Branża górnicza - automatyka, pomiary, ATEX

Wyróżnić można kilka technik wydobycia, zależnie od typu kopalin, lokalizacji i rozmiarów złóż. Najstarsza forma eksploatacji to górnictwo odkrywkowe, obecnie powszechniejsze jest natomiast górnictwo podziemne. W pierwszy sposób wydobywa się surowce na powierzchni ziemi albo tuż pod nią. Nie jest zatem wymagane głębokie kopanie, należy tylko usunąć materiał znajdujący się nad pokładami kopaliny (gleba, skały, roślinność). Kopalnie odkrywkowe są bezpieczniejsze niż podziemne, ponieważ ewakuacja górników w razie katastrofy jest łatwiejsza. Niebezpieczeństwo zawału dołów i te związane z użyciem materiałów wybuchowych także jednak w nich występuje. Ponadto zajmują i ingerują w rozległy teren.

Kopaliny ukryte pod powierzchnią na dużych głębokościach wydobywa się drążąc tunele, usuwając materiały, które znajdują się nad ich pokładami i eksploatując złoże. Wiąże się z tym duże niebezpieczeństwo dla pracowników. Kopalnie podziemne wymagają też większych nakładów pracy niż odkrywkowe, ale tak jak one znacząco ingerują w otoczenie

Praktykuje się jeszcze dwie metody wydobycia. Pierwsza polega na płukaniu i przesiewaniu minerałów zmieszanych z osadami, w drugiej wykorzystuje się roztwory, które je rozpuszczają i wypłukują.

Ochrona przed wodą i pyłem oraz konstrukcje specjalne

Kopalnie to trudne środowisko pracy nie tylko dla ludzi, ale i sprzętów, szczególnie urządzeń elektronicznych i złączy. Dlatego te zintegrowane ze sprzętem ciężkim używanym pod ziemią, jak i w kopalniach odkrywkowych, wymagają obudów zapewniających odpowiednią ochronę przede wszystkim przed wnikaniem wody i kurzu. Charakteryzuje ją stopień IP. Przykładowo osłona z gwarantowaną ochroną IP66 oznacza pyło- i wodoszczelność przy zalaniu falą wody. Z kolei elektronika wewnątrz obudowy o stopniu ochrony IP68 może być bez uszczerbku dla jej funkcjonalności poddana zanurzeniu ciągłemu. Projektanci obudów muszą zadbać o to by deklarowany poziom ochrony spełniało nie tylko samo „pudełko”, ale także wyprowadzane z niego i doprowadzane do niego okablowanie i złącza. Dotyczy to także ekranów dotykowych, przełączników oraz czytników. Dlatego wszystkie otwory i wstawki w obudowach muszą być wykonane z materiałów i w sposób, który zapewni taki sam lub większy stopień ochrony przed wnikaniem wody i kurzu jak obudowa. Z tego powodu nie wolno także samodzielnie dokonywać przeróbek w osłonach o deklarowanym IP, o ile nie chcemy zniweczyć wysiłków producenta.

Ważny jest także dobór materiału obudowy, by wytrzymała ona trudne warunki panujące w kopalniach. Na przykład w kopalniach złota wymagane są te odporne na korozję ze względu na agresywne chemikalia, które stosowane są w procesie wydobycia tego surowca. Najbardziej uniwersalnym materiałem jest stal nierdzewna.

Kolejną ważną kwestią jest ochrona przed wpływem skrajnych temperatur. Obudowy nagrzewają się od ciepła wydzielanego przez elektronikę wewnątrz i od źródeł z zewnątrz jak pracujące w pobliżu napędy albo silne nasłonecznienie. Konstrukcja osłony powinna zapobiegać nadmiernemu wzrostowi temperatury – w tym celu m.in. stosowane są przegrody, które stanowią osłonę przeciwsłoneczną. Aby z kolei odprowadzać nagrzane powietrze ze środka obudowy na zewnątrz, równocześnie nie dopuszczając do wnikania kurzu do wnętrza urządzenia, wyposaża się je w wentylatory z filtrem powietrza. I chociaż w takim przypadku nieosiągalny jest stopień ochrony IP68, możliwy jest IP66, o ile zostaną zastosowane osłony wentylatorów, które chronią przed kurzem i wodą. Obudowy urządzeń w kopalniach wykonane są często jako pochyłe, żeby zapobiegać gromadzeniu się pyłu i ułatwić jego zmywanie. Ze względu na silne wibracje i udary, na które narażona jest elektronika w sprzęcie ciężkim, stosowane są też rozwiązania amortyzujące drgania, na przykład przez specjalne antywstrząsowe mocowania płytek drukowanych.

Automatyka i pomiary w robotach strzałowych

Ważny etap wydobycia surowców w górnictwie odkrywkowym i podziemnym to roboty strzałowe. Mianem tym określa się ciąg czynności, których celem jest urabianie skał przez wysadzenie ich w powietrze. Obejmują one: wywiercenie otworów, wypełnienie ich materiałem wybuchowym oraz detonację. Automatyzacja tych operacji ma potencjał, by znacząco poprawić ich dokładność oraz opłacalność – na przykład w kopalniach odkrywkowych węgla udział tych zadań w całkowitym koszcie wydobyciu może sięgać nawet 15%. Niedociągnięcia w ich zakresie jeszcze zwiększają te wydatki – na przykład jeśli otwory strzałowe będą mniejsze, niż planowano, wymagana będzie większa ilości materiałów wybuchowych. Wpływa to też na koszt innych operacji – na przykład niedostateczne rozdrobnienie urobku zmniejsza wydajność załadunku, transportu oraz przeróbki.

Dlatego opracowuje się różne rozwiązania eliminujące niedokładność m.in. w wykonaniu odwiertów. Tradycyjnie są mierzone ręcznie, a wyniki pomiarów, czyli głębokość otworu strzałowego, jego średnicę i wysokość słupa wody, która może go wypełniać, zapisuje się na liście wraz z jego współrzędnymi. Następnie dane te są wprowadzane do programu do planowania rozmieszczenia ładunków wybuchowych. Lepszym rozwiązaniem jest system pomiaru objętości otworów strzałowych zintegrowany z wiertłem, który skanuje je, kiedy jest ono z nich wyjmowane. Korzysta się ponadto z systemów monitorowania odwiertów w czasie rzeczywistym przed, w trakcie i po ich wypełnieniu materiałem wybuchowym. W tym celu po wywierceniu otworów umieszcza się w nich sensory podłączone do nadajnika bezprzewodowego. Nim odwiert zostanie wypełniony, monitorowana jest jego głębokość w celu wykrycia zawału, wysokość słupa wody i temperatura w otworze, co pozwala wykryć te niebezpiecznie gorące. Na podstawie tych informacji dobierany jest ładunek wybuchowy. Podczas umieszczania go w odwiercie czujnik monitoruje postęp tego procesu, mierząc głębokość kolumny materiału. Na koniec sensor zanurzony w ładunku wybuchowym mierzy jego gęstość i temperaturę, wykrywa wnikanie wody i zachodzące reakcje niepożądane, a podczas detonacji jej prędkość.