|
Chmura w ruchu
Czy nowe rozwiązania pomiarowe znane z geodezji powierzchniowej dadzą się z powodzeniem zastosować w podziemnych wyrobiskach górniczych? Jastrzębska Spółka Węglowa udowodniła, że to możliwe.
Zarząd JSW postawił sobie za cel unowocześnienie procesów zarządzania oraz projektowania w swoich kopalniach węgla kamiennego. Z punktu widzenia geodezji kopalnia jest skomplikowaną wielopoziomową strukturą przestrzenną i zobrazowanie jej w tradycyjny sposób, w układzie 2D, to już standard niewystarczający. W rezultacie w spółce prowadzonych jest kilka projektów dotyczących modelowania złoża w trzech wymiarach oraz harmonogramowania produkcji. Nowoczesne techniki pomiarowe, których wynikiem pracy są chmury punktów, w sposób bardzo wierny i szczegółowy odzwierciedlają stan obiektów górniczych. Niewątpliwą zaletą skanowania jest również czas pozyskania danych, niewspółmiernie krótki w stosunku do tradycyjnych technik pomiarowych. Z kolei projektowanie na podstawie chmury punktów o odpowiedniej dokładności powoduje, że w trakcie prac realizacyjnych gotowe elementy dokładnie pasują do przestrzeni, w której mają zostać instalowane, i wykonawcy nie mają z tego tytułu przykrych niespodzianek.
– Prowadzony przez JSW proces cyfryzacji i informatyzacji ciągu produkcyjnego jest zapisany w naszej strategii rozwoju do 2030 roku. Wiąże się on wprost z doposażeniem działów mierniczo-geologicznych w nowy sprzęt. Musimy pamiętać, że w warunkach kopalni i zarządzania procesem wydobycia przygotowanie produkcji ma kluczowe znaczenie dla jej racjonalności i trafności. Oznacza to konieczność gromadzenia niezbędnych informacji o charakterze wybieranego złoża, a zwłaszcza o czynnikach ograniczających prowadzenie eksploatacji – mówi Artur Dyczko, zastępca prezesa zarządu JSW ds. strategii i rozwoju.
Realizowane przez JSW przedsięwzięcia z zakresu modelowania 3D wymagają ogromnego zaangażowania kopalnianych działów mierniczo-geologicznych i – co oczywiste – zakupu nowoczesnego sprzętu. Pierwszym etapem wdrożenia skanerów w kopalniach JSW było przeprowadzenie pomiarów testowych z zastosowaniem różnego typu urządzeń – analizie poddano skanery marek GeoSLAM, Trimble, Leica, Faro i Topcon. Bardzo pomocni okazali się przy tym pracownicy Wydziału Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Ich wsparcie merytoryczne pozwoliło na szybkie podjęcie decyzji o zakupie dwóch skanerów ręcznych Zeb-Revo RT firmy GeoSLAM, które obecnie sprawdzane są w kopalniach Pniówek i Knurów-Szczygłowice.
Wynik pomiaru podszybia przez skaner ręczny Zeb-Revo RT
Dlaczego wybór padł na skaner ręczny? Wynika to ze specyfiki górnictwa na Górnym Śląsku, a szczególnie w zakładach JSW SA, gdzie wyrobiska prowadzone są na znacznych głębokościach, a gabaryty i zagrożenia naturalne ograniczają wykorzystanie skanerów stacjonarnych.
Zeb-Revo RT to niewielkie, mobilne urządzenie (całkowita waga nie przekracza 1 kg) pozwalające na wykonanie skanu w ruchu. Działanie instrumentu bazuje na algorytmie SLAM (Simultaneous Localisation And Mapping). Umożliwia on budowę modelu 3D otoczenia z jednoczesnym określeniem względem niego położenia skanera, i to bez odbiornika GPS. Zastosowanie tego algorytmu w tak małych instrumentach stanowi przełom w technologiach pomiarowych.
Skaner Zeb-Revo RT współpracuje z tabletem, który na bieżąco pozwala obserwować postęp skanowania. Pomiar odbywa się z szybkością 43 200 pkt/s, pole widzenia urządzenia to 360°. Jego zasięg w zamkniętych pomieszczeniach wynosi 30 m, a w otwartych – 15-?20 m. Skan wyrobiska korytarzowego o długości 70-100 metrów trwa około 10 minut.
Wykorzystanie skanera ręcznego do pomiarów na przodku
Oprogramowanie dołączone do pakietu pozwala na wykonanie rejestracji pozyskanej chmury punktów z deklarowaną przez producenta dokładnością od 3 do 30 cm (w pomiarach wykonywanych przez JSW błąd na ogół nie przekracza 2-5 cm). Nie jest to zbyt wysoka dokładność, ale biorąc pod uwagę tempo pozyskiwania danych oraz ich ilość, a także trudne warunki panujące w podziemnym wyrobisku, skaner ten okazuje się doskonałym narzędziem do inwentaryzacji infrastruktury górniczej. W znaczący sposób usprawnił i przyspieszył w JSW sporządzanie dokumentacji mierniczo-geologicznej. Instrument jest z powodzeniem wykorzystywany w miejscach z ograniczonym dostępem np. w opadach skał stropowych (opad stropu to oberwanie się niezabezpieczonej górnej części wyrobiska górniczego, zazwyczaj ściany, spowodowany niepełnym wybraniem węgla i jego odspojeniem się od skał nadległych) lub zupełnie niedostępnych (np. w przestrzeni zawałowej). Przyczynia się tym samym do poprawy bezpieczeństwa pracy mierniczych górniczych w zakładach JSW.
Przy użyciu Zeb-Revo RT liczne pomiary przeprowadzono w KWK Pniówek. Mają one na celu usprawnienie techniki skanowania, ustalenie standardów pomiarowych, określenie przydatności instrumentu oraz przygotowanie się do wdrożenia tej technologii w pozostałych kopalniach spółki. Ponadto mierniczy górniczy zapoznają się z techniką opracowania skanów, jej ograniczeniami oraz zarządzaniem dużymi zbiorami danych.
Dotychczasowe doświadczenia KWK Pniówek pozwoliły wykazać przydatność skanera np. przy:
- inwentaryzacji ruchomych składów materiałów wybuchowych na poziomach 830 i 1000 – dane wykorzystano do zaprojektowania zabudowy wyposażenia składu;
- skanowaniu przestrzeni załadunkowej podszybia na poziomie 830 od strony północnej i południowej – chmura punktów została przekazana w celu doboru optymalnych urządzeń załadowczo-rozładowczych;
- bieżącym skanowaniu w polach eksploatacyjnych dla określenia zakresu, wysokości i objętości powstałych opadów skał stropowych;
- skanowaniu wyrobisk korytarzowych dla określenia ich gabarytów (szerokości i wysokości).
Oprócz tak szerokiego zastosowania pod ziemią skaner jest wykorzystywany również w pracach na powierzchni, np. przy pomiarze objętości mas skalnych, głównie pryzm o nieregularnych kształtach (hałd węgla i urobku), oraz w różnego rodzaju inwentaryzacjach.
Wynik pomiaru podszybia przez skaner ręczny Zeb-Revo RT
Kolejnym etapem wdrożenia pomiarów 3D w kopalniach należących do JSW będzie zakup skanerów stacjonarnych. Testy przeprowadzone za pomocą Zeb-Revo RT dowiodły, że zastosowana technologia stanowi przyszłość przemysłu górniczego w Polsce, którego Jastrzębska Spółka Węglowa chce być liderem. Jednocześnie zwróciły uwagę na konieczność realizacji pomiarów z większą precyzją, nawet milimetrową. Jest ona wymagana chociażby przy niektórych pomiarach w szybach oraz w maszynach wyciągowych szybów górniczych, szczególnie w związku z wdrażaną w kopalniach JSW nowoczesną i bezpieczną tzw. obudową kotwową.
Z uwagi na skalę wyzwań geodeci z Jastrzębskiej Spółki Węglowej nawiązali współpracę z KGHM Polska Miedź, gdzie technika skanowania laserowego jest z powodzeniem stosowana już od kilku lat. Niedawna wizyta w Zakładach Górniczych Lubin pozwoliła na wymianę doświadczeń oraz zapoznanie się z wyzwaniami, które jeszcze czekają JSW.
Na tym etapie jest już dla nas pewne, że posiadanie dokładnej dokumentacji 3D to dziś w górnictwie konieczność. Przy tak dużej koncentracji robót górniczych, przygotowawczych oraz eksploatacyjnych nie ma ucieczki przed zastosowaniem nowych rozwiązań i przyrządów pomiarowych, które będą zapewniały wysoką dokładność w stosunkowo krótkim czasie, nie powodując jednocześnie przerw w pracy zakładu.
Zenon Fojcik, Michał Ziebura
KWK Pniówek
Artykuł pochodzi z bezpłatnego niezbędnika GEODETY „SKANOWANIE LASEROWE 2018”
| 
