23 października 2021


Współczesne systemy monitoringu oferowane na rynku ograniczają się do wizualizacji urządzeń w wyrobisku ścianowym jedynie na płaskich diagramach, schematycznie oddających kolejność ustawienia poszczególnych sekcji obudowy zmechanizowanej w umownym prostym szeregu. W takim układzie geometrycznie pokazać można co najwyżej różnice w przesunięciu poszczególnych sekcji w kierunku ociosu i symbolicznie tylko – lokalizację maszyny urabiającej.

Dariusz Kapuściński

W systemach tych przedstawiane są parametry mierzone w poszczególnych sekcjach (jak ciśnienia pracy stojaków, krok obudowy, czyli wysuw przesuwnika sekcji) przypisane do konkretnych sekcji w szeregu. Użytkownik jednak nie ma informacji o nachyleniach, zaburzeniach geometrii, uskokach czy aktualnej wysokości wyrobiska.
Dużym krokiem do przodu i rozwiązaniem wielu problemów byłby monitoring geometrii ściany i wizualizacja kompleksu ścianowego w geometrii 3D.
System, o ktorym piszemy, będący przedmiotem zgłoszenia wynalazku, umożliwia odwzorowanie przestrzenne geometrii i położenia każdej sekcji ścianowej obudowy zmechanizowanej z osobna, oraz całego kompleksu urządzeń ścianowych (z uwzględnieniem aktualnego położenia maszyny urabiającej), tym samym również – przestrzennej geometrii powstałego wyrobiska ścianowego. Opracowana metoda monitoringu geometrii obejmuje kilka równoległych i uzupełniających się rozwiązań.
System byłby przystosowany do warunków podziemnych wyrobisk kopalń stosujących systemy ścianowe, czyli głównie kopalń węgla kamiennego, z uwzględnieniem wszystkich wymogów dotyczących występujących tam zagrożeń oraz ciężkich warunków górniczo-geologicznych. System z założenia ma umożliwić:

  • bieżący pomiar, monitoring i wizualizację całej trójwymiarowej geometrii wyrobiska ścianowego (z uwzględnieniem położenia chodników pod- i nadścianowego);
  • bieżący pomiar, monitoring i wizualizację geometrii i położenia każdej sekcji obudowy zmechanizowanej, przenośnika ścianowego i maszyny urabiającej, w tym wzajemnego położenia urządzeń składających się na kompleks ścianowy.

System można uzupełnić o:

  • dane o aktualnym położeniu członków załogi pracujących w wyrobisku ścianowym,
  • dane o aktualnym ciśnieniu w podporach - stojakach hydraulicznych poszczególnych sekcji,
  • oraz inne informacje jak np.: dane z czujników metanu, czujników temperatury, alerty o kolizjach;

Monitoring czyli wizualizacja i odczyt pomiarów będzie możliwy zarówno na komputerze dołowym, jak i komputerze zlokalizowanym na powierzchni kopalni. Wizualizacja ma umożliwić analizę sytuacji w wyrobisku w geometrii 3D, zarówno całości wyrobiska, jak i jego poszczególnych przekrojów, poszczególnych sekcji obudowy ścianowej oraz wzajemnych relacji urządzeń kompleksu.

wyrobisko scianowe s
Rys. 4  Szkic (opis zgłoszenia patentowego) ilustrujący przykładowy układ geometryczny fragmentu ściany (tutaj dla lepszej wyrazistości ograniczony do 16 sekcji, czyli ok. 10% przeciętnej ściany wydobywczej). Kąt b to kąt nachylenia podłużnego ściany (nie musi być taki sam w każdym jej miejscu). Kąty a1 i a2 to zmieniające się kąty nachylenia poprzecznego ściany (może tylko lokalnie).
E – kierunek postępu ściany. W – urabiany pokład węgla. Z – zawał, przestrzeń za sekcjami z rabującym się stropem. U – kierunek urabiania kombajnem ścianowym (K). Przyjęty układ współrzędnych: xyz (z – zgodne z pionem). Pary urządzeń: s1 – s16 to kolejne sekcje obudowy, m1 – m16 to  kolejne odpowiadające im moduły przenośnika. Na szkicu widać, że szereg sekcji nie tworzy idealnie równej, prostej linii. Część sekcji jest już przebudowanych (przesuniętych) i zabezpiecza właśnie odkryty przez kombajn strop.

Na wirtualnym odwzorowaniu wyrobiska będą automatycznie nanoszone wszystkie dodatkowe informacje, zgodnie z ich geometryczną lokalizacją. Wiedza pozyskana dzięki temu monitoringowi umożliwiłaby lepsze kierowanie ścianą, podejmowanie decyzji dotyczących prowadzenia maszyny urabiającej, wykrywanie kolizji urządzeń, pokonywanie przeszkód – geologicznych uskoków, siodeł itp., w tym planowanie ich pokonywania, wczesne wykrywanie zagrożeń. Taki system mógłby umożliwić częściową lub nawet pełną automatyzację eksploatacji. Dodatkowo mógłby to być wstęp do stworzenia bardzo dokładnych trójwymiarowych odwzorowań całego systemu podziemnych wyrobisk, całej podziemnej części kopalni. Takie odwzorowania ułatwiłyby planowanie eksploatacji górniczej, logistyki transportu czy rozwiązań systemu wentylacji (np. komputerowe symulacje strumieni powietrza). Dane zebrane dzięki zachowaniu historii przebiegu monitorowanych wyrobisk pozwolą analizować i tym samym przewidywać „odpowiedź” górotworu na prowadzoną eksploatację (w tym zmiany na powierzchni).


cały artykuł dostępny jest w wydaniu 9 (96) wrzesień 2015