Krzysztof ANDERS1,2, Stanisław STOPIŃSKI1,2, Anna JUSZA1,2, Andrzej KAŹMIERCZAK2, Aleksandra BIENIEK-KACZOREK2,
Paweł BORTNOWSKI2, Franciszek ZABIEROWSKI7, Stanisław SZOSTAK2, Bartosz MARCINIAK3, Paweł MERGO4, Adam PAŹDZIOR4,
Łukasz WZOREK5, Łukasz BEDNARSKI5, Krzysztof SKRZYPKOWSKI6, Ryszard PIRAMIDOWICZ1,2
1LightHouse sp. z o.o., Franciszka Stefczyka 34, 20-151 Lublin
2Politechnika Warszawska, Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki, Koszykowa 75, 00-662 Warszawa
3Lubelski Węgiel BOGDANKA S.A., Bogdanka, 21-013 Puchaczów
4Pracownia Technologii Światłowodów, Instytut Nauk Chemicznych, Wydział Chemii, Uniwersytet Marii Curie Skłodowskiej w Lublinie, plac Marii Skłodowskiej-Curie, 2, 20-031 Lublin
5SHM System Sp. z o.o. Sp. kom., Libertów, ul Jana Pawła II 82A 30-444 Kraków
6Wydział Inżynierii Lądowej i Gospodarki Zasobami AGH, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków
7Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki, Koszykowa 75, 00-662 Warszawa
Monitorowanie ruchu górotworu jest integralnym elementem systemu zarządzania bezpieczeństwem i efektywnością ekonomiczną w górnictwie. Pozwala ono na wczesne wykrywanie i ocenę potencjalnych zagrożeń i optymalizację procesów wydobywczych. Typowe rozwiązania bazują na kotwach pomiarowych z tensometrami elektronicznymi, wymagającymi regularnych kalibracji i ewentualnej wymiany, co istotnie zwiększa koszty eksploatacyjne.
Zastosowanie czujników światłowodowych FBG (ang, fiber Bragg grating, FBG) pozwala na bardzo precyzyjny pomiar odkształcenia żerdzi kotwowej, a dodatkowo dzięki zastosowaniu przełączników optycznych istnieje możliwość opracowania sieci czujników i monitorowania ruchu górotworu niemal w czasie rzeczywistym. Dzięki temu można precyzyjnie określić zasięg i występowanie strefy spękań górotworu na poszczególnych odcinkach chodnika wydobywczego.
W ramach prowadzonych badań opracowano kotwy z wklejonym światłowodem z naniesionymi światłowodowymi czujnikami FBG. System monitorowania czujników został zrealizowany za pomocą komercyjnego interrogatora wykorzystującego laser przestrajalny. Drugie rozwiązanie bazowało na autorskim interrogatorze w postaci specjalizowanego fotonicznego układu scalonego opracowanego przez firmę LightHouse i wytworzonego w Fraunhofer Heinrich Hertz Institut w generycznej technologii fosforku indu. Systemy zostały zmontowane i przetestowane w laboratorium kotwowym AGH oraz, w przypadku komercyjnego interrogatora, na stanowisku testowym w chodniku kopalni. Wyniki pomiarów wykazały dużą zgodność z metodą referencyjną i potwierdziły możliwość zastosowania specjalizowanych fotonicznych układów scalonych do monitorowania ruchu górotworu w kopalniach węgla kamiennego