются в базе данных и отображаются в каталоге и на плане горных работ (рис. 11). По мере накопления массива данных о сейсмических событиях становится возможным прогноз чрезвычайных ситуаций.

Наряду с системами сейсмического мониторинга ТОО \»ЭЛГЕО\» проводило и иные разработки в интересах недропользователей.

На фото из шахты (рис. 12) показан процесс проведения натурных экспериментов по оценке возможности создания цифрового прибора для исследования устойчивости кровли подземных горных выработок.
ТОО \»ЭЛГЕО\» как разработчик и производитель цифровой электронной аппаратуры готово участвовать в реализации задач и проектов программы \»Цифровой Казахстан\» как в части недропользования и горно-металлургического комплекса, так и в других направлениях.