ОСОБОВЗРЫВОБЕЗОПАСНАЯ БАЗОВАЯ СТАНЦИЯ СТАЦИОНАРНАЯ

Полезная модель относится к технике связи, в частности к базовым станциям, используемым в информационно-измерительных системах связи по обеспечению безопасности на предприятиях с подземной добычей полезных ископаемых, в различных туннелях, подземных хранилищах и других протяженных объектах для голосовой связи и обмена сообщениями между абонентами, а также для оперативного управления, контроля местонахождения персонала и мониторинга состояния окружающей среды.
Использование информационно-измерительных систем связи позволяет обеспечить своевременную информацию, непрерывный мониторинг аэрогазовой атмосферы шахты, оперативное и достоверное обнаружение и смягчение опасных факторов возникновения аварийных ситуаций, информационную поддержку аварийно-спасательных и восстановительных работ, что позволяет корректировать, изменять существующие или ожидаемые неблагоприятные ситуации и в целом повышать безопасность работ на горных предприятиях с подземным способом добычи полезных ископаемых.
Систему связи в шахтах в настоящее время реализуют на основе беспроводных технологий в УКВ диапазоне IEEE 802.11, IEEE 802.15.4, IEEE 802.3 для улучшения масштабируемости, универсальности и совместимости.
Основным технологическим узлом информационно-измерительной системы связи являются базовые станции, которые устанавливают вдоль подземных горных выработок шахты для обеспечения полного покрытия беспроводной связью всех выработок. При этом базовые станции связаны между собой как проводной системой связи на основе IEEE 802.3, которая образует основную транспортную сеть связи, так и волноводами или антеннами, которые образуют резервную транспортную сеть связи. Базовые станции являются коммутирующими и передающими элементами сети связи.
Базовые станция реализуют как производственно-диспетчерскую связь в нормальных режимах работы шахты, так и аварийно-спасательную связь в аварийных режимах работы шахты и при отказе основной транспортной сети связи. Во всех режимах базовые станции реализуют кодовую, текстовую и голосовую связь между абонентами и диспетчером и обеспечивают телеметрию состояния абонента и окружающей среды в его рабочей зоне. Базовые станции предназначены для применения на рудниках и шахтах, в том числе угольных, опасных по газу и пыли.
В технических решениях по патенту №165131ПМ, публ. 10.10.2016 и по патенту №186741ПМ, публ. 31.01.2019.01 предлагаются особовзрывобезопасные базовые станции, имеющие корпус по форме прямоугольной призмы с контактными вводами и со смонтированными во внутреннем объеме корпуса электрически соединенными функциональными электронными блоками, выполненными с возможностью цифровой обработке сигналов, анализа и обработки информации, и возможностью передачи данных в приемно-передающие устройства через внешние волноводы и антенны связи с внешними устройствами по стандартам IEEE 802.11, IEEE 802.15.4, IEEE 802.3.
Характерной особенностью известных технических решений является размещение корпуса базовой станции стационарной на почве шахтной выработки, что технологически затрудняет их обслуживание в стесненных условиях производственных площадей эксплуатации, в том числе, в условиях применения при выработке полезных ископаемых технологического оборудования, при этом также затрудняется подвод к корпусу базовой станции стационарной основного питающего напряжения, в том числе, со стороны ввода искробезопасных питающих напряжений от шахтных источников питания. Использование встроенных антенн щелевого типа приводит к нарушению работы и к перегреву электромонтажных соединений используемых во внутреннем объеме корпуса вследствие эксплуатации базовой станции стационарной в условиях загазованности и пыли окружающей среды. Указанные обстоятельства значительно снижают эксплуатационную надежность базовой станции стационарной. Также характерной особенностью базовых станций, работающих в УКВ диапазоне, является необходимость их расположения в «прямой радиовидимости». Это обстоятельство приводит к использованию значительного количества базовых станций, например, для горного участка общей протяженностью 10 км количество базовых станций составляет от 50 до 100 штук, для которых требуется обеспечить искробезопасное питание - от 50 до 100 источников питания и около 20 км различных кабелей.
Технический результат полезной модели заключается в повышении эксплуатационной надежности работы системы связи на горном участке и в шахте в целом на основе базовых станций и в снижении количества оборудования.
Для решения поставленного технического результата предложена особовзрывобезопасная базовая станция стационарная, имеющая корпус по форме прямоугольной призмы с контактными вводами и со смонтированными во внутреннем объеме корпуса электрически соединенными функциональными электронными блоками, выполненными с возможностью цифровой обработки сигналов, анализа и обработки информации, и возможностью передачи данных в приемно-передающие устройства через внешние волноводы и антенны связи с внешними устройствами по стандартам IEEE 802.11, IEEE 802.15.4, IEEE 802.3., согласно полезной модели, лицевая поверхность одной из торцовых граней призмы корпуса станции имеет информационное табло и оребрение для защиты корпуса от внешних механических воздействий и охлаждения его внутреннего рабочего объема, внешняя поверхность противолежащей тыльной грани соединена с монтажной плитой для крепления корпуса к борту горной выработки, средства крепления монтажной плиты расположены по участках ее поверхности, внешний контур которой выступает за внешний контур нижней боковой грани корпуса и за внешней контур его противолежащих боковых граней, примыкающих к нижней боковой грани, ширина торцовых граней корпуса превышает ширину боковых граней, соединяющих торцовые грани, на нижней боковой грани корпуса выполнены ориентированные к выступающему участку монтажной плиты контактные вводы для подключения к внешней шахтной аппаратуре по анализу газовой среды, влажности, давления, а на одной из боковых граней, примыкающей к указанной нижней боковой грани, выполнены ориентированные к соответствующему выступающему участку монтажной плиты контактные вводы для подсоединения искробезопасных питающих напряжений от шахтных источников питания и для подсоединения антенн и волноводов.
Согласно полезной модели, выступающие участки монтажной плиты снабжены колодками для фиксации на них кабелей и проводов, выходящих из контактных вводов.
Согласно полезной модели, выступающий участок монтажной плиты со стороны нижней боковой грани имеет горизонтально ориентированную площадку для укладки и фиксации на ней кабелей и проводов, выходящих из контактных вводов данной грани.
Согласно полезной модели, приспособление для внешнего захвата корпуса расположено на верхней боковой грани корпуса.
Согласно полезной модели, внутренний объем корпуса герметизирован диэлектрическим теплопроводным компаундом.
Согласно полезной модели, базовая станция для беспроводной связи с абонентскими терминалами и другими базовыми станциями в СВ-диапазоне возможно использование внешних волноводов и антенн, а для связи с абонентскими терминалами IEEE 802.11, IEEE 802.15.4 используются встроенные антенны.
При реализации полезной модели повышается эксплуатационная надежность работы информационно-измерительных систем связи на основе базовых станций за счет реализации резервной транспортной сети связи, которая работает при отказе высокоскоростных универсальных систем связи (IEEE 802.3), разрушении кабельных систем и горных выработок, уменьшения в 10-100 раз количества оборудования связи и источников питания, используемого для организации системы связи, и в 2-5 раз протяженности кабельных линий связи, повышается эксплуатационная надежность работы базовой станции стационарной в информационно-измерительных системах связи за счет размещения корпуса станции в наиболее безопасных при ее эксплуатации зонах производственного пространства выработки, в том числе, вне зависимости от рабочего объема производственных площадей, за счет конструктивного исполнения корпуса повышенной прочности к внешним механическим воздействиям и повышения теплоотдачи со стороны внутреннего объема корпуса во внешнюю среду выработки, за счет надежности фиксации проводов в зонах контактных вводов и безопасном месторасположении их на корпусе.
Полезная модель поясняется графическими материалами, где на:
Рис. 1 показан внешний вид взрывобезопасной базовой станции стационарной;
Рис. 2 - то же, что на рис 1, вид спереди взрывобезопасной базовой станции стационарной;
Рис. 3 - то же, что на рис. 2, вид А.
Особовзрывобезопасная базовая станция стационарная имеет корпус по форме прямоугольной призмы с контактными вводами. Во внутреннем объеме корпуса смонтированы электрически соединенные функциональные электронные блоки, выполненные с возможностью цифровой обработки сигналов, анализа и обработки информации, и возможностью передачи данных в приемно-передающие устройства через внешние волноводы и антенны связи с внешними устройствами по стандартам IEEE 802.11, IEEE 802.15.4, IEEE 802.3.
Лицевая поверхность одной из торцовых граней 1 призмы корпуса имеет информационное табло 2 и оребрение 3 для теплоотдачи (охлаждения) со стороны внутреннего объема корпуса во внешнюю среду горной выработки и для дополнительной защиты корпуса от внешних механических воздействий.
Для повышения надежности теплоотдачи и эксплуатационной надежности электрических соединений, используемых во внутреннем объеме корпуса, используют герметизацию диэлектрическим теплопроводным компаундом на основе кремнийорганических смол. Наличие оребрения на лицевой торцовой поверхности и использование герметизирующего теплопроводного компаунда в целом повышает эксплуатационную надежность базовой станции стационарной, в том числе, при ограниченных потоках воздуха при монтаже базовых станций на борта горных выработок.
Внешняя поверхность противолежащей тыльной грани корпуса соединена с монтажной плитой 4 для крепления корпуса к борту выработки. Зоны 5 для размещения средств крепления монтажной плиты 4 расположены по участках ее поверхности, внешний контур которой выступает за внешний контур нижней боковой грани 6 корпуса и за внешней контур его противолежащих боковых граней 7, примыкающих к нижней боковой грани 6. Боковые грани 7 соединяют тыльную и лицевую торцовые грани между собой.
Ширина торцовых граней корпуса превышает ширину боковых граней 6(7), соединяющих лицевую 1 и тыльную торцовые грани. Ширину (толщину) боковых граней 6(7) рассчитывают с учетом габаритных размеров, расположенных во внутреннем объеме электронных блоков, модулей, при расчете толщины боковых граней учитывают физико-механические характеристики металла, используемого для изготовления ударопрочного корпуса и конструктивно-технологические параметры по размещению средств соединения торцовых граней с боковыми при формировании призмы корпуса.
На нижней боковой грани 6 корпуса выполнены ориентированные к выступающему участку монтажной плиты 4 контактные вводы 8, для подключения волноводов, внешних антенн, искробезопасных источников питания и оборудования связи (IEEE 802.3) и для подключения к внешней шахтной аппаратуре по анализу газовой среды, влажности, давления. Количество контактных вводов 8 на данной грани определяется максимальным количеством электронных модулей радиотрактов в конкретной базовой станции, количество которых составляет от 1 до 4 в зависимости от исполнения. Каждый электронный модуль приемопередатчика обеспечивает возможность подключения волновода для связи с абонентскими терминалами или смежными базовыми станциями и внешней антенны для связи с базовыми станциями через толщу горной породы.
На боковых гранях, примыкающих к указанной нижней боковой грани 6, могут быть выполнены дополнительные ориентированные к соответствующему выступающему участку монтажной плиты 4 контактные вводы 9 для подсоединения искробезопасных источников питания, оборудования связи (IEEE 802.3) и внешней шахтной аппаратуре по анализу газовой среды, влажности, давления.
Выступающие участки монтажной плиты в зоне расположения контактных вводов 8 снабжены колодками 10 для фиксации на них проводов, входящих в контактные вводы, что улучшает контактное соединение проводов. Выступающий участок монтажной плиты 4 со стороны нижней боковой грани 6 имеет горизонтально ориентированную площадку 11 для укладки и фиксации на ней посредством колодки 10 проводов контактных вводов данной грани.
Для повышения эксплуатационной надежности проводов при контактном взаимодействии с вводами 8 используют защитные пылевлагозащитные наконечники и уплотняемые кабельные вводы 12.
Надежность транспортирования базовой станции стационарной в зону эксплуатации или ремонта обеспечивается приспособлением 13 для внешнего захвата, которое расположено на верхней боковой грани корпуса.
Внутри корпуса располагаются одна центральная плата управления и цифровой обработки сигналов 14, от 1 до 4 модулей радиотрактов 17, которые могут комплектоваться внутренним радиатором 16 в зависимости от исполнения, которые электрически соединены друг с другом, с информационным табло 2 на лицевой панели и разъемами и клеммами 8, 9, 12 на гранях 6 и 7, весь внутренний объем заполнен теплопроводным диэлектрическим силиконовым компаундом для обеспечения отвода тепла на лицевую поверхность 3 и особовзрывобезопасного исполнения конструкции в целом.
На лицевой части корпуса расположено информационное табло 2 с указанием маркировки базовой станции стационарной, под информационным табло расположены индикаторы управления 17 слева-направо - включение, радиосвязь, кабельные соединения, проблемы с питанием, с заземлением, с волноводами и антеннами, а справа от информационного табло расположены светодиодные сигналы готовности к работе 18 и наличия питания 19. Электронный блок, управляющий информационным табло, также может быть оснащен модулем и антенной УКВ связи.
Для повышения эксплуатационной надежности информационно-измерительной системы связи на основе базовых станций стационарных к любым техногенным воздействиям со стороны горного массива (горные удары и выбросы) и окружающей среды (взрывы метана и пыли) используются волноводы, представляющие собой один или два изолированных проводника, прокладываемых вдоль горной выработки по ее бортам, и внешние антенны, которые обеспечивает беспроводную связь с абонентскими терминалами и другими базовыми станциями в СВ-диапазоне через внешние волноводы на расстояниях 2500-4500 м в зависимости от горно-геологических условий, что делает достаточным использование одной базовой станции для горного участка с суммарной протяженностью до 18 км, и через внешнюю антенну на расстояниях 100-500 м через горную породу в зависимости от горно-геологических условий, что обеспечивает противоаварийную устойчивость системы связи в СВ-диапазоне (резервной транспортной сети) в условиях разрушения горных выработок, а также с абонентскими терминалами по стандартам IEEE 802.11, IEEE 802.15.4, IEEE 802.3 с помощью встроенных антенн на расстоянии до 50 м.
Использование данного типа антенного оборудования обеспечивает полное покрытие связью всех подземных выработок шахты, в том числе, с использованием голосовой связи и обмена сообщениями между абонентами, при этом базовые станции стационарные могут быть связаны между собой как через универсальную систему связи (IEEE 802.3), так и в СВ-диапазоне через волноводы и антенны. Такая система с реализацией перечисленных каналов связи обеспечивает непрерывные подключения и изменения в сети при возникновении проблем (неисправный узел, блокированный путь, разрыв кабельной сети или волновода) с выбором оптимального пути связи, в том числе, с обеспечением связи вдоль металлоконструкций в горной выработке (рельсы, трубопроводы и др.), которые могут выполнять роль волноводов.
Таким образом, при реализации полезной модели повышается эксплуатационная надежности работы базовой станции стационарной в информационно-измерительных системах связи по обеспечению безопасности на предприятиях с подземной добычей полезных ископаемых, обеспечивается возможность эксплуатации базовых станций стационарных в подземных выработках вне зависимости от их производственных площадей в нормальных и авариных режимах в том числе, при разрушении кабельных сетей и горных выработок.