Конструктівні особливості шахтного портативного аналізатора електромагнітних імпульсів «ШАИ-8»
Приводится структурная схема апаратуры «ШАИ-8» и характеристика ее отдельных узлов. Рассмотрены факторы, обеспечивающие искробезопасность аппаратуры на сверхкатегорийных шахтах по выбросам угля и газа. Block schematic diagram and specification of spark-safe and explosion-proof equipment «ШАИ-8» for...
Saved in:
| Published in: | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2011
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99758 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Конструктівні особливості шахтного портативного аналізатора електромагнітних імпульсів «ШАИ-8» / М.Г. Тіркєль, В.В. Туманов, О.І. Архипенко, М.І. Хлюстов, О.В. Савченко, Н.Б. Молошникова // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 2. — С. 488-495. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859636668762423296 |
|---|---|
| author | Тіркєль, М.Г. Туманов, В.В. Архипенко, О.І. Хлюстов, М.І. Савченко, О.В. Молошникова, Н.Б. |
| author_facet | Тіркєль, М.Г. Туманов, В.В. Архипенко, О.І. Хлюстов, М.І. Савченко, О.В. Молошникова, Н.Б. |
| citation_txt | Конструктівні особливості шахтного портативного аналізатора електромагнітних імпульсів «ШАИ-8» / М.Г. Тіркєль, В.В. Туманов, О.І. Архипенко, М.І. Хлюстов, О.В. Савченко, Н.Б. Молошникова // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 2. — С. 488-495. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| description | Приводится структурная схема апаратуры «ШАИ-8» и характеристика ее отдельных узлов. Рассмотрены факторы, обеспечивающие искробезопасность аппаратуры на сверхкатегорийных шахтах по выбросам угля и газа.
Block schematic diagram and specification of spark-safe and explosion-proof equipment «ШАИ-8» for exploration in mines are given. Factors contributing to equipment intrinsic safety at sudden coal- and gas-outburst hazardous mines are considered.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:16:59Z |
| format | Article |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
488
УДК 550.83:621.3.038
КОНСТРУКТІВНІ ОСОБЛИВОСТІ ШАХТНОГО
ПОРТАТИВНОГО АНАЛІЗАТОРА ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ
ІМПУЛЬСІВ «ШАИ-8»
Тіркєль М. Г., Туманов В. В., Архипенко О. І., Хлюстов М. І.,
Савченко О. В., Молошникова Н. Б.
(УкрНДМІ НАНУ, м. Донецьк, Україна)
Приводится структурная схема апаратури «ШАИ-8» и ха-
рактеристика ее отдельных узлов. Рассмотрены факторы,
обеспечивающие искробезопасность аппаратуры на сверхкате-
горийных шахтах по выбросам угля и газа.
Block schematic diagram and specification of spark-safe and ex-
plosion-proof equipment «ШАИ-8» for exploration in mines are giv-
en. Factors contributing to equipment intrinsic safety at sudden coal-
and gas-outburst hazardous mines are considered.
Для сучасних шахт Донбасу, на яких глибина видобування
перевищує 1000 м, підвищення безпеки та ефективності відпра-
цювання вугільних пластів в умовах потенційної можливості ви-
никнення гео- і газодинамічних явищ (раптових викидів вугілля і
газу, гірських ударів, обвалень основної покрівлі та ін.) являється
актуальним [1].
Проява газодинамічних явищ залежить від зон підвищеного
гірського тиску. При динамічних змінах напруженого стану вуг-
лепородного масиву відбуваються варіації природного імпульс-
ного електромагнітного поля (ПІЕМП). Використання цього ме-
тоду ґрунтується на наступних положеннях: підвищені значення
щільності потоку ПІЕМП обумовлені високою напругою порід, а
знижені - розривними порушеннями, інтенсивною тріщинуватіс-
тю чи обводненням порід. Зростання щільності потоку ПІЕМП
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
489
відзначається в гірських виробках, що випробують деформації, на
ділянках викидів вугілля, породи і газу, вивалів порід [2].
На основі методу ПІЕМП для вирішення завдань прогнозу
геодинамічних явищ і вивчення напружено-деформованого стану
гірських порід у польових умовах і на некатегорійних шахтах ви-
користовувалися різні типи приладів: радіохвильові індикатори
напружено-деформованого стану «РВИНДС», «РВИНДС-ПМ»,
«АПОГЕЙ», «ДЕМОН», мікропроцесорний індикатор спонтанно-
го імпульсного електромагнітного випромінювання «СИМЕИЗ».
Із закордонних аналогів слід зазначити такі апаратурні розробки
як «Катюша-5» і «Ангел» [3, 4]. Вказана апаратура для реєстрації
імпульсного електромагнітного поля чи створена на застарілій
елементній базі, чи не пристосована до шахтних умов. Створення
нового устаткування для забезпечення безпечного і стабільного
видобування вугілля на небезпечних за проявом газодинамічних
явищ вугільних пластах являється актуальним та має соціальне і
економічне значення.
В 2007 році в УкрНДМІ НАН України виконані конструкти-
вні розробки апаратури шахтного портативного аналізатора елек-
тромагнітних імпульсів «ШАИ-8», а у 2010 році в рамках іннова-
ційного проекту виконана розробка експериментального зразка
цієї апаратури [5, 6].
При розробці апаратури «ШАИ-8» особливу увагу було
приділено забезпеченню вибухозахисту, оскільки вона повинна
відповідати вимогам нормативно-правових актів України з охо-
рони праці та промислової безпеки для можливості проведення
досліджень в підземних виробках вугільних шахт, у тому числі
небезпечних щодо газу (метану) та (або) вугільного пилу а також
раптових викидів, згідно з Правилами безпеки у вугільних шах-
тах НПАО 10.0-1.01-10.
Іскробезпека електричних ланцюгів апаратури «ШАИ-8» за-
безпечується застосуванням спеціальних модулів іскрозахисту,
що обмежують струми і напругу ланцюгів до іскробезпечних
значень згідно с вимогами п. 1.5 ГОСТ 22782.5.
Рівень вибухозахисту апаратури «Рудничное особо взрыво-
защищенное электрооборудование» реалізований шляхом засто-
сування виду вибухозахисту «искробезопасная электрическая
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
490
цепь» [7]. Безпечні властивості апаратури забезпечувалися спеці-
альними технічними рішеннями із застосуванням дублюючих си-
стем захисту первинного джерела живлення за гранично допус-
тимому струму і введенням в ланцюг зворотного зв'язку сигналу
контролю аварійної зміни величини живлячої напруги. Блоки, що
мають підвищену напругу живлення, оснащені додатковими лан-
цюгами гальванічної розв'язки. Таке рішення вимагає застосу-
вання декількох мікроконтролерів для функціонування окремих
вузлів. Обмін командами і даними між різними вузлами аналіза-
тора відбувається також через ланцюги, що мають гальванічну
розв'язку.
В процесі розробки «ШАИ-8» було знайдено рішення, яке
задовольняє вимогам безпечної експлуатації в умовах вугільних
шахт і отримання припустимих характеристик вимірювальних
каналів та схем попередньої обробки досліджуюмих сигналів.
Склад вузлів апаратури «ШАИ-8» і їх взаємодію показано на
рис. 1.
Рис. 1. Структурна схема апаратури «ШАИ-8»
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
491
Умовні позначення на структурній схемі апаратури:
АНТ – антена виносна феритова (може застосовуватися різ-
них типів – феритова, рамкова і т.д.);
ПП – підсилювач попередній (призначений для посилення
вхідного сигналу до рівня, достатнього для подальшої обробки);
АТТ – аттенюатор (призначений для попереднього масшта-
бування вхідного сигналу до рівня обробки АЦП);
АН+ – блок аналізу наявності вхідного імпульсу позитивної
полярності (аналізує вхідні імпульси і встановлює сигнал готов-
ності за наявності вхідного імпульсу позитивної полярності);
АН – – блок аналізу наявності вхідного імпульсу негативної
полярності (аналізує вхідні імпульси і встановлює сигнал готов-
ності за наявності вхідного імпульсу негативної полярності);
АЦП – аналого-цифровий перетворювач (перетворювач рів-
ня вхідного аналогового сигналу в цифрове уявлення для пода-
льшої обробки);
ТГ – генератор тактових імпульсів (формує сукупність імпу-
льсів);
ЦА – цифровий аналізатор (призначений для формування
сигналів управління пристроєм, що запам'ятовує, за наявності си-
гналів готовності від аналогових аналізаторів вхідних імпульсів
позитивної і негативної полярності);
ДУ – драйвер управління (призначений для управління про-
цесом запису вихідного сигналу АЦП в блок пам'яті);
БП – блок оперативної швидкодіючої пам'яті (призначений
для накопичення інформації про амплітудних значення вхідних
імпульсів різної полярності);
ЦП – центральний процесор (призначений для загального
управління процесами вимірювання, аналізу і накопичення інфо-
рмації);
FLASH – незалежна пам'ять (призначена для накопичення і
тривалого зберігання результатів вимірювань);
ПУВК – пристрій управління засобами візуалізації і клавіа-
тури (призначено для управління засобами візуалізації і інтерак-
тивної взаємодії оператора з приладом);
БІЗ – бар’єр іскрозахистний (призначений для взаємодії між
центральним процесором і пристроєм управління засобами візуа-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
492
лізації і клавіатури);
РКІ – пристрій візуалізації (призначен для відображення
процесу вимірювання, графічного і цифрового представлення ре-
зультатів вимірювань і візуальної інтерактивної взаємодії опера-
тора з приладом);
КМ – клавіатура (призначена для управління процесом ви-
мірювання і інтерактивної взаємодії оператора з приладом);
АДЖ – акумуляторне джерело живлення;
МІЗ – модуль іскрозахисту (призначений для вирішення за-
вдань іскрозахисту);
МІ – модуль інтерфейсний (призначений для зв’язку з обро-
бляючим комп’ютером).
Аналого-цифровий перетворювач проводить перетворення
вхідного сигналу протягом всього часу одиничного вимірювання,
але з спорадичного надходження електромагнітних імпульсів
можливість використання безперервного запису всієї сукупності
перетвореного сигналу не представляється можливим з величез-
ного об'єму інформації, необхідної для подальшого аналізу. Ресу-
рси пам'яті і вживаних сучасних мікроконтролерів не дозволяють
застосовувати такий спосіб аналізу потоку інформації, що посту-
пає. Для вирішення вказаної проблеми застосовано схемотехніка
рішення аналізу тільки імпульсів, що перевищують по амплітуді
власний рівень шумів апаратури і вимірювання тільки амплітуд-
ного значення імпульсу. Це дозволяє отримати компромісне рі-
шення між швидкостями мікроконтролерів, об'ємами використо-
вуваної пам'яті і складністю рішення схемотехніки.
Схемотехніка цифрової частини автомата реєстрації і нако-
пичення інформації про імпульси, що поступили, є синхронною
схемою визначення наявності імпульсу, формування сигналів до-
зволу швидкодіючій пам'яті і запис амплітудного значення вхід-
ного імпульсу в пам'ять. Частота аналого-цифрового перетворю-
вача вибрана так, щоб за час тривалості одного імпульсу прово-
дилося не меншого 20 – 25 вибірок поточного значення вхідної
напруги. Це дозволяє понизити до мінімуму помилку миттєвого
перетворення і, як наслідок, отримати достовірну інформацію про
амплітудні розподіли вхідних імпульсів і середній розподіл щіль-
ності вхідного потоку.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
493
Основні параметри апаратури «ШАИ-8» встановлюються в
інтерактивному режимі в меню параметрів. Останні налаштуван-
ня зберігаються в енергонезалежної пам'яті та можуть бути вико-
ристані в подальшому. Необхідність зміни поточних параметрів
може виникнути зі зміною умов вимірювання. Для контролю та
подальшого використання всі необхідні значення режимів вимі-
рювання зберігаються разом з даними в поточному файлі.
В ході проведення вимірювання в оперативній пам'яті апа-
ратури «ШАИ-8» послідовно зберігаються амплітудні значення
вхідних імпульсів. Після закінчення вимірювання проводиться
амплітудне сортування для отримання енергетичного розподілу
зареєстрованих вхідних імпульсів з метою збереження та наступ-
ного аналізу. Для оперативного контролю результати вимірювань
надаються оператору в графічному вигляді.
Для виготовлення корпусу блоку вимірника були застосова-
ні міцні алюмінієві профілі фірми «BOPLA» [8], які мають високу
механічну міцністю, внутрішні направляючі, що сприяє спро-
щенню монтажу друкарських плат усередині корпусу, а також
хорошими властивостями електромагнітної екранізації, що забез-
печують високі захисні функції.
Використовуючи два типорозміри профілів ABP 1600 і ABP
1680 з кришками, відповідно ABD 1600 і ABD 1680, був розроб-
лений універсальний ергономічний корпус.
Конструктивно корпус апаратури складається з двох профі-
лів сполучених між собою кришками. Торці корпусу закриті
кришками, які кріпляться гвинтами. Одна з кришок є панеллю
управління, на якій змонтований модуль управління і індикації з
рідкокристалічним індикатором BG12864K фірми Bolymin, за-
критий склом і кнопки управління.
Основні технічні характеристики апаратури:
− Рівень і вид вибухозахисту «РО», «Іа Х», «IP54»;
− Число вимірювальних каналів - 1;
− Число ступенів підсилення - 256;
− Час вимірювання, с - 10, 20, 40, 60, 120, 180;
− Режими виміру - одиночний, циклічно - безперервний;
− Тип енергонезалежній пам'яті - SD-карта;
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
494
Габарити складових частин апаратури, мм:
- Блок вимірювальний - 210×175×90;
- Антена виносна - 280×35×35;
- Зарядний пристрій - 160×100×98;
Маса складових частин апаратури, кг:
- Блок вимірювальний - 2,1;
- Антена виносна - 0,9;
- Зарядний пристрій - 2,3.
Зовнішній вигляд шахтного портативного аналізатора
«ШАИ-8» зображений на рис. 2.
Рис. 2. Зовнішній вигляд апаратури «ШАИ-8»
Висновок. Розроблений експериментальний зразок ШАИ-8
виконано в вибухобезпечному варіанті на сучасній елементній
базі, являється портативним, дозволяє проводити вимірювання
електромагнітного випромінювання в польових і шахтних умовах
для вивчення напружено-деформованого стану гірських порід,
виявлення розривних порушень і може бути впроваджений для рі-
шення завдань безпеки та підвищення ефективності використання
паливно-енергетичних ресурсів на об’єктах Мінвуглепрому Украї-
ни та геолого-розвідувальними і науково-виробничими організа-
ціями гірничого профілю.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
495
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
1. СОУ 10.1.00174088.011-2005. Правила ведення гірничих робіт
на пластах, схильних до газодинамічних явищ: Прийнято та
надано чинності: наказ Мінвуглепрому від 30.12.2005 р.
№ 145 – Вид. офіц. – К.: Мінвуглепром України, 2005. – 225 с.
2. Некоторые результаты применения метода наблюдения ЕИ-
ЭМПЗ в подземных сооружениях (в выработках шахт, метро,
тоннелях) / И.С. Белый, М.М. Довбнич, Г.П. Кузина,
Г.М. Стовас // Горная геология, геомеханика и маркшейдерия:
сб. науч. докл. -Донецк: УкрНИМИ НАН Украины, 2004. –
С. 161 – 164.
3. Малышков, Ю.П. Многоканальная станция «Катюша - 5» и
результаты ее полевых испытаний в Байкальском регионе /
Ю.П.Малышков, С.Г.Шталин, Ю.Б. Башкуев и др. // Матери-
алы региональной научно-методической конференции. -
Улан-Удэ: Изд-во БГУ, 2000. - С. 82 – 84.
4. Комплекс шахтной автоматизированной аппаратуры «Ангел»
[Електронний ресурс] / ВНИМИ. - Режим доступа:
http://www.geoget.com/node./80/ Опубликовано olga в Втр,
11/20/2007 - 16:13.- Загл. с экрана.
5. Дослідження генерації фізичних полів і екологічних змін у
техногенно-геологічних системах вугленосних формацій з
використанням інформаційних технологій: Звіт про НДР (за-
ключ.) / УкрНДМІ; Керівник Тіркель М.Г. - 9КП/07; № ДР
0107U0024189 - Донецьк, 2007. - 239 c.
6. Розробка шахтного портативного аналізатору електромагніт-
них імпульсів для виявлення ділянок вуглепородного масиву,
потенційно небезпечних за газодинамічними явищами: Звіт
про НДР (заключ.) / УкрНДМІ; Керівник Тіркель М.Г. –
1НТП/10; № ДР 0110U000953 - Донецьк, 2010. - 277 c.
7. ГОСТ 22782.5-78 ССБТ. Электрооборудование взрывозащи-
щенное с видом взрывозащиты «искробезопасная электричес-
кая цепь». Технические требования и методы испытаний.
[Текст]. – М.: Изд-во стандартов, 1978.
8. Фірма BOPLA [Електронний ресурс] Режим доступу:
http://www.bopla.de/rus/ – 15.10.2008 р. Загл. з екрану.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99758 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1996-885X |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:16:59Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Тіркєль, М.Г. Туманов, В.В. Архипенко, О.І. Хлюстов, М.І. Савченко, О.В. Молошникова, Н.Б. 2016-05-02T15:58:30Z 2016-05-02T15:58:30Z 2011 Конструктівні особливості шахтного портативного аналізатора електромагнітних імпульсів «ШАИ-8» / М.Г. Тіркєль, В.В. Туманов, О.І. Архипенко, М.І. Хлюстов, О.В. Савченко, Н.Б. Молошникова // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 2. — С. 488-495. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99758 550.83:621.3.038 Приводится структурная схема апаратуры «ШАИ-8» и характеристика ее отдельных узлов. Рассмотрены факторы, обеспечивающие искробезопасность аппаратуры на сверхкатегорийных шахтах по выбросам угля и газа. Block schematic diagram and specification of spark-safe and explosion-proof equipment «ШАИ-8» for exploration in mines are given. Factors contributing to equipment intrinsic safety at sudden coal- and gas-outburst hazardous mines are considered. uk Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України Наукові праці УкрНДМІ НАН України Конструктівні особливості шахтного портативного аналізатора електромагнітних імпульсів «ШАИ-8» Article published earlier |
| spellingShingle | Конструктівні особливості шахтного портативного аналізатора електромагнітних імпульсів «ШАИ-8» Тіркєль, М.Г. Туманов, В.В. Архипенко, О.І. Хлюстов, М.І. Савченко, О.В. Молошникова, Н.Б. |
| title | Конструктівні особливості шахтного портативного аналізатора електромагнітних імпульсів «ШАИ-8» |
| title_full | Конструктівні особливості шахтного портативного аналізатора електромагнітних імпульсів «ШАИ-8» |
| title_fullStr | Конструктівні особливості шахтного портативного аналізатора електромагнітних імпульсів «ШАИ-8» |
| title_full_unstemmed | Конструктівні особливості шахтного портативного аналізатора електромагнітних імпульсів «ШАИ-8» |
| title_short | Конструктівні особливості шахтного портативного аналізатора електромагнітних імпульсів «ШАИ-8» |
| title_sort | конструктівні особливості шахтного портативного аналізатора електромагнітних імпульсів «шаи-8» |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99758 |
| work_keys_str_mv | AT tírkêlʹmg konstruktívníosoblivostíšahtnogoportativnogoanalízatoraelektromagnítnihímpulʹsívšai8 AT tumanovvv konstruktívníosoblivostíšahtnogoportativnogoanalízatoraelektromagnítnihímpulʹsívšai8 AT arhipenkooí konstruktívníosoblivostíšahtnogoportativnogoanalízatoraelektromagnítnihímpulʹsívšai8 AT hlûstovmí konstruktívníosoblivostíšahtnogoportativnogoanalízatoraelektromagnítnihímpulʹsívšai8 AT savčenkoov konstruktívníosoblivostíšahtnogoportativnogoanalízatoraelektromagnítnihímpulʹsívšai8 AT mološnikovanb konstruktívníosoblivostíšahtnogoportativnogoanalízatoraelektromagnítnihímpulʹsívšai8 |