Merjenje geomehanskih veličin tlakov porne vode in napetostnega stanja v jami

Pri rudarjenju se soočamo z geodinamičnimi pojavi, med katere sodijo nenadni vdori vode in razmočene hribine v jamo. Posledice nenadnih močnih vdorov so namreč vedno težke; pomenijo izpad proizvodnje, velike sanacijske stroške in, kar je najhuje, tudi človeške žrtve. Zato se v preventivne namene lahko poslužujemo tudi meritev tlakov porne vode in napetostnega stanja.

Namen projekta

• Raziskava geodinamičnih pojavov pri vdorih tekoče mase v rudnik
• Določitev dejanskega položaja in obsega nastale oziroma nastajajoče nevarne vdorne hribske mase
• Varnost pri pridobivanju

Koncept projekta

• V odkopni etaži se v neposredno krovnino odkopne etaže in izven bočne rušne cone zavrtajo vrtine.
• V vrtine se vgradijo merilne sonde za merjenje geomehanskih parametrov (sonde za merjenje tlakov porne vode ter hribskih napetosti).
• Meritve, prenos, evidentiranje in obdelava izmerjenih podatkov poteka kontinuirano.
• Skokovite spremembe izmerjenih geomehanskih vrednosti pa pomenijo geomehansko dogajanje v hribini in opozorilo za neposredno nevarnost vdora vode in razmočene hribine v jamo.

Izdelava vrtin

Merske vrtine morajo biti izvrtane tako, da se bomo izognili vplivom rušnih procesov med napredovanjem odkopa. V tem primeru bo stisnjenje in rušenje vrtin mnogo manjše in bo možno izvajati meritve tudi po tem, ko bo odkop že prešel lokacijo vrtine.
Vrtine bodo izvrtane pravokotno na os proge in pod ustreznim naklonom, s katerim se bomo izognili vplivom odkopavanja.
V vrtino je potrebno vstaviti cevi za uvodno kolono, katerih premer znaša 128 mm. To vstavljanje poteka ročno.
Zadnja cev uvodne kolone, ki je vgrajena v ustje vrtine, ima pritrjeno prirobnico, skozi katero so napeljani kabli ter cevi za zrak in cev za injektiranje cementne mase.

Sonde

Senzor EPK za merjenje tlakov porne vode: za pritiske do 50 barov

Dve izvedbi:

• K - keramični filter, za inštalacijo v kompaktno vezano zemljo
• S - kovinski sintered filter, za instalacijo v peščene površine

Tehnični podatki:

Napajanje 10V DV:	4 mA
Izhodni signal:	0–1000 mV

Senzorja EE za merjenje napetosti: do 600 barov

Tip:	K
Napajanje 10V DC:	4 mA
Izhodni signal:	0–1000 mV

Tip:	K0
Napajanje:	24V DC
Izhodni signal:	4–20 mA
Temperaturni senzor:	AD 590
Izhodni signal:	1µA/K

Tip:	VW: Vibracijski senzor
Frekvenca:	od 2000 do 3300 ciklov/s
Termistor:	BR 55
T25:	3000 Ohm

Sonda PS-1: Potopna sonda - Merilnik pritiska

Potopna sonda PS-1 se uporablja za merjenje nivoja tekočine in prisotnosti tekočine v raznih cisternah, vrtinah in raznih težje dostopnih merilnih mestih.

Grajena je v protieksplozijski zaščiti Exia I,II CT5 za priključitev na lastnovarne tokokroge. Priključni kabel je sestavni del sonde in sta skupaj zalita z zalivno maso, kar omogoča vodotesnost in mehansko zaščito IP 68.

Tehnični podatki:

Zaščita:	Exia I,II CT5
Napajalna napetost:	12V DC
Izhodni signal:	0–1 mA ali 4–20 mA
Max. poraba:	30 mA
Dimenzije:	Φ 32 x 155
Tip in merilno območje:	Tip:	Merilno območje:
	PS-1/5	0–5 PSI
	PS-1/15	0–15
	PS-1/30	0–30
	PS-1/50	0–50
	PS-1/100	0–100
	PS-1/300	0–300

Vgradnja sond

V vrtino namestimo senzorje:

• za meritev pornega tlaka tip PS-1 TEVE Varnost Elektronika,
• za meritev pornega tlaka tip EPK4 Glötzl,
• za meritev napetosti (horizontalnih in vertikalnih) tip EE Glötzl.

S tlačno črpalko napihnemo zgornji in spodnji meh toliko, da se meh in stena vrtine spojita.

Z batno črpalko vtisnemo cementno maso v prostor med zgornji in spodnji meh po injektirni cevi.

 

Izvedba meritev

Vse merilno pretvorniške sklope je potrebno redno umerjati v skladu s tehničnimi navodili, ki so dana za posamezni merilno pretvorniški sklop.

Nadzorno merilna postaja

Merilni pretvorniki, ki niso izdelani v eksplozijsko varni izvedbi, so priključeni na nadzorno merilno postajo preko konektorjev.
Meritev s temi merilnimi pretvorniki bo omogočena le takrat, kadar bo vsebnost metana na teh mestih manjša od dopustne koncentracije.

      

Celotna nadzorno merilna postaja sme obratovati vse dotlej, dokler ni prekoračena dovoljena koncentracija metana ob nadzorno merilni postaji. Ko ta merilnik zazna koncentracijo, večjo od 0,5 % CH₄, mora program v krmilniku izklopiti napajanje (tudi brezprekinitveno napajanje UPS).

 

Sestavni deli nadzorno merilne postaje

• Krmilnik z razširitvenimi moduli
• Lastnovarni napajalniki
• Analogne bariere
• Podatkovna ločilna vezja
• Krmilna ločilna vezja
• Signalizacija (signalne svetilke in hupa)
• Računalnik, kjer se izvaja SCADA programski paket in program za daljinski nadzor, ki preko modema omogoča spremljanje dogodkov iz zunanjosti

Krmilnik, na katerega so priključene periferne naprave, ki omogočajo ločitev lastnovarnih od nelastnovarnih tokokrogov, skrbi za obdelavo analognih in digitalnih podatkov. RS232 izhod krmilnika bo priključen na računalnik, v katerem bo tekel SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) nadzorni program. Procesni podatki bodo s pomočjo SCADA sistema vizualizirani in nadzirani ter zapisovani v arhivsko bazo podatkov.


LN-xx ia

Lastnovarni napajalnik tip LN 220/xx ia se uporablja za napajanje lastnovarnih naprav in tokokrogov.

Izdelan je v Exem (ia) I zaščiti.

Glavni sestavni deli so: ločilni transformator z usmernikom stopnja za omejevanje izhodnega toka, stopnja z želeno izhodno napetost, stopnja za omejevanje izhodne napetosti ter ohišje z uvodnicami.




PLV

Podatkovno ločilno vezje uporabljamo za prenos krmilnih signalov iz energetskega v lastnovarni tokokrog.
Naprava se lahko vgrajuje v ohišja ki so grajena v povečani varnosti –Exe in je izdelano v protieksplozijski zaščiti Exem (ia/ib) I.




KLV

Krmilno ločilno vezje uporabljamo za prenos in ločitev krmilnih signalov iz lastnovarnega v nelastnovaren rokokrog.
Ima lastno kontrolo tokokroga in reagira v primeru kratkega stika oziroma prekinitve kabla. Izdelano je v protieksplozijski zaščiti Exem (ia/ib) I.




MPS-1

Merilno pretvorniški sklop tip MPS-1, skupaj z merilno sondo MG, predstavlja zanesljivo stacionarno napravo za merjenje in posredovanje podatkov koncentracije metana ter ostalih eksplozivnih plinov.
MPS-1 povežemo na lastnovarno napajalno enoto in nadzorno merilno postajo.
MPS-1 ima merilno območje od 0 do 5 volumskih % CH₄, na izhodu ima standarden tokovni signal od 0,2 do 1 mA, ki zagotavlja zanesljiv prenos podatkov.
MPS-1 je izdelan v protieksplozijski zaščiti Exdia I, Exdia II, AT3.

MG: merilna glava
Najbolj karakterističen in najbolj delikaten del je tipalo, katerega tvorijo katalitični toplotni senzorji. Senzor D (detekcijski) in K (kompenzacijski) sta vgrajena v ohišje Exd in skupaj z zaščitno mrežico, filtrom in sinter ploščico tvorijo merilno glavo tip MG.

Na LCD prikazovalniku imamo poleg prikaza eksplozivne snovi od 0 do 5 % CH₄ še dodatne indikacije:

• LED doda rdeče barve: alarmno stanje na 1 % CH₄
• BT: prenizka napajalna napetost
• >5 %: koncentracija med 5 in 100 % CH₄
• ERROR: prikaz v primeru okvare

Napetostno tokovni pretvorniški sklop z napajalnikom za sonde Glötzl

Galvansko ločilni pretvornik se uporablja, največkrat v zahtevnih industrijskih okoljih, kot zaščitna naprava za zajem, prilagoditev in prenos analognih električnih veličin.

Na vhod U/I pretvotnika peljemo signal iz Glötzl sond, ki imajo napetostni signal 0 do 1 V, na izhodu iz U/I pretvornika pa zagotavljao standardiziran tokovni signal 4 do 20 mA, ki ga krmilnik potrebuje za obdelavo informacije.

SCADA (Supervisory Control And Data Acquizition)

Sistem za nadzor, upravljanje in zajemanje podatkov je sestavljen iz:

• Dveh računalnikov z operacijskim sistemom Windows 2000, od katerih je eden v jami, drugi pa na površini. Med seboj sta povezana preko Zyxle modemov.
• Podatke dobivamo preko krmilnika, ki je neposredno povezan z računalnikom v jami.
• Na računalniku pa potek grafična SCADA aplikacija.

Varnostni ukrepi

Operacijski sistem Windows 2000 nudi kompleksno zaščito pred nepooblaščeno uporabo, saj računalnika ne more uporabljati nihče, ki ne pozna svojega prijavnega imena in gesla.

Druga zaščita pa je znotraj InTuch SCADA aplikacije in ločuje uporabnike na tri nivoje:

• OPERATER: omogoča nam pregledovanje, tiskanje in potrjevanje alarmov
• VZDRŽEVALEC: kot operater + dovoljuje spremembe vseh nastavitev programa
• ADMINISTRATOR: kot vzdrževalec + pravica za spreminjanje gesla ostalim uporabnikom

Grafična SCADA aplikacija

Sestavljajo jo različni grafični prikazi in besedilo, preko katerih lahko preprosto nadzorujemo dogajanje v rudniku, ki nam je dostopno preko krmilnika.
Do vseh drugih glavnih prikazov lahko dostopamo preko uvodne strani.



V spodnji četrtini vsakega prikaza je okno za prikaz alarmov, normalno sta na njegovi levi strani označeni opciji »Vsi alarmi« in »Prisotni alarmi«, ki omogočata prikaz celotnega trenutnega stanja.

Prikaz alarmov vsebuje naslednje informacije:

• datum in uro pojavitve alarma,
• vrsto alarma, (HI)HI, (LO)LO alarem,
• prioriteto alarma,
• kratek opis in interna oznaka,
• stanje oziroma vrednost.

Prikaz stanja v rudniku


_{Slika aplikacije SCADA za prikaz vseh 16 merilnih mest}

V spodnjem desnem kotu je gumb ZAČNI BELEŽENJE:

• S tem gumbom sprožimo meritev na merilnih mestih 11 do 16, to je meritev s sondami, ki niso izdelane v protieksplozijski zaščiti.
• Ta meritev se izvaja enkrat dnevno in traja 1 min.
• Periodo beleženja v sekundah pa lahko poljubno nastavljamo.
• Zabeležene meritve se shranijo v Excel kompatibilni SCV datoteki.

Če v tej aplikaciji kliknemo vertikalni napis MMxx ob desnem robu indikatorja, se nam odpre okno z vsemi nastavitvami tega merilnega mesta.




Grafični in tekstovni prikaz podatkov

Zaradi maksimalne preglednosti poteka analognih meritev lahko pregledujemo podatke v dveh ekvivalentnih prikazih.

Prvega od teh dveh prikazov vidimo na spodnji sliki, to je grafični prikaz.




Drugi prikaz podatkov pa je tekstovni.

Shranjevanje podatkov poteka vsako sekundo v datoteko pod imenom DD.MM.LLLL (datum, mesec, leto). Poleg vrednosti signala se v datoteko vpisuje še čas in smer spremembe signala. Do teh podatkov dostopamo preko menija na spodnji sliki.