The object of research, development or design (in Russian) : Горные выработки шахт и карьеров

The object of research, development or design (in Kazakh) : Шахталар мен карьерлердің тау-кен жұмыстары

Aim of work (in Russian) : Разработка методов и средств контроля на основе интеллектуальных волоконно-оптических измерительных систем с высокими метрологическими характеристиками с проведением комплексных научных исследований для создания опытных образцов и их внедрение на производстве для повышения безопасности и экономической эффективности проведения горных работ на шахтах и карьерах, а также практической реализации цифровых технологий Индустрии 4.0.

Aim of work (in Kazakh) : Кеніштер мен карьерлердегі тау-кен жұмыстарының қауіпсіздігі мен экономикалық тиімділігін арттыру үшін тәжірибелік үлгілерді жасау және оларды өндіріске енгізу үшін кешенді ғылыми зерттеулері бар жоғары метрологиялық сипаттамалары бар интеллектуалды талшықты-оптикалық өлшеу жүйелеріне негізделген бақылау әдістері мен құралдарын әзірлеу, сондай-ақ цифрлық индустрия 4.0 технологияларын практикалық енгізу.

Методы исследования (на русском) : 1) теоретический – проведение численных методов исследования с использованием компьютерных программ COMSOL Multiphysics для выполнения численного моделирования процессов распространения световых волн, основанная на методе конечных элементов. В проекте будет создана физико-математическая модель оптико-механических процессов в оптоволоконном детекторе с использованием нулевого приближения теории возмущений по безразмерным малым параметрам деформаций с учетом фотоупругого эффекта. 2) экспериментальный – проведение экспериментальных исследований с использованием лабораторного образца; использование модельного метода с постепенным приближением к оригиналу. 3) аналитические – исследование оптического спектра светового пятна, падающего на поверхность фотоматрицы при различном воздействии на ВОД; исследование процессов интерференции световых волн, дифракции, пятен Пуансона, связанных с изменением свойств ОВ в момент возникновения фотоупругого эффекта; применение законов преломления и отражения в ОВ при распространении световой волны по его сердцевине. В данном проекте планируется использовать как традиционные методы (научно-патентной обзор литературы, теоретические и аналитические методы исследования, определение энерго параметров обработки; экспериментальные методы; методы статистической обработки экспериментальных данных), так и методы компьютерного исследования в системах CAD/CAE, а также использования метода конечных элементов для моделирования.

Методы исследования (на казахском) : 1) теориялық – ақырлы элементтер әдісіне негізделген жарық толқындарының таралу процестерін сандық модельдеу үшін COMSOL Multiphysics компьютерлік бағдарламаларын пайдалана отырып, сандық зерттеу әдістерін жүргізу. Жоба фотосерпімді әсерді ескере отырып, өлшемсіз шағын деформация параметрлері үшін бұзылу теориясының нөлдік жуықтауын қолдана отырып, талшықты-оптикалық детекторда оптикалық-механикалық процестердің физикалық және математикалық моделін жасайды. 2) эксперименттік – зертханалық үлгіні пайдалана отырып эксперименттік зерттеулер жүргізу; түпнұсқаға бірте-бірте жақындату арқылы үлгі әдісін қолдану. 3) аналитикалық – су диодына әр түрлі әсер ету кезінде фотоматрица бетіне түсетін жарық нүктесінің оптикалық спектрін зерттеу; жарық толқындарының интерференциялану процестерін, дифракцияны, фотосерпімді эффект пайда болған кезде оптикалық талшықтың қасиеттерінің өзгеруіне байланысты тесілген нүктелерді зерттеу; жарық толқыны оның ядросы арқылы таралатын оптикалық талшықтағы сыну және шағылу заңдарын қолдану. Бұл жобада дәстүрлі әдістерді де (ғылыми және патенттік әдебиеттерге шолу, теориялық және аналитикалық зерттеу әдістері, энергия өңдеу параметрлерін анықтау; эксперименттік әдістер; эксперименттік мәліметтерді статистикалық өңдеу әдістері), сонымен қатар АЖЖ/ компьютерлік зерттеу әдістерін қолдану жоспарлануда. CAE жүйелері, сондай-ақ модельдеу үшін соңғы элементтер әдісін қолдану.

Obtained results and novelty (in Russian) : Получение прорывных научных результатов, позволяющих внедрить технологии в различные отрасли промышленности, для построения систем обеспечения безопасности на основе волоконно-оптических цифровых технологий. Развитие отечественной цифровой технологии контроля и измерений Индустрии 4.0. Конвергентные системы безопасности шахт и карьеров на основе цифровых технологий Индустрии 4.0 на основе волоконно-оптических техники, являются системами нового поколения с высокими метрологическими характеристиками, при создании которых использовались новые наукоемкие технологии и инновации, позволяющие получить серьезное преимущество перед зарубежными аналогами. В 2024 году было получено 2 патента на полезную модель, 1 свидетельство о государственной регистрации прав на объект (научное произведение) авторского права, одна статья в отечественном издании, рекомендованным КОКСНВО, 2 статьи в рецензируемом научном издании по научному направлению проекта, индексируемом в Science CitationIndex Expanded базы Web of Science и (или) имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 35.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Талшықты-оптикалық цифрлық технологиялар негізінде қауіпсіздік жүйелерін құру үшін әртүрлі салаларда технологияларды енгізуге мүмкіндік беретін серпінді ғылыми нәтижелерді алу. Индустрия 4.0 бақылау және өлшеу үшін отандық цифрлық технологияны дамыту. Талшықты-оптикалық технологияға негізделген Индустрия 4.0 цифрлық технологияларына негізделген шахталар мен карьерлер үшін конвергентті қауіпсіздік жүйелері - бұл құру кезінде жаңа жоғары технологиялық технологиялар мен инновациялар қолданылған, оларға қарағанда елеулі артықшылықтар алуға мүмкіндік беретін жоғары метрологиялық сипаттамалары бар жаңа буын жүйелері. шетелдік аналогтар. 2024 жылы 2 пайдалы модель патенті, авторлық құқық объектісіне (ғылыми еңбекке) құқықтарды мемлекеттік тіркеу туралы 1 куәлік, КОКСВО ұсынған отандық басылымда бір мақала, ғылыми бағыттағы рецензияланған ғылыми басылымда 2 мақала алынды. Жобаның Science CitationIndex Expanded Web of Science дерекқорларында индекстелген және (немесе) Scopus дерекқорында CiteScore пайыздық көрсеткіші кемінде 35 болатын.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Конструктивные показатели: модульная структура, включающая в себя датчики, систему передачи данных и программное обеспечение для обработки информации; возможность работы на солнечных панелях для удаленных участков; защита от агрессивных сред (влага, пыль, химические вещества). Технико-экономические показатели: оценка точности и надежности данных, получаемых от датчиков, а также скорости реакции на изменения в состоянии горных выработок; долговечность и надежность волоконно-оптических датчиков в горных условиях; оценка экономической эффективности системы путем сравнения стоимости предотвращения аварий и потерь с затратами на ее внедрение; возможность интеграции с другими системами управления и мониторинга на предприятии. Экономическая и индустриальная заинтересованность заключается в создании новой наукоемкой технологии с перспективой внедрения цифровых технологий в горнодобывающую промышленность и создание новых образцов волоконно-оптических датчиков с повышенными метрологическими характеристиками. Ожидаемый социальный и экономический эффект заключается развитии экономики и науки в области высоких технологий, а также внедрением нового вида коммуникации бортовых систем различной военной техники, для повышения ее безопасности и живучести. Проект имеет потенциал коммерциализации, так как направлен на развитие отечественной оборонной промышленности.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Конструктивтік көрсеткіштер: модульдік құрылым, оның ішінде сенсорлар, деректерді беру жүйесі және ақпаратты өңдеуге арналған бағдарламалық қамтамасыз ету; шалғай аудандар үшін күн батареяларында жұмыс істеу мүмкіндігі; агрессивті ортадан (ылғал, шаң, химиялық заттар) қорғау. Техникалық-экономикалық көрсеткіштер: датчиктерден алынған мәліметтердің дәлдігі мен сенімділігін, сондай-ақ кен қазбаларының жағдайының өзгеруіне әрекет ету жылдамдығын бағалау; талшықты-оптикалық сенсорлардың тау жағдайында беріктігі мен сенімділігі; авариялар мен ысыраптардың алдын алуға жұмсалған шығындарды оны енгізу шығындарымен салыстыру арқылы жүйенің экономикалық тиімділігін бағалау; кәсіпорындағы басқа басқару және мониторинг жүйелерімен интеграциялану мүмкіндігі. Экономикалық және өндірістік қызығушылық тау-кен өнеркәсібіне цифрлық технологияларды енгізу перспективасы бар жаңа жоғары технологиялық технологияны құруда және метрологиялық сипаттамалары жақсартылған талшықты-оптикалық датчиктердің жаңа түрлерін жасауда. Күтілетін әлеуметтік-экономикалық нәтиже жоғары технологиялар саласындағы экономика мен ғылымды дамыту, сондай-ақ оның қауіпсіздігі мен өміршеңдігін арттыру үшін әртүрлі әскери техниканың борттық жүйелерін жаңа типті байланыстың енгізу болып табылады. Жобаның коммерцияландыру әлеуеті бар, өйткені ол отандық қорғаныс өнеркәсібін дамытуға бағытталған.

Level of implementation (in Russian) : Планируется в 2025 году

Level of implementation (in Kazakh) : 2025 жылға жоспарланған

Efficiency (in Russian) : Волоконно-оптические датчики обеспечивают высокую разрешающую способность, что позволяет точно отслеживать изменения в геотехнических параметрах. Система устойчива к электромагнитным помехам и физическим воздействиям, что увеличивает точность измерений в сложных условиях. Возможность мониторинга в реальном времени позволяет быстро реагировать на изменения, что критически важно для предотвращения аварий и обеспечения безопасности. Система может использовать данные для прогнозирования возможных проблем, что позволяет заранее принимать меры по их предотвращению. Волоконно-оптические датчики имеют высокий срок службы, что снижает необходимость в частой замене оборудования. Датчики способны функционировать в сложных условиях шахт и карьеров, обеспечивая надежность работы системы.

Efficiency (in Kazakh) : Талшықты-оптикалық сенсорлар геотехникалық параметрлердегі өзгерістерді дәл бақылау үшін жоғары ажыратымдылықты қамтамасыз етеді. Жүйе электромагниттік кедергілерге және физикалық әсерлерге төзімді, бұл қиын жағдайларда өлшеу дәлдігін арттырады. Нақты уақытта бақылау мүмкіндігі өзгерістерге жылдам жауап беруге мүмкіндік береді, бұл апаттың алдын алу және қауіпсіздік үшін өте маңызды. Жүйе ықтимал проблемаларды болжау үшін деректерді пайдалана алады, бұл олардың алдын алу үшін белсенді шаралар қабылдауға мүмкіндік береді. Талшықты-оптикалық сенсорлардың қызмет ету мерзімі ұзақ, бұл жабдықты жиі ауыстыру қажеттілігін азайтады. Датчиктер жүйенің сенімділігін қамтамасыз ете отырып, шахталар мен карьерлердің қиын жағдайында жұмыс істеуге қабілетті.

Field of application (in Russian) : В Казахстане развита горнодобывающая промышленность и потенциальными потребителями могут быть около 80 крупных предприятий, занятых добычей различных полезных ископаемых. Т.к. предложенная система решает важную задачу ранней диагностики обрушения горных выработок и бортов карьеров и разрезов, то позволит потенциальным потребителям существенно сократить материальные издержки на ликвидацию аварии и избежать утрат технологического оборудования, а также жертв среди производственного персонала при внезапном обрушении породы в местах проведения горных работ.

Field of application (in Kazakh) : Қазақстанда тау-кен өнеркәсібі дамыған және әртүрлі пайдалы қазбаларды өндірумен айналысатын 80-ге жуық ірі кәсіпорын әлеуетті тұтынушылар бола алады. Өйткені Ұсынылып отырған жүйе әлеуетті тұтынушыларға апатты жоюға жұмсалатын материалдық шығындарды айтарлықтай азайтуға және технологиялық жабдықтың жоғалуын болдырмауға мүмкіндік беретін тау-кен қазбаларының және карьерлер мен ашық кеніштердің қабырғаларының қирауын ерте диагностикалаудың маңызды мәселесін шешеді, сондай-ақ кен өндіру учаскелерінде тау жыныстарының кенет опырылуы кезінде өндірістік персонал арасындағы қаза болғандар.