Определение местоположения людей в горных выработках угольной шахты: реальность и мифы

А.В. Новиков, К.В. Паневников , И.В. Писарев
ООО Научно-производственная фирма «Гранч», г. Новосибирск, Российская Федерация
Горная Промышленность №5S / 2024 стр.6-10

Резюме: Проведено сравнение систем определения местоположения работников в горных выработках угольных шахт. Рассмотрены принципиальные отличия систем зонального и непрерывного действия. Выполнен анализ и оценено соответствие каждого вида систем требованиям Правил безопасности в угольных шахтах по конструктивному устройству, функциональности и техническим параметрам. Показано, что в современной системе непрерывного действия благодаря конструктивным особенностям обеспечиваются дополнительные функции по промышленной безопасности и организационного свойства, расширяющие практическую ценность таких устройств, а в случае с системой зонального действия возможно выполнение нормативных требований в течение пятисекундного периода обновления данных при условии, что максимальное расстояние между считывателями не превышает 60 м.

Ключевые слова: местоположение людей, горные выработки, угольная шахта, правила безопасности, нормативные требования, конструктивное устройство, промышленная безопасность, многофункциональная система безопасности

Для цитирования: Новиков А.В., Паневников К.В., Писарев И.В. Определение местоположения людей в горных выработках угольной шахты: реальность и мифы. Горная промышленность. 2024;(5S):06–10. https://doi.org/10.30686/1609-91922024-5S-06-10

Информация о статье

Поступила в редакцию: 17.08.2024

Поступила после рецензирования: 08.10.2024

Принята к публикации: 17.10.2024

Информация об авторах

Новиков Александр Владимирович – кандидат технических наук, инженер-проектировщик по АСУП, ООО Научно-производственная фирма «Гранч», г. Новосибирск, Российская Федерация; е-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Паневников Константин Владимирович – директор по внедрению, ООО Научно-производственная фирма «Гранч», г. Новосибирск, Российская Федерация; е-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Писарев Игорь Валериевич – начальник группы проектирования и создания АСУТП, ООО Научно-производственная фирма «Гранч», г. Новосибирск, Российская Федерация; е-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Введение

В Правилах безопасности в угольных шахтах1 (далее – Правила безопасности) содержатся требования о необходимости оборудования в горных выработках шахты, надшахтных зданиях и сооружениях комплекса систем и средств по обеспечению организации и осуществлению безопасности ведения горных работ, контроля и управления технологическими и производственными процессами в нормальных и аварийных условиях с объединением их в многофункциональную систему безопасности (МФСБ). В составе МФСБ особое значение имеют системы, предназначенные для обеспечения связи, оповещения и определения местоположения людей, поскольку объектом контроля и управления здесь является персонал. Среди этих систем заслуживает внимания Система определения местоположения людей в горных выработках как наиболее обсуждаемая уже длительное время в печати и на различных форумах по функциональности и соответствию требованиям нормативных документов [1].

С учетом изложенного предметом рассмотрения в настоящей статье является именно Система определения местоположения людей в горных выработках угольных шахт, именуемая иначе как система позиционирования.

Требования к устройству и функционированию системы определения местоположения людей в горных выработках

Согласно Правилам безопасности Система определения местоположения людей в горных выработках (далее – Система позиционирования), равно как и остальные системы автоматизированные, составляющие МФСБ, должна соответствовать требованиям в области промышленной безопасности и технического регулирования, обеспечения единства средств измерений и стандартов на взрывозащищенное электрооборудование, автоматизированные системы управления, информационные технологии, измерительные системы и газоаналитическое оборудование. Конкретное требование к параметрам Системы позиционирования состоит в том, что «информация о местоположении людей должна выводиться в диспетчерский пункт с периодом обновления не более пяти секунд».

Кроме того, здесь уместно привести еще одно требование, хотя и относящееся непосредственно к системам аварийного оповещения, но в ряде случаев реализуемое средствами определения местоположения людей: «диспетчер должен иметь возможность оповещать людей и получать оповещение о приеме сигнала вызова».

Нельзя упустить и требование организационного характера: «запрещается нахождение людей в горных выработках шахты без СИЗОД изолирующего типа, головных светильников и технических устройств определения местоположения, аварийного оповещения, поиска и обнаружения».

В целом конкретные требования к Системам позиционирования имеют весьма лаконичную форму. Очевиден тот факт, что минимизация требований, граничащая с их полным отсутствием, к содержанию Систем позиционирования (конструктивное устройство, функциональность, технические характеристики), определяет свободу выбора руководителям угледобывающих предприятий в конкретном варианте (исполнении) приобретаемого образца. Здесь за основу принимается прежде всего стоимостной показатель, а вопросы безопасности, можно предположить, остаются на втором плане.

Практика применения технологий определения местоположения людей в горных выработках

В настоящее время в угольных шахтах получили распространение в основном два вида Систем позиционирования: системы непрерывного действия и системы зонального типа [1–4].

При построении систем первого вида в горных выработках создается сплошное радиополе с помощью базовых станций (точек доступа), монтируемых по протяженности выработок. Каждый человек перед спуском в шахту обеспечивается (укомплектовывается) индивидуальным устройством, которое через базовые станции выходит на связь с сервером системы. Информация о местоположении отображается на автоматизированном рабочем месте (АРМ) оператора системы на масштабной схеме шахты в режиме реального времени. Точность определения координат местоположения людей, достигнутая в ряде систем, определяется разрешением в ±20 м, что соответствует ГОСТ Р 55154–2019 2.

Системы позиционирования зонального типа строятся с применением считывателей, устанавливаемых в узловых точках сети горных выработок с организацией локальных участков (зон), включающих от одной до нескольких выработок (частей выработок) и имеющих длины до сотен метров. Связь индивидуальных устройств (меток) со считывателями осуществляется по радиоканалу в пределах диапазона действия считывателя от 30 до 50 м. Местоположение каждого человека определяется с точностью до участка горных выработок, ограничиваемого парой ближайших считывателей, удаленных друг от друга на расстояния от нескольких десятков до нескольких сотен метров. Такая технология определения местоположения людей не имеет отношения к режиму реального времени и допускает ситуации, при которых люди в горных выработках, находясь вне зоны действия считывателей, могут некоторое время быть «невидимыми» для горного диспетчера (оператора системы).

Выяснив принципиальную сущность каждого вида систем, оценим, в какой мере они выполняют требование Правил безопасности об обязательном выводе информации о местоположении людей в диспетчерский пункт с периодом обновления не более пяти секунд.

Для систем непрерывного действия с учетом имеющихся функциональности и параметров данное требование реализуемо, поскольку они в процессе работы формируют и передают на-гора информацию о местоположении людей в режиме реального времени. Главная задача при построении Системы позиционирования состоит в обеспечении устойчивой связи между базовыми станциями и между индивидуальными устройствами и базовыми станциями. Важно, что в таких Системах позиционирования обновляемая информация о местоположении людей всегда актуальна и пригодна для использования при необходимости в системе поиска и обнаружения людей, застигнутых аварией.

Системы позиционирования зонального типа, напротив, требуют обстоятельного изучения с целью определения возможного наличия участков горных выработок, в которых люди оказываются «невидимыми». Здесь пятисекундное обновление информации о зарегистрированных на считывателях индивидуальных метках малопродуктивно, поскольку она не будет отображать истинное (с разрешением не хуже чем ±20 м) местоположение людей в шахте, возможно, длительное время. Поэтому для выполнения требований необходима доработка таких Систем позиционирования путем увеличения числа считывателей для сокращения расстояния между соседними, установленными на противоположных границах выработки, приборами. Производитель, проектировщик и заказчик систем зонального типа должен обеспечивать расстановку считывателей таким образом, чтобы зона возможного поиска работника, застигнутого аварией, была не более 20 метров. А это означает, что максимальное расстояние между считывателями не может превышать 40–60 метров.

Можно предположить, что изложенный подход к порядку построения систем зонального типа является указанием на обстоятельное изучение находящихся в эксплуатации образцов с последующим принятием решения по их модернизации либо полной замене, после чего можно будет говорить об их соответствии требованиям Правил безопасности. В качестве приемлемых вариантов могут быть приняты к рассмотрению системы непрерывного действия и системы точного позиционирования зонального типа с параметрами, обеспечивающими нормативные требования и, соответственно, необходимый уровень безопасности производства горных работ.

Особенности эксплуатации системы позиционирования непрерывного действия

В настоящем разделе показаны основные функции и технические характеристики одного из современных образцов рассматриваемых Систем позиционирования, именуемого как «Система многофункциональная связи, наблюдения, оповещения и поиска людей, застигнутых аварией, «SBGPS» (далее – «SBGPS»).

Как было отмечено выше, объектом контроля в этой системе являются люди. Поэтому здесь не только обеспечивается выполнение требований промышленной безопасности, но и решаются организационные задачи [5–7].

Устройство «SBGPS»

Рис. 1 Технические средства системы «SBGPS»: а – базовая станция; б – устройство оповещения

Fig. 1 Hardware components of the SBGPS system: а – a base station; б – a warning device

«SBGPS», как и все системы подобного рода, имеет наземную и подземную части. Основные наземные составляющие – сервер (ядро системы) и автоматизированные рабочие места (АРМ), основное из которых – АРМ горного диспетчера. Подземная инфраструктура связи строится с применением базовых станций (рис. 1, а), монтируемых в горных выработках под кровлей или на боку на расстояниях друг от друга, обеспечивающих устойчивую связь по технологии Wi-Fi. Основная функция (определение местоположения работника) при спуске человека в горные выработки реализуется с помощью индивидуального устройства оповещения с функциями головного аккумуляторного светильника (рис. 1, б), осуществляющего радиосвязь с базовыми станциями, передающими данные на сервер для дальнейшей обработки. Между устройством оповещения и сервером реализован двухсторонний обмен данными с периодом обновления информации не более пяти секунд. На сервере данные о местоположении людей обрабатываются до нужной формы и далее передаются на АРМ горного диспетчера, где отображаются на масштабной трехмерной схеме шахты, фрагмент которой показан на рис. 2, а. На рис. 2, б иллюстрируется порядок работы горного диспетчера в качестве оператора системы.

Рис. 2 Система «SBGPS»: отображение местоположения людей на схеме горных выработок: а – фрагмент схемы с отображением координат местоположения в графической форме; б – иллюстрация работы горного диспетчера со схемой в качестве оператора системы

Fig. 2 The SBGPS system: displaying the location of people on the mine map: а – a fragment of the map with the location coordinates displayed as graphics; б – illustration of the mining dispatcher's work with the map as the system operator

В «SBGPS» как в многофункциональной автоматизированной системе реализуются функции трех систем: определения местоположения (наблюдения); аварийного оповещения; поиска и обнаружения людей, застигнутых аварией. При этом первые две системы осуществляются на одном и том же комплекте технических средств, а различные функции выполняются за счёт программной составляющей. Третья система работает с применением специального поискового прибора для осуществления локального поиска застигнутых аварией людей непосредственно в горных выработках. Работа с прибором поиска должна строиться с учетом и применением данных о местоположении людей в горных выработках на начало возникновения аварии, полученных Системой позиционирования.

Помимо основных функций, с которыми «SBGPS» успешно справляется, представляют интерес некоторые дополнительные, такие как контроль метана (и других газов) и связь голосовая между диспетчером и работником в шахте.

«SBGPS» и контроль метана

В соответствии с требованиями Правил безопасности в индивидуальном устройстве оповещения, как в головном светильнике, встроен сигнализатор метана. В дополнение к требованиям датчик метана работает в режиме газоанализатора. Сигнал о превышении порогового значения в объемных долях метана подается голосовыми сообщениями и дублируется световыми пульсациями. Важен тот факт, что работник имеет возможность узнать текущее содержание метана, нажав на многофункциональную кнопку управления устройства оповещения и получив голосовое сообщение. Работа устройства оповещения в таком режиме делает его по сути газоанализатором.

Рис. 3 Система «SBGPS»: порядок отображения на схеме горных выработок текущих значений концентрации метана в местах нахождения людей

Fig. 3 The SBGPS system: the order of displaying the current values of methane concentration in places where people are located on the mine map

В устройстве оповещения предусмотрена возможность встраивания датчиков других газов: оксида углерода, кислорода и диоксида углерода. При соответствующем решении такие устройства, как светильники со встроенными газоанализаторами, могут быть полезной заменой индивидуальным переносным газоанализаторам. Тем более что в случае с «SBGPS» решен вопрос производства измерений в непрерывном режиме и передачи их на пульт горного диспетчера с отображением координат мест замеров, как показано на рис. 3. Это придает значимость измерениям, поскольку они сопровождаются временным и координатным факторами, а также значительной выборкой за счет применения нескольких средств измерений в локальных участках горных выработок. Описанная методика именуется как сканирующий газовый контроль3 [8]. Немаловажен и тот факт, что информация о превышениях пороговых значений концентраций контролируемых газов автоматически в режиме реального времени по электронной связи передается в управляющую компанию.

«SBGPS» и организация производства

Работа «SBGPS» в непрерывном режиме позволяет организовать оперативную связь между горным диспетчером и работником, как один из организационных звеньев. Основным элементом такой связи является устройство оповещения – головной светильник, находящийся в горных выработках всегда с работником. На начальных стадиях создания «SBGPS» горный диспетчер имел возможность отправить шаблонное сообщение из нескольких слов, получение которого работник должен был подтверждать путем нажатия кнопки управления на фаре устройства оповещения. При этом в дополнение к осознанному действию работника по подтверждению получения команды эта информация с устройства оповещения автоматически отправлялась на АРМ горного диспетчера.

В настоящее время методика получила развитие: горный диспетчер имеет возможность отправить произвольную голосовую фразу (команду) продолжительностью до 15 с, которую работник получает на свое устройство оповещения в режиме реального времени, подтверждая этот факт нажатием кнопки управления на фаре устройства оповещения. Информация о такой операции, отображаемая на АРМ горного диспетчера, показана на рис. 4. Важно, что в «SBGPS» контролируется не только отправка сообщения (шаблонного или голосового), но и его доставка, воспроизведение и, главное, осознание работником, а также его реакция на получаемое сообщение [9].

Рис. 4 Система «SBGPS»: графическая иллюстрация методики отправки диспетчером голосовых команд

Fig. 4 The SBGPS system: a graphical illustration of the method to send voice commands by the dispatcher

Заключение

1. В системах определения местоположения людей зонального типа возможно выполнение нормативного требования по периоду обновления данных в пять секунд при соблюдении следующего условия: максимальное расстояние между считывателями должно быть не более 40–60 м.

2. В системах определения местоположения людей непрерывного действия благодаря конструктивным особенностям реализуются дополнительные функции по промышленной безопасности и организационного свойства, расширяющие практическую ценность таких устройств.

Список литературы

1. Новиков А.В., Паневников К.В., Писарев И.В. Многофункциональная система безопасности угольных шахт – практика применения систем определения местоположения и оповещения персонала. Горная промышленность. 2018;(2):93– 98. Novikov A.V., Panevnikov K.V., Pisarev I.V. Multifunctional safety systems for coalmines – operational experience in indoor positioning subsystem and personnel alerting subsystem. Russian Mining Industry. 2018;(2):93–98. (In Russ.)

2. Ваганов В.С. Правила безопасности в угольных шахтах – развитие многофункциональных систем безопасности. Горная промышленность. 2017;(2):77–83. Vaganov V.S. Safety regulations for underground coal mines – development of multifunctional safety systems. Russian Mining Industry. 2017;(2):77–83. (In Russ.)

3. Насибуллина Т.В. Выбор технологии передачи данных для построения цифрового рудника. Горная промышленность. 2023;(6):51–55. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2023-6-51-55 Nasibullina T.V. Selection of data transmission technology for digital mine design. Russian Mining Industry. 2023;(6):51–55. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2023-6-51-55

4. Ваганов В.С., Урусов Л.В. Анализ способов организации сетей передачи данных для построения современных МФСБ в угольных шахтах. Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. 2016;(3):72–81. Vaganov V.S., Urusov L.V. Analysis of methods of organization data networks for building modern MFSB in coal mines. Bulletin of Research Center for Safety in Coal Industry (Industrial Safety). 2016;(3):72–81. (In Russ.)

5. Костеренко В.Н. Современные системы наблюдения, оповещения и поиска людей, застигнутых аварией в шахтах и подземных пространствах. Безопасность объектов топливно-энергетического комплекса. 2015;(1):102–105. Kosterenko V. Modern systems of monitoring, alerting and locating people caught in an accident in mines and underground spaces. The Security and Safety of Fuel and Energy Complex Facilities. 2015;(1):102–105. (In Russ.)

6. Новиков А.В., Паневников К.В., Писарев И.В. Многофункциональная система безопасности угольных шахт – визуализация событий (горнотехнических процессов) с рабочего места шахтера. Горная промышленность. 2021;(5):65–69. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2021-5-65-69 Novikov A.V., Panevnikov K.V., Pisarev I.V. Multi-functional coal mine safety system: visualisation of events (mining processes) from the miner’s workplace. Russian Mining Industry. 2021;(5):65–69. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/16099192-2021-5-65-69

7. Ваганов В.С., Гоффарт Т.В., Дубков И.С. Развитие мобильных устройств в составе компьютерных сетей угольных шахт. Горная промышленность. 2018;(1):54–58. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2018-1-137-54-58 Vaganov V.S., Goffart T.V., Dubkov I.S. Development of mobile devices for coalmines computer networks. Russian Mining Industry. 2018;(1):54–58. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2018-1-137-54-58

8. Гоффарт Т.В., Новиков А.В., Паневников К.В. Сканирующий (динамический) газовый контроль в угольных шахтах. Безопасность труда в промышленности. 2017;(6):59–62. https://doi.org/10.24000/0409-2961-2017-6-59-62 Goffart T.V., Novikov A.V., Panevnikov K.V. Scanning (dynamic) gas control in the coal mines. Occupational Safety in Industry. 2017;(6):59–62. (In Russ.) https://doi.org/10.24000/0409-2961-2017-6-59-62

9. Новиков А.В., Паневников К.В., Писарев И.В. О слагаемых повышения уровня промышленной безопасности в угольной шахте. Горная промышленность. 2022;(2):46–48. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2022-2-46-48 Novikov A.V., Panevnikov K.V., Pisarev I.V. Regarding the factors of improving industrial safety in a coal mine. Russian Mining Industry. 2022;(2):46–48. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2022-2-46-48 Источник: https://mining-media.ru/en/articles/original-paper/19009-spatial-positioning-of-people-in-workings-of-a-coal-mine-reality-and-myths