Ученые НГТУ НЭТИ разрабатывают программно-аппаратный комплекс для прогнозирования обрушений горных пород

В Новосибирском государственном техническом университете НЭТИ работают над созданием системы, способной решить проблему обеспечения безопасности работников на шахтах и рудниках. По данному проекту конструкторское бюро «Прометей» НГТУ НЭТИ сотрудничает с Институтом горного дела СО РАН. Разработка ведется, в частности, для шахт и рудников Кузбасса.

«С первых курсов учебы в университете мне хотелось создавать собственные устройства, увлекала идея использования технологий для решения актуальных проблем. На третьем курсе я взялся за проект, который бы мог приносить реальную пользу, — регистратор электромагнитного излучения (РЭМИ) для прогнозирования обрушений. Этот проект направлен на создание системы, решающей проблему обеспечения безопасности работников на шахтах и рудниках. Мы разрабатываем аппаратно-программный комплекс, способный автоматизированно анализировать электромагнитное излучение горных пород при образовании в них трещин, а также выдавать прогноз безопасности нахождения на участках горных выработок», — рассказал один из разработчиков, магистрант 2 курса кафедры конструирования и технологии радиоэлектронных средств НГТУ НЭТИ Сергей Харизин.

Предприятия горнодобывающей промышленности — опасное для человека место работы, поэтому одна из главных задач на таких предприятиях — соблюдение техники безопасности. Горные удары, стреляния породы являются одним из проявлений горного давления, предотвращать их помогает служба прогноза горных ударов. Она занимается тем, что различными методами прогнозирует динамические проявления горного давления и в случае опасности проводит либо профилактические работы, связанные с разгружением массива, либо эвакуацию людей из опасной зоны. 

Один из методов прогнозирования, которым пользуются сотрудники данной службы, основывается на регистрации и интерпретации сигналов электромагнитного излучения, сопутствующего разрушению горных пород. С его помощью можно определять стадии разрушения в массиве. Развитием этого метода занимаются научные учреждения, такие как Институт горного дела СО РАН, в сотрудничестве с которым в НГТУ НЭТИ проводятся разработки программно-аппаратных комплексов в составе с регистратором электромагнитного излучения (ПАК РЭМИ). Исследованием параметров сигналов синхронно с разрушением горных пород занимаются преподаватели и студенты. Инженер кафедры конструирования и технологии радиоэлектронных средств НГТУ НЭТИ Иван Смирнягин разработал мобильный вариант регистратора ЭМИ, а Сергей Харизин — стационарный вариант исполнения. 

«Задача регистратора электромагнитного излучения — зарегистрировать сигнал и по его параметрам оценить текущее напряженно-деформированное состояние на участке в массиве, а также сохранить в энергонезависимую память осциллограммы сигналов, чтобы интерпретировать их с учетом вида горной породы, расположением тектонических трещин, формы выработки. Такую задачу пока посильно решать только на компьютерах, но это значительно увеличивает точность прогноза», — добавляет Сергей Харизин.

По словам разработчиков, комплекс применим не только на шахтах и рудниках, но и в строительстве. В перспективе планируется использовать его для отслеживания деформации свай мостов, а также в других горнодобывающих и строительных процессах. Все это будет закладываться в программу, для чего необходима большая база данных, поэтому внедрение в строительную область планируется позже. Сейчас изделие на стадии образца проходит испытания. 

Как отмечает один из разработчиков Иван Смирнягин, есть шахты, где техническое оснащение не позволяет установить стационарный РЭМИ для прогнозирования обрушений. В этом случае можно использовать мобильную версию. Она также представляет собой комплекс, состоящий из аппаратной и программной части. Если говорить о различиях двух версий, мобильный вариант сначала накапливает данные, а потом проводится анализ, а в стационарном исполнении сразу выполняется передача данных в центр объективного контроля и в реальном времени выставляется оценка напряженного состояния.

«Был разработан макет мобильного устройства, с которым можно спуститься в горную выработку и регистрировать электромагнитное излучение в ключевых точках. Мы ездили в одну из горнодобывающих компаний Кузбасса, спускались в шахту и делали замеры сигнала на протяжении определенного периода времени. В программном обеспечении выстраивается карта шахты, и на ней мы отмечали, где были, во сколько, а также фиксировали формы сигнала. Есть сигналы, которые соответствуют малой, средней или высокой степени разрушения. С помощью программно-аппаратного комплекса по форме сигнала можно определить как небольшие динамические проявления, так и спрогнозировать горный удар, представляющий серьезную опасность для жизни и здоровья работающих в шахте людей», — рассказал Иван Смирнягин. 

Сейчас дорабатывается аппаратная часть устройства и совершенствуются алгоритмы прогнозирования и обработки сигналов. Планируется сделать систему сбора данных циклической, замкнутой, чтобы программа сама подгружала данные, анализировала их и выставляла прогноз, потом опять собирала, анализировала и так далее. Автоматизация позволит исключить человеческий фактор, что повлечет ускорение результата прогнозирования и его точность.