Розробка інформаційно-вимірювальної системи контролю деформації та зміщення пластів гірничого масиву на основі волоконно-оптичних датчиків

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.244897

Ключові слова:

оптичне волокно, гірське зміщення, покрівля, гірниче вироблення, волоконно-оптичні датчики

Анотація

Дослідження присвячене питанню створення інформаційно-вимірювальної системи, яку можна використовувати на вугільних шахтах, які небезпечні вибухом вугільного пилу та газу метану. Наведено результати аналізу досягнень у галузі розробок волоконно-оптичних систем. Для вирішення поставленого завдання було розроблено дослідні зразки волоконно-оптичного датчика нового типу та апаратно-програмного комплексу. Дослідження спрямоване на підвищення безпеки праці працівників вугільних підприємств. В результаті проведення теоретичних досліджень зроблено висновок про необхідність враховувати додаткові втрати при мікрозгинанні з урахуванням ефекту фотопружності. Принципова відмінність ідеї від існуючих аналогів полягає у створенні апаратно-програмного комплексу, здатного працювати з одномодовим оптичним волокном великої протяжності зі значним рівнем шуму. Блок обробки даних має телевізійну матрицю та здатний виконувати аналіз змін пікселів світлової плями. Запропонована система є квазі-розподіленою та контролює окремі точки гірського масиву. Розроблений апаратно-програмний комплекс забезпечує високу схибленість вимірювальних каналів при зміні зовнішньої температури. В результаті досліджень розроблено інформаційно-вимірювальну систему контролю деформації та зміщення пластів гірничого масиву на основі волоконно-оптичних датчиків, здатну працювати в умовах вибухонебезпечного середовища. Система дозволяє контролювати кілька пластів, розташованих у покрівлі вироблення, при цьому волоконно-оптичний датчик може містити два або три чутливі елементи, які підключаються до різних каналів. При різкому коливанні тиску та зростанні параметра зміщення система подає попереджувальний сигнал про небезпеку.

Біографії авторів

Vyacheslav Yugay, Karaganda Technical University

PhD, Head of Department

Department of «The technology of communication systems»

Ali Mekhtiyev, S. Seifullin Kazakh Agro Technical University

PhD, Professor

Department of Electrical Equipment Operation

Yelena Neshina, Karaganda Technical University

Master, Head of Department

Department of Power Systems

Bakhytkul Aubakirova, M. Kozybaev North-Kazakhstan University

Master, Senior Lecturer

Department "Construction and Design"

Raushan Aimagambetova, Republic State Enterprise «Kazakhstan Institute of Standardization and Metrology» of the Committee of Technical Regulation and Metrology of the Ministry of Trade and Integration of the Republic of Kazakhstan

Master, Chief Specialist

Department of Strategic Development and Science

Aigul Kozhas, Karaganda Buketov University

PhD, Associate Professor

Department of "Transport and Logistics Systems"

Aliya Alkina, Karaganda Technical University

Master, Senior Lecturer

Department of Information Technologies and Security

Madiyar Musagazhinov, S. Seifullin Kazakh Agro Technical University

PhD Student

Departament of Electrical Equipment Operation

Alexandr Kovtun, Military Engineering Institute of Radio Electronics and Communications

Master, Associate Professor

Department of Special Disciplines

Посилання

  1. Liu, X., Wang, C., Liu, T., Wei, Y., Lv, J. (2009). Fiber Grating Water pressure sensor and system for mine. ACTA Photonica Sinica, 38, 112–114. Available at: https://www.researchgate.net/publication/292872640_Fiber_grating_water_pressure_sensor_and_system_for_mine
  2. Kumar, A., Kumar, D., Singh, U. K., Gupta, P. S., Shankar, G. (2011). Optimizing fibre optics for coal mine automation. International Journal of Control and Automation, 4 (3), 19–30. Available at: http://article.nadiapub.com/IJCA/vol4_no3/2.pdf
  3. Naruse, H., Uehara, H., Deguchi, T., Fujihashi, K., Onishi, M., Espinoza, R. et. al. (2007). Application of a distributed fibre optic strain sensing system to monitoring changes in the state of an underground mine. Measurement Science and Technology, 18 (10), 3202–3210. doi: http://doi.org/10.1088/0957-0233/18/10/s23
  4. Chotchaev, Kh. O. (2016). Control of the mountainous area stress-strained state by the sound ranging and geophysical methods. Geologiya i geofizika yuga Rossii, 3, 129–140. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=27170260
  5. Buimistryuk, G. Ya. (2011). Printsipy postroeniya intellektualnykh volokonno-opticheskikh datchikov. Foton-Ekspress, 6 (43), 38–39.
  6. Buimistryuk, G. (2013). Volokonno-opticheskie datchiki dlya ekstremalnykh uslovii. Control engineering Rossiya, 3 (45), 34–40. Available at: https://controleng.ru/wp-content/uploads/ce_46_p34_volokonno-opticheskie_datchik_dlya_ekstremalnykh_uslovii.pdf
  7. Kim, S., Park, Y., Park, S., Cho, K., Cho, J.-R. (2015). A Sensor-Type PC Strand with an Embedded FBG Sensor for Monitoring Prestress Forces. Sensors, 15 (1), 1060–1070. doi: http://doi.org/10.3390/s150101060
  8. Liu, T., Wei, Y., Guangdong Song, Li, Y., Jinyu Wang, Yanong Ning, Yicheng Lu. (2013). Advances of optical fiber sensors for coal mine safety monitoring applications. 2013 International Conference on Microwave and Photonics (ICMAP), 102–111. doi: http://doi.org/10.1109/icmap.2013.6733455
  9. Zhao, Y., Zhang, N., Si, G. (2016). A Fiber Bragg Grating-Based Monitoring System for Roof Safety Control in Underground Coal Mining. Sensors, 16 (10), 1759. doi: http://doi.org/10.3390/s16101759
  10. Volchikhin, V. I., Murashkina, T. I. (2001). Problemy sozdaniya volokonno-opticheskikh datchikov. Datchiki i sistemy. Izmereniya, kontrol, avtomatizatsiya, 7, 54–58. Available at: http://naukarus.com/problemy-sozdaniya-volokonno-opticheskih-datchikov
  11. Liu, J., Chai, J., Wei, S., Li, Y., Zhu, L., Qiu, B. (2008). Theoretical and experimental study on fiber Bragg grating sensing of rock strata settlement deformation. Journal of Coal Science and Engineering (China), 14 (3), 394–398. doi: http://doi.org/10.1007/s12404-008-0087-0
  12. Kamenev, O. T., Kulchin, Yu. N., Petrov, Yu. S., Khizhnyak, R. V. (2014). Primenenie volokonno-opticheskogo interferometra Makha−Tsendera dlya sozdaniya dlinnobazovykh deformometrov. Pisma v ZHTF, 40 (3), 49–56. Available at: http://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/27305
  13. Kulchin, Yu. N., Kamenev, O. T., Petrov, Yu. S., Kolchinskii, V. A. (2016). Volokonno-opticheskie interferometricheskie priemniki slabykh seismosignalov. Vestnik DVO RAN, 4, 56–59.
  14. Shumkova, D. B., Levchenko, A. E. (2011). Spetsialnye volokonnye svetovody. Perm: Izd-vo Perm. nats. issled. politekhn.un-ta, 178. Available at: https://pstu.ru/files/file/FPMM/of/shumkova_specialnye_volokonnye_svetovody.pdf
  15. Buimistryuk, G. Ya. (2004). Informatsionno – izmeritelnaya tekhnika i tekhnologiya na osnove volokonno-opticheskikh datchikov i sistem. Saint Petersburg: IVA, GROTS Minatoma, 198. Available at: https://www.twirpx.com/file/102146/
  16. Osório, J. H., Chesini, G., Serrão, V. A., Franco, M. A. R., Cordeiro, C. M. B. (2017). Simplifying the design of microstructured optical fibre pressure sensors. Scientific Reports, 7 (1). doi: http://doi.org/10.1038/s41598-017-03206-w
  17. Yurchenko, A. V., Mekhtiyev, A. D., Bulatbayev, F. N., Neshina, Y. G., Alkina, A. D. (2018). The Model of a Fiber-Optic Sensor for Monitoring Mechanical Stresses in Mine Workings. Russian Journal of Nondestructive Testing, 54 (7), 528–533. doi: http://doi.org/10.1134/s1061830918070094
  18. Mekhtiev, A. D., Yurchenko, A. V., Ozhigin, S. G., Neshina, E. G., Al’kina, A. D. (2021). Quasi-Distributed Fiber-Optic Monitoring System for Overlying Rock Mass Pressure on Roofs of Underground Excavations. Fyzyko-Tekhnycheskye Problemi Razrabotky Poleznikh Yskopaemikh, 2, 192–198. doi: http://doi.org/10.15372/ftprpi20210219
  19. Mekhtiyev, A. D., Yurchenko, A. V., Neshina, E. G., Alkina, A. D. (2020). Using G-652 Optical Fiber to Control Mountain Massifes of Coal Mines. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Computer Technologies, Automatic Control & Radioelectronics, 20 (1), 144–153. doi: http://doi.org/10.14529/ctcr200114

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-12-21

Як цитувати

Yugay, V., Mekhtiyev, A., Neshina, Y., Aubakirova, B., Aimagambetova, R., Kozhas, A., Alkina, A., Musagazhinov, M., & Kovtun, A. (2021). Розробка інформаційно-вимірювальної системи контролю деформації та зміщення пластів гірничого масиву на основі волоконно-оптичних датчиків. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(5 (114), 12–27. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.244897

Номер

Том 6 № 5 (114) (2021): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Vyacheslav Yugay, Ali Mekhtiyev, Yelena Neshina, Bakhytkul Aubakirova, Raushan Aimagambetova, Aigul Kozhas, Aliya Alkina, Madiyar Musagazhinov, Alexandr Kovtun

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.