Не делать лишнего

И не упустить главного


Радар «подземный»

С его помощью можно просканировать земную твердь. По графикам данных вычислить, где и как залегает уголь, не применяя бурение. И водопроводную трубу можно радаром «увидеть».

Но все гладко в теории. На практике же встречается много проблем. Вот она, радарограмма, на мониторе, но, поди пойми, что она означает? Это пласт угля или глины? Задачка не простая даже для ученых.

Об этом рассказывает Максим Иноземцев, старший преподаватель кафедры информационных технологий, машиностроения и автотранспорта (аспирант Томского политехнического университета):

— Есть давний, но еще недоработанный метод — применение подповерхностной радиолокации, в том числе и для диагностики подземных коммуникаций. При этом излучатель (радиолокатор) направляется не в открытое пространство, а непосредственно в землю. И тогда отпадает необходимость бурить сотни скважин, чтобы получить информацию о строении массивов пород, достаточно лишь несколько для уточнения показаний георадара.

Однако у этого метода остается много вопросов, которые требуют научного исследования. Например, определение глубины исследований, так как электромагнитные волны очень легко затухают при прохождении грунта. При разных типах грунта, разных частотах затухание тоже происходит по-разному.

Второе направление нашей научной работы — повышение разрешения, точности работы георадаров. Третье направление связано с конструкцией изучающих систем.

— Метод, как вы сказали, не нов. Так какие проблемы в нем еще не решены?

— Если мы используем радиоволны с низкой частотой, они могут проникнуть глубоко — на десятки метров. Но разрешающая способность у них невелика. А если использовать волны более короткие, дециметрового диапазона, то они очень быстро затухают. Они дают более четкую картину, но в пределах всего нескольких метров. Волны по-разному затухают при прохождении глины, известняка, при обводненности… Параметров очень много, даже температура грунта играет роль.

— Какая практическая польза в идеале должна быть от георадара?

— Можно определить глубину залегания и мощность угольного пласта, — поясняет Евгений Кузин, начальник отдела научно-технического развития, доцент кафедры технологии и комплексной механизации горных работ. — Уголь определяется в виде высоких амплитуд отраженного сигнала. Если мы видим мощную амплитуду, значит есть граница раздела в грунте между различными породами. Но уголь там или нет — это еще неизвестно. Тогда мы сравниваем картину с георадара с результатами бурения скважины. И сопоставив, мы знаем, что в этом конкретном месте вот эта конкретная амплитуда означает границу пласта угля. Теперь у нас есть ориентир для расшифровки радарограммы. При бурении ситуация такова: известно, что находится в точке одного бурения и в точке другого. А что между ними — можем только предполагать. Не бурить же через каждый метр? Метод геолокации позволит нам показать полную картину залегания пласта угля. Ровно ли он «идет» или с нарушениями.

— А под землей можно установить георадар? Чтобы шахтеры «рубили» в забое уголь и на мониторе видели, что их ждет впереди?

— Было бы очень удобно. Тогда горняки не натыкались бы неожиданно на воду или пульпу. К сожалению, пока нет возможности установить георадар на комбайн проходческий или очистной. Потому как работающее горно-шахтное оборудование дает много помех. И пока не создан такой георадар, чтобы мог их отсеять. Это вопрос электромагнитной совместимости.

Механизм — он как человек

Евгений Кузин помимо георадара занимается еще одной научной темой — диагностикой технического состояния редукторов шахтных ленточных конвейеров.

— Евгений Геннадьевич, почему вас заинтересовала эта тема?

— Хочу облегчить труд своим бывшим коллегам. Я семь лет работал механиком на шахте и замучался с редукторами конвейеров. Сломается что-то первого января, крутишь эти гайки на морозе и думаешь «ну почему бы заранее эту проблему не предупредить летом?!» Раньше главной проблемой был человеческий фактор. Кто-то что-то забыл смазать, сделать. Теперь мы слишком многое стали доверять автоматике, заменившей человека. Обвешали все датчиками, все автоматически смазывается и так далее. Но если что-то в автоматике пошло не так, мы ведь даже и не узнаем, пока не сломается. Нельзя абсолютно доверять автоматике и убирать из процесса человека. Машина должна работать — а человек думать!

— И какая у вас идея?

— Идея в том, чтобы диагностировать, не разбирая сам механизм. Главное — понимать, что механизмы ведут себя как сложная техническая система. Таким образом, необходимо опираться на системный подход.

Для диагностики используются три взаимодополняющих метода: тепловой контроль, вибродиагностика и анализ параметров смазочного масла. Анализ масла комплексный, включает в себя спектральный, оценку накопления механических примесей, таких как хром, олово, свинец, медь, железо, кремний и так далее. Задача — опережающий анализ. Еще не сломалось, но мы должны об этом знать. И определить, что делать.

Например, если в масле много кремния, который является мелким абразивом, то нужно масло поменять. Пока кремний не разрушил все. Доказано, что вначале происходят изменения в масле. Потом появляется вибрация и третий признак — повышается температура. На тепловизоре мы сразу можем увидеть, что какой-то подшипник горячее других. Так же вычисляем аномалии в вибрациях каждой части механизма. Есть ведь общая вибрация, а есть локальная. Ищем отклонения.

— Прямо, как у человека… И температура, и у каждого органа своя частота. А анализ масла, как анализ крови.

— Хорошая аналогия с организмом человека. Если в крови какой-то непорядок, то начинают происходить физические изменения. А, например, когда суставы трутся друг о друга без достаточной смазки — аналог «неправильной» вибрации. Вначале это незаметно, но потом начинается воспалительный процесс, то есть повышается температура. Это уже третий, последний признак болезни. В механизмах происходит нечто подобное.

А бывает, что какое-то физическое нарушение может привести к повышению температуры. Что уже потом постепенно сказывается на масле. Задача — связать все три критерия — состав масла, вибрацию, температуру. Чтобы не менять весь редуктор стоимостью в миллионы рублей, а найти причину «заболевания». Возможно, нужно поменять только определенный подшипник.

Я поставил перед собой задачу: благодаря комплексной диагностике оценить техническое состояние оборудования, а после назначать соответствующее ремонтное обслуживание. В дальнейшем прогнозировать, когда и что необходимо сделать при плановых ремонтно-профилактических работах. Не разбирая лишний раз механизм. Все, как у человека: делать часто операции или рентгеновские снимки — тоже вредно. Девиз простой — не делая лишнего, не упустить важного.

Все три метода по отдельности известны. Новшество в их объединении. И тут встает второй этап работы: создание методики диагностирования по параметрам для каждого оборудования. Ведь даже одинаковое оборудование с конвейера работает на одной шахте, но в разных условиях окружающей среды. Одно в сухом месте стоит, а другое в сырости, одно на пологом участке, другое на крутом. А значит, скорее всего, у каждого из них будут свои профессиональные «болезни».

— Надо же, опять все, как у людей. Кто, где работает, у того и такие профзаболевания. Тогда, получается, завод дает одни гарантии, а выходит по-разному?

— Конечно. Бывает, один редуктор три года проработает и как новенький, а другой, изначально точно такой же, через год можно списывать в утиль. И тут рекомендации заводские не работают. Потому что по рекомендациям масло нужно менять им после одинакового числа часов работы. Но по факту это не так. Одному редуктору, что в хороших условиях трудится, масло можно менять раз в три года. А его близнецу, что работает в тяжелых условиях, — лучше раз в полгода. В итоге получаем большую экономию. В одном месте не расходуем понапрасну масло, а в другом — не допускаем непоправимой поломки. Важно знать заранее, что из запчастей закупить и когда отремонтировать. И тогда мы не тратим деньги на лишние детали, не занимаем ими место на складе. Не допускаем сбоев в работе, выполняя все в «ремонтные» дни.

Пока мы ходим с переносным диагностическим оборудованием. Потом перейдем на дистанционное диагностирование через датчики. Все автоматизируем. Но автоматизация должна помогать человеку, а не заменять его. На людях-профессионалах экономить нельзя!

Игорь СЕМЕНОВ


2021-Интекпром