ВОЗДУХ ПО ОБМЕНУ. ПЕРСПЕКТИВНАЯ СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ ОБЕСПЕЧИТ БЕЗОПАСНЫЙ ТРУД ШАХТЕРОВ.
НАУКА
№ 16(2015)

Работу в шахтах никак не назовешь легкой, в том числе из-за проблем с безопасностью. Одна из таких проблем тесно связана с объемом и качеством воздуха в подземных цехах. Нужные параметры обеспечивают специальные вентиляционные системы. Но не всегда и не везде они как следует справляются со своими задачами. Да и более сложные условия разработки месторождений полезных ископаемых, ужесточающиеся требования к безопасности труда заставляют искать современные, принципиально новые подходы к решению этой проблемы. Ученые не сидят сложа руки. Свои варианты выхода из положения предлагает заместитель директора по научной работе Горного института УрО РАН доктор технических наук Лев ЛЕВИН. Он разрабатывает инновационную ресурсосберегающую систему мониторинга и управления вентиляцией горных предприятий. О том, как новая система, для создания которой выделен грант Президента РФ, обеспечит безопасную и высокопроизводительную добычу полезных ископаемых в трудных горнотехнических условиях, молодой ученый рассказал нашему корреспонденту.

- Шахта - это сложный организм, в деятельности которого вентиляция играет не меньшую роль, чем дыхание в жизни человека, - поясняет Лев Юрьевич. - От того, как обеспечивается этот процесс, зависит не только безопасность труда на горном предприятии, но и его экономическая состоятельность. К слову, в структуре затрат на добычу полезных ископаемых расходы на подготовку, подачу и транспортировку воздуха в подземные выработки могут достигать 70 процентов. Поэтому, создавая новые эффективные технологии для этих целей, мы, в конечном счете, способствуем повышению конкурентоспособности российских производителей.
В последнее время для того, чтобы поддерживать на должном уровне рентабельность предприятий, наращивать объемы добычи полезных ископаемых, приходится иметь дело с необычными горнотехническими параметрами, осложняющими условия освоения месторождений. Глубина подземной выработки может составлять более одного километра, а площадь шахтных полей - свыше 100 квадратных километров. При этом снижается содержание полезных компонентов в руде, что приводит к необходимости поднимать на поверхность большее ее количество.
Из-за изменения горнотехнических параметров значительно возрастают капитальные затраты на строительство объектов. Ухудшаются условия труда горнорабочих. Сложнее организовать проветривание, обеспечить доставку воздуха на удаленные горные участки, что грозит увеличением числа аварийных ситуаций. При этом намного труднее проводить мероприятия по их локализации и ликвидации последствий. 
Понятно, что такая ситуация вынуждает разрабатывать новые технологии и технические средства для обеспечения безопасности ведения горных работ и высокопроизводительной добычи полезных ископаемых в сложных горнотехнических условиях. Для этого, прежде всего, необходимо совершенствовать фундаментальные знания рудничной аэрогазодинамики и горной теплофизики, чем занимается специальный раздел горных наук - рудничная аэрология.
- Что входит в круг ее задач?
- Аэрология изучает свойства атмосферы шахт и рудников, законы движения воздуха, переноса газообразных примесей, пыли и тепла в подземных выработках и прилегающих к ним массивах горных пород. Эта область знаний базируется на законах общей аэромеханики и термодинамики, использует традиционные для них методы исследований и наблюдений состояния рудничной атмосферы. 
Систематизированные сведения o шахтной аэрологии впервые изложил еще в 1745 году Михаил Васильевич Ломоносов в своей работе “O вольном движении воздуха в рудниках примеченном”. Активное развитие эта отрасль горных наук получила в конце XIX - начале XX века в странах Европы и России. Основатель оте­чественной школы рудничной аэрологии - горный инженер академик Александр Александрович Скочинский. 
Сегодня аэрология решает задачи на стыке фундаментальной и прикладной наук, что позволяет добиться существенной экономии ресурсов, сократить расходы на проветривание. Ученые-аэрологи помогают обеспечить выполнение правил безопасности, повысить надежность функционирования систем вентиляции в штатном и аварийном режимах, сделать работу служб вентиляции горных предприятий более удобной. Результаты, полученные специалистами в этой области знаний, играют существенную роль в наших исследованиях.
- Они, как следует из темы вашей работы, связаны с созданием системы мониторинга и управления шахтной вентиляцией. Что она собой представляет и какую пользу принесет?
- Разработка таких автоматизированных систем - одна из актуальнейших задач нашего времени. Они позволят обеспечить безопасные, комфортные и отвечающие современному уровню прогресса условия труда в подземных рабочих зонах. Для освоения месторождений полезных ископаемых решение этой важной эксплуатационной задачи значит очень много.
Все мероприятия по контролю проветривания горных выработок можно разделить на две большие группы - периодические и оперативные. К первой относятся ручные инструментальные измерения расхода воздуха, его микроклиматических параметров и концентрации горючих и ядовитых примесей. 
Ко второй группе относится оперативный мониторинг параметров проветривания горных выработок. Этим занимаются автоматические системы раннего обнаружения пожаров и системы аэрогазодинамического контроля.
Системы вентиляции современных шахт и рудников очень сложные, что делает непростой задачу обслуживания аппаратуры замерных пунктов, оперативно отслеживающих подачу и расход воздуха. Практика показывает, что выход из строя датчиков случается довольно часто. Это приводит к полной потере контроля параметров проветривания в выработке и снижению надежности системы мониторинга в целом. Как результат: неправильная оценка текущей ситуации проветривания и ошибки в прогнозировании воздухораспределения, в том числе в аварийных ситуациях. 
Наша задача - обеспечить получение полного объема информации о воздухораспределении при использовании минимального количества датчиков. Для этого мы разрабатываем метод расчета, позволяющий делать прогноз на основании математической модели вентиляционной сети. 
Кроме мониторинга и контроля вентиляции, необходимо внедрение технологии автоматического управления воздухораспределением в шахтах, основанной на совместном управлении вентиляторными установками и автоматическими регуляторами. Такой “альянс” обеспечит доставку свежего воздуха всем потребителям рудника в нужном количестве - в автоматическом режиме и при минимальных затратах электроэнергии. Отмечу, что потенциал автоматического управления воздухораспределением подземных рудников сейчас используется не полностью. 
Сегодня назрела необходимость разработки совокупности математических алгоритмов, программных средств и практических методов построения оптимальных систем автоматического управления проветриванием подземных горизонтов. Только такой комплексный подход позволит эффективно решать задачи полноценной вентиляции рудников. 
Мониторинг распределения воздушных потоков в режиме реального времени, с возможностью прогноза в случаях возникновения нештатных ситуаций - новая для мировой практики рудничной вентиляции задача. Такой мониторинг позволяет проводить оперативное автоматическое управление воздухораспределением в вентиляционной сети. Аналогов подобного вида управления в российской практике нет. А в мире об этом только говорят, хотя кое-где отдельные элементы таких систем начинают внедрять. Надо отметить и еще один момент - назрела необходимость разработки алгоритмов оптимального управления с функцией минимизации энергопотребления вентиляторных установок. 
На решение этих задач и направлены наши усилия.
- Что вам предстоит сделать в ходе работ по проекту, поддержанному президентским грантом?
- Мы планируем активно сотрудничать с горными предприятиями. Ведь наибольшее удовлетворение от своей деятельности получаешь, когда видишь живое воплощение своих идей, исследований, разработок. Нам не привыкать взаимодействовать с горняками. Среди постоянных заказчиков как крупнейшие, так и небольшие горнодобывающие предприятия. Это “Уралкалий”, “Беларуськалий”, “Норильский никель”, “Акрон”, “ЕвроХим”, “Алроса”, “Руссоль” и другие.
Внедрение инноваций - путь, который может затянуться на годы, поэтому всем участникам процесса приходится запасаться терпением. Мы стараемся поддерживать постоянные контакты с горными предприятиями, вникать в проблемы производителей, оправдывать их доверие. Стремимся убедительно обосновать необходимость и целесообразность использования новых технологий. Чего греха таить, многие специалисты предприятий и проектных институтов не горят желанием их осваивать, менять устоявшиеся подходы. Да и руководители, инвесторы, собственники не спешат вкладывать деньги в уникальные, несерийные проекты. 
Между тем каждое горное предприятие имеет свои особенности. Даже системы разработки ископаемых на рудниках одного месторождения могут сильно различаться своей спецификой, горногеологическими условиями. Именно потому оригинальные, созданные под конкретные задачи проекты принесут максимальный экономический эффект. 
Пример для нас в этой сфере - Республика Беларусь. Наибольшее количество наших инновационных ресурсосберегающих технологий эффективно внедряется именно там. Это стало возможным благодаря трем важным факторам. Во-первых, в 2007 году президент Республики Беларусь издал директиву, согласно которой предприятия должны обеспечить снижение энергоемкости валового внутреннего продукта не менее чем на 50 процентов к 2015 году (по сравнению с уровнем 2005-го). Во-вторых, органы технического регулирования Белоруссии открыты инновациям, готовы обсуждать новые технологии, дают им “зеленый свет”. В-третьих, руководители горных предприятий республики заинтересованы в повышении эффективности производства, конкурентоспособности своей продукции. Мы провели на рудниках ОАО “Беларуськалий” ряд энергосберегающих мероприятий, благодаря чему только на одном руднике энергопотребление вентилятора главного проветривания снизилось с 4,1 до 0,9 мегаватта в час, то есть более чем в четыре раза. При этом объем добычи увеличился почти в два раза. Экономический эффект измеряется десятками миллионов евро. 
Возможно, нынешние сложные экономические условия подтолкнут собственников и руководителей горнодобывающих предприятий к сотрудничеству с наукой и внедрению инновационных разработок российских ученых. Надеемся также, что регулирующие и контролирующие структуры, разрабатывающие правила безопасности для ведения горных работ, будут учитывать наши предложения. 
Хочу еще заметить, что считаю необходимым привлекать к совместной работе с научными организациями грамотных маркетологов, активных менеджеров, что поможет продвижению и реализации инновационных идей и проектов.

Фирюза ЯНЧИЛИНА
Иллюстрации предоставлены Л.Левиным