СВЕТИЛЬНИК ШАХТНЫЙ ГОЛОВНОЙ
MINING CAP LIGHT

Изобретение относится к области горно-шахтного оборудования для индивидуального пользования в выработках угольных шахт и рудников, а также на других промышленных объектах, и предназначено для освещения рабочего места горнорабочего, оповещения персонала рудника об авариях, информирования горнорабочего о результатах аэрогазового контроля окружающей среды, поиска шахтера под завалами, вызова на связь диспетчера для управления технологическими процессами.
Известен светильник шахтный головной (патент РФ №175083, опубликовано 20.11.2017 г.), который содержит герметичный корпус, многожильный соединительный кабель и поясной блок с блоком питания, при этом корпус содержит светодиодный источник света с светоотражающим рефлектором для создания направленного пучка света, датчик газоанализатора, блок беспроводной связи с штыревой антенной, блок определения местоположения относительно внутришахтных источников базовых сигналов, блок экстренного оповещения головного офиса с тревожной сигнальной кнопкой, встроенный динамик либо виброзвонок для оповещения об опасности.
Данный светильник используется в качестве обеспечения звуковой и световой сигнализации, двусторонней связи горнорабочего и диспетчера, анализа окружающей среды для выявления отклонения установленных значений концентраций газов.
Однако источник света рассмотренного светильника создает только направленный пучок, освещающий удаленные объекты, при этом освещение ближнего пространства под ногами горнорабочего отсутствует, что затрудняет проведение работ в непосредственной близости от него, что ограничивает функциональные возможности решения и делает его недостаточно эффективным.
Также данный светильник имеет ограниченные функции по контролю и управлению, так как позволяет диспетчеру ориентироваться в текущей обстановке на месте проведения горно-шахтных работ только на основании информации о содержании газа в окружающей среде и местоположении горнорабочего. Такой важный информационный фактор, как передача изображений того, что происходит в поле зрения рабочего, в данном случае отсутствует.
Аналогичные недостатки имеют светильники шахтные головные по патенту Украины №64580 (опубликовано 10.11.2011 г.), патенту Китая №111878720 (опубликовано 03.11.220 г.), патенту Китая №201748174 (опубликовано 16.02.2011 г.), патенту РФ №87495 (опубликовано 10.10.2009 г.), патенту РФ №152318 (опубликовано 20.05.2015 г.).
Известен светильник шахтный головной (патент РФ №2682316, опубликовано 19.03.2019 г.), который содержит корпус, светодиодные источники ближнего и дальнего света, орган управления источниками света, выведенный на внешнюю поверхность корпуса, блок питания от аккумуляторной батареи.
Данный светильник позволяет освещать как удаленные объекты, так и ближнее пространство, при этом он является малочувствительным к мелким вибрациям. Орган управления источниками в виде единой кнопки обеспечивает многофункциональное управление, а именно: поочередное и одновременное включение источников света, их выключение и регулирование мощности световых потоков. Отражатели светодиодных источников света могут быть объединены в единую деталь - групповой отражатель, выполненный методом литья или формования, что упрощает процесс сборки светильника и обеспечивает точность расположения деталей относительно друг друга. Корпус светильника может иметь места для установки газоанализаторов, устройств связи и различных датчиков.
Однако рассмотренный светильник также не позволяет диспетчеру непосредственно наблюдать за тем, что происходит в зоне проведения работ для выдачи дополнительных указаний и предотвращения аварийных ситуаций, что сказывается на недостаточно высокой эффективности такого светильника.
Известен светильник шахтный головной (патент Китая №209876571, опубликовано 31.12.2019 г.), принятый за наиболее близкий аналог к заявляемому решению, который содержит корпус, соединительный кабель и поясной блок с блоком питания, при этом корпус содержит источник света, блок фотографирования, блок видеозаписи, модуль позиционирования, модуль беспроводной связи, модуль обработки голоса с динамиком и микрофоном, датчик концентрации газа, кнопку аварийной сигнализации.
Данный светильник за счет наличия блока фотографирования и видеозаписи позволяет в текущем моменте времени передавать информацию о проводимых работах диспетчеру, что, наряду с возможностью определения количества содержания газа и местонахождения горнорабочего, повышает эффективность контроля и управления и проведения работы в целом.
Однако указанный светильник содержит только один источник света, который позволяет работать с удаленными объектами и не позволяет работать с ближним пространством. При этом камера для фотографирования и видеозаписи располагается над источником света, что может привести к попаданию лучей света на камеру, засвечиванию и искажению передаваемой картинки. Камера для фотографирования и видеозаписи выполнена без возможности записи снимаемого изображения, что не позволяет повторно просмотреть материал в случае необходимости. Кроме того, камера для фотографирования и видеозаписи располагается в отдельном отсеке корпуса, что делает светильник громоздким, а саму конструкцию менее надежной.
Технической проблемой настоящего изобретения является создание многофункционального светильника шахтного головного, использование которого приводит к дальнейшему повышению эффективности проводимых работ в горно-шахтной отрасли.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение качества передачи и хранения информации о ходе рабочего процесса за счет конструктивных особенностей светильника шахтного головного при обеспечении его функций освещения, оповещения, аэрогазового контроля окружающей среды и управления рабочим процессом.
Технический результат достигается при использовании светильника шахтного головного, имеющего корпус, состоящий из основания и прозрачной крышки, соединительный кабель и поясной блок с блоком питания. В корпусе расположены светодиодные источники ближнего и дальнего света, камера для видеозаписи с возможностью записи получаемого изображения. Прозрачная крышка корпуса имеет непрозрачное закладное кольцо, а основание корпуса имеет отверстие с опорным цилиндром, который соединяется с непрозрачным закладным кольцом прозрачной крышки и является ответной частью для него, причем объектив камеры для видеозаписи располагается в отверстии основания корпуса и непрозрачном закладном кольце прозрачной крышки. При этом светильник также содержит штыревую антенну и беспроводной блок связи, датчик концентрации газа, модуль точного позиционирования и кнопку включения/выключения, позволяющую использовать светодиодные источники ближнего и дальнего света как поодиночке, так и совместно
В частном варианте реализации решения, нижний конец штыревой антенны крепится к поясному блоку, а верхний - располагается вдоль соединительного кабеля.
В частном варианте реализации решения, беспроводной блок связи располагается в поясном блоке светильника.
В частном варианте реализации решения, кнопка включения/выключения располагается на поясном блоке.
В частном варианте реализации решения, модуль точного позиционирования располагается на соединительном кабеле.
Использование светодиодных источников ближнего и дальнего света поодиночке позволяет сконцентрироваться на рабочей области, которая может располагаться вдали или вблизи от пользователя. Совместное использование светодиодных источников ближнего и дальнего света предполагается, если фокус проведения работ постоянно изменяется с дальнего расстояния на ближнее и обратно. Такой выбор режимов освещения места проведения работ позволяет обеспечить необходимое качественное освещение рабочей поверхности, что способствует повышению эффективности проведения горно-шахтных работ.
Выполнение непрозрачного закладного кольца в прозрачной крышке корпуса светильника, в которой размещен объектив камеры для видеозаписи, препятствует распространению отраженного света от светодиодных источников ближнего и дальнего света в толще материала прозрачной крышки, что позволяет исключить попадание части света от светодиодных источников ближнего и дальнего света на объектив камеры для видеозаписи, тем самым избежав световых пятен, засвечивания, бликов и прочих световых эффектов, которые могут внести искажения в качество снимаемой картинки, дезинформировать горнорабочего и диспетчера и привести к принятию запоздалого или неверного управленческого решения.
При этом наличие непрозрачного закладного кольца позволяет разместить светодиодные источники света и камеру для видеозаписи на едином цельном основании корпуса и закрыть его сверху единой цельной прозрачной крышкой. Такое конструкторское решение позволяет выполнить светильник шахтный головной компактным и удобным как в сборке, так и в процессе эксплуатации. Рабочий с таким светильником на каске не испытывает дополнительной тяжести в области головы, шеи и плечевого пояса, что положительно отражается на его самочувствии и, как следствие, на снижении физической усталости, повышении концентрации внимания к рабочим задачам, что в целом способствует повышению эффективности проводимых горно-шахтных работ.
Соединение опорного цилиндра, отлитого в области отверстия основания корпуса и представляющего собой ответную часть для непрозрачного закладного кольца прозрачной крышки, позволяет повысить механическую прочность прозрачной крышки и основания корпуса и тем самым зафиксировать объектив камеры для видеозаписи как в отверстии основания корпуса, так и в непрозрачном закладном кольце прозрачной крышки, что обеспечивает получение стабильного и качественного изображения при проведении съемки во время работы.
Наличие модуля точного позиционирования позволяет определять местоположение рабочего в процессе проведение работ.
Как известно, приемо-передающие антенны стараются расположить на удалении от токоведущих (металлических, медных и т.п.) частей устройства для обеспечения качественной связи. Согласно заявляемому решению, расположение штыревой антенны таким образом, что ее нижний конец которой крепится к поясному блоку, а верхний - располагается вдоль соединительного кабеля, позволяет расположить антенну на поверхности вдоль соединительного кабеля и исключить наличие торчащих частей у поясного блока с блоком питания. При этом сохраняется качество связи с диспетчером и снижается вероятность зацепиться и повредить антенну при перемещениях в процессе работы.
На фиг. 1 показана заявляемый светильник шахтный головной.
На фиг. 2 показано основание корпуса светильника шахтного головного с разъемами для светодиодных источников ближнего и дальнего света и камеры для видеозаписи.
На фиг. 3 показана прозрачная крышка корпуса светильника шахтного головного с непрозрачным закладным кольцом.
На фиг. 4 показано основание корпуса светильника шахтного головного с установленными светодиодными источниками ближнего и дальнего света и камерой для видеозаписи.
На фиг. 5 показан поясной блок с блоком питания, соединенный с соединительным кабелем с расположенной на нем штыревой антенной.
Светильник шахтный головной содержит корпус 1, соединительный кабель 2 и поясной блок 3 с блоком питания (фиг. 1).
Корпус 1 состоит из основания 4 (фиг. 2) и прозрачной крышки 5 (фиг. 3).
На основании 4 корпуса 1 размещаются механизм заряда аккумуляторной батареи и крепеж на каску рабочего (не показаны).
В отверстиях 6, 7 основания 4 корпуса 1 (фиг. 2) располагаются светодиодные источники ближнего 8 и дальнего 9 света (фиг. 4).
В отверстии 10 основания 4 корпуса 1 (фиг. 2) располагается объектив камеры для видеозаписи 11 с возможностью записи получаемого изображения (фиг. 4).
В поясном блоке 3 расположен беспроводной блок связи (не показан).
В прозрачной крышке 5 корпуса 1 имеется непрозрачное закладное кольцо 12, в котором размещается объектив указанной камеры для видеозаписи 11 (фиг. 3).
Прозрачная крышка 5 изготавливается методом литья из прозрачного пластика. Закладное кольцо 12 отливается из непрозрачного пластика черного цвета отдельно, после чего оно перед заливкой прозрачного пластика для прозрачной крышки 5 устанавливается в прессформу. Снаружи и внутри непрозрачного закладного кольца 12 все заполняется прозрачным пластиком. Таким образом, на выходе получается прозрачная крышка 5, внутри которой встроено непрозрачное закладное кольцо 12. При этом соединение прозрачной крышки 5 и закладного кольца 12 получается очень прочным.
Закладное кольцо 12 позволяет разместить камеру для видеозаписи 11 и источники ближнего 8 и дальнего 9 света под единой прозрачной крышкой 5 и в одном корпусе 1 светильника шахтного головного компактно друг к другу, при этом избежать бликов и засветок изображения в объективе камеры для видеозаписи 11 от источников ближнего 8 и дальнего 9 света.
Форма закладного кольца 12 выбрана таковой, чтобы широкоугольный объектив камеры для видеозаписи 11 «не видел» это кольцо 12, и оно не мешало осуществлять видеосъемку. Поверхность прозрачной крышки 5 получается ровной и прочной, а между корпусом 1 и прозрачной крышкой 5 отсутствуют зазоры, в которые могла бы забиться грязь. При этом обеспечивается высокая степень пыле- и влагозащиты (вплоть до IP67).
Повышение механической прочности прозрачной крышки 5 и основания 4 корпуса 1 достигается за счет приклеивания закладного кольца 12 к опорному цилиндру, отлитому в области отверстия 10 основания 4 корпуса 1 и представляющему собой ответную часть для закладного кольца 12.
Прозрачная крышка 5 по краям склеивается с основанием 4 корпуса 1 и дополнительно фиксируется саморезами в 4-х точках крепления.
Камера для видеозаписи 11 предназначена для видеорегистрации событий, происходящих в поле зрения горнорабочего, а также для передачи изображения по беспроводному каналу связи Wi-Fi и записи получаемого изображения на внутренний носитель с целью дальнейшего использования на поверхности. В качестве интерфейса связи светильник шахтный головной использует Wi-Fi IEEE 802.11 ac/a/b/g/n.
Светильник шахтный головной также содержит датчик концентрации газа 13, который может располагаться в корпусе 1 (фиг. 1).
С помощью датчика концентрации газа 13 можно измерять объемную долю метана в атмосфере горных выработок и подавать звуковые и световые сигнализации при повышении заданного порога объемной доли метана.
Поясной блок 3 состоит из поясной крышки 14 и поясного корпуса 15.
На поясной крышке 14 располагается кнопка включения/выключения 16, позволяющая использовать светодиодные источники ближнего 8 и дальнего 9 света как поодиночке, так и совместно. В заявляемом решении размещение кнопки включения/выключения 16 на поясном блоке 3 выбрано с точки зрения максимального удобства для пользователя, которому в таком случае не нужно ее специально искать. Однако данная кнопка 16 может также располагаться на соединительном кабеле 2 или корпусе 1 светильника шахтного головного.
Кнопка включения/выключения 16 работает в следующих режимах:
- длинное нажатие (около 5 с) - включение/выключение света:
- короткое нажатие (менее 1 с) - переключение режимов света. Режимы работы света могут быть следующими:
- режим дальнего света - включается по умолчанию;
- режим ближнего света;
- совмещенный режим дальнего и ближнего света. Переключение режимов является цикличным согласно представленному порядку.
Внутри поясного блока 3, помимо беспроводного блока связи, также располагаются блок аккумуляторной батареи, радиометка поиска под завалами, например, НРТ производства MRS.
В составе поясного блока 3 используются литий-железо-фосфатные аккумуляторные батареи. Данные аккумуляторы наиболее безопасны для применения в шахтах, опасных по газу и пыли. Они при повреждениях, перезаряде или коротком замыкании не выделяют открытого пламени и не нагреваются до температур самовоспламенения горючих веществ.
Электрическую связь между поясным блоком 3 и корпусом 1 светильника шахтного головного обеспечивает соединительный кабель 2.
На соединительном кабеле 2 располагается модуль точного позиционирования 17, например, производства MRS, который может входить в состав модуля индикации OCIM.
Также на соединительном кабеле 2 располагается штыревая антенна 18, которая представляет собой отрезок медного провода, длина которого рассчитывается в специальном программном обеспечении. Нижней конец штыревой антенны 18 крепится на поясной крышке 14, а верхний -размещается вдоль соединительного кабеля 2 (фиг. 5).
В состав заявляемого светильника шахтного головного могут входить дополнительные блоки, например, микрофоны и динамики, тревожная кнопка сигнализации, датчики отслеживания различных газов и т.д.
Заявляемый светильник шахтный головной работает следующим образом.
На каску устанавливается корпус 1 светильника горного шахтного, в области талии пользователя размещается поясной блок 3, при этом соединительный кабель 2 проходит вдоль его спины.
Далее посредством нажатия кнопки включения/выключения 16 выбирается необходимый световой режим светильника шахтного головного 1: дальний свет за счет включения светодиодного источника дальнего света 9, ближний свет за счет включения светодиодного источника ближнего света 8 или их совместный режим работы.
Дальний источник света 9 содержит светодиод и фокусирующий рефлектор, который формирует направленный луч света с углом 3-9 градусов. Ближний источник света 8 содержит светодиод и рассеивающую линзу, которая формирует рассеянный луч света, направленный вниз под углом примерно 45 градусов для того, чтобы не слепить горных рабочих, подходящих к работнику, который использует режим ближнего света.
Для экономии заряда аккумуляторной батареи совместный режим работы дальнего и ближнего света имеет ограничение по времени работы, после которого светильник переключается в режим дальнего света.
Далее включается камера для видеозаписи 11 и проводится съемка процесса работы. По беспроводному каналу связи Wi-Fi происходит передача полученного изображения с камеры для видеозаписи 11 диспетчеру, также информация записывается на внутренний носитель в составе камеры для видеозаписи 11.
Благодаря наличию антенны 18 заявляемый светильник автоматически подключается к точке доступа Wi-Fi, когда находится в зоне ее видимости. Горный диспетчер видит конкретный светильник в сети и при необходимости может отследить видеопоток с необходимыми данными (измеренную концентрацию метана, заряд аккумуляторной батареи и др.), идущий с этого светильника.
Благодаря наличию модуля точного позиционирования 17, предпочтительно расположенному на соединительном кабеле 2, диспетчер устанавливает координаты местонахождения рабочего.
Датчик концентрации газа 13 непрерывно отслеживает содержание метана в окружающем воздухе. В случае превышения допустимой концентрации рабочий уведомляется об этом.
В случае аварии и повреждения антенны 18 и прочих частей светильника шахтного головного может быть активирована радиометка поиска под завалами, расположенная на поясном блоке 3.
В результате работы светильника шахтного головного диспетчер получает качественное изображение рабочей поверхности без бликов и искажений, может наблюдать за ходом работ в текущем режиме времени и выдавать своевременные управленческие решения без задержек, что повышает эффективность проведения горно-шахтных работ. При этом видеозапись сохраняется и в случае необходимости может быть использована для повторного просмотра с целью решения спорных вопросов, расследования причин невыполнения работы или аварии.
Заявляемый светильник шахтный головной является многофункциональным, позволяющий освещать рабочую зону с необходимым охватом, качественно проводить видеорегистрацию событий в ходе работы, передавать и принимать информацию, безопасно проводить все рабочие процессы, определять местоположение рабочего в любой ситуации. При этом компактная и герметичная конструкция корпуса светильника не утяжеляет каску пользователя, защищает источники света и камеру для видеозаписи от попадания на них грязи и пыли, что позволяет проводить длительные работы с обеспечением высокого качества передачи изображения.