УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСПРОВОДНОЙ АВАРИЙНОЙ СВЯЗИ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ С ПОДЗЕМНЫМИ ВЫРАБОТКАМИ

Полезная модель относится к горной промышленности и предназначена для осуществления беспроводной аварийной связи с подземными выработками.
Известно устройство для оперативной беспроводной связи с подземными выработками (патент РФ №2158368, E21C 35/24), содержащее установленный на поверхности земли передающий комплект, включающий передатчик электромагнитных сигналов низкой частоты с кодовой обработкой, блок питания и передающую антенну в виде нескольких лучей, охватывающих шахтное поле и заземленных на концах на обсадные трубы геологических скважин, и установленный на промежуточном горизонте ретранслятор. В этом устройстве благодаря мощному ретранслятору значительно расширяется дальность передачи информации, несмотря на сильное затухание радиоволн в породе.
Основным недостатком этого устройства является отсутствие двухсторонней связи, обусловленное тем, что в подземной выработке необходимо передающее устройство, соизмеримое по мощности с передатчиком, установленном на поверхности земли, и такая же эффективная антенна, что технически невозможно.
В качестве прототипа может служить устройство для беспроводной передачи информации, которое в качестве линии связи использует электропроводность окружающей среды: воды, грунта. (Я.Войцеховский, Дистанционное управление моделями. М., «Связь», 1977, стр.20, рис.2 В). В этом устройстве применена гальваническая связь для управления моделью корабля. Описанное устройство состоит из генератора низкой частоты, подключенного к передающим электродам, опущенным в воду, и приемных электродов, установленных на модели, также погруженных в воду. Передача команд может осуществляться как постоянным, так и переменным током.
Недостатком этого устройства является ограниченная дальность связи, соизмеримая с расстоянием между передающими электродами или превышающая эти расстояния не более, чем в 2-3 раза.
Задачей, на решение которой направлена описываемая полезная модель является - обеспечение двухсторонней беспроводной аварийной связи поверхности земли с подземными выработками, увеличение ее дальности.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для беспроводной аварийной связи поверхности земли с подземными выработками, содержащем стационарный приемо-передающий комплект, предназначенный для установки на поверхности земли, источник тока и портативный приемо-передающий комплект, предназначенный для размещения в подземной горной выработке, приемо-передающие устройства указанных комплектов выполнены в виде усилителей низкой частоты для обеспечения их гальванической связи через электропроводность горных пород, входы и выходя усилителя низкой частоты стационарного приемо-передающего устройства предназначены для подключения к внешним заземляющим электродам, например, к обсадным трубам геологических скважин, а входы и выходы усилителя низкой частоты портативного приемо-передающего устройства предназначены для подключения к заземляющим электродам, забитым в породу в подземной горной выработке.
Предусмотрено, что приемное устройство стационарного комплекта включает низкочастотный фильтр, выполненный в виде LC-контура, в котором один конец предназначен для подключения к внешнему заземляющему электроду, другой конец во время работы устройства «на прием» через источник тока подключен к другому заземляющему электроду.
Предусмотрено, что приемное устройство стационарного комплекта связано выборочно с внешними заземляющими электродами через переключатели (коммутирующие элементы).
Предусмотрено так же, что приемные устройства дополнительно снабжены импульсными генераторами, выполненными с возможностью перекоммутации полярности выходных импульсов.
Работа устройства поясняются чертежами, где на фиг.1 приведена схема устройства для беспроводной аварийной связи и показано подключение внешних заземляющих электродов через переключатели к стационарному приемо-передатчику на поверхности земли. На фиг.2 приведен схематический разрез шахтного поля по вертикали.
На фигурах представлены: 1 - приемное устройство;
2 - передающее устройство стационарного приемо-передающего комплекта, установленного на поверхности земли;
3, 4, 5, 6, 7, 8 - внешние заземляющие электроды;
9 - соединительные воздушные линии или кабели;
10 - многопозиционный переключатель, соединяющий стационарное приемо-передающее устройство с внешними заземляющими электродами 3-8;
11 - переключатель, переводящий стационарный приемо-передающий комплект в режим передачи или в режим приема;
12 - низкочастотный фильтр;
13 - источник тока, в данном случае - источник постоянного тока;
14 - генератор импульсов;
15 - периметр шахтного поля;
16 - портативное приемо-передающее устройство;
17, 18 - заземляющие электроды, забитые в породу в подземной горной выработке 19;
20 - массив горных пород;
21 - силовые линии, проходящие от внешних заземляющих электродов через горную породу;
Устройство работает следующим образом. Передающее устройство 2, представляющее собой усилитель низкой частоты с микрофоном на входе, при помощи переключателей 10 и 11 подключается к внешним заземляющим электродам, в качестве которых используют обсадные трубы геологических скважин.
Выходной ток усилителя низкой частоты 2, проходя через массив горных пород 20, создает падение напряжения по всему объему породы, заключенному как между электродами 7, 8, так и на некотором расстоянии за их пределами. Заземляющими электродами 17, 18, забитыми в подземной горной выработке 19, снимается часть этого напряжения и поступает в портативное приемо-передающее устройство 16. Таким образом, осуществляется передача информации с поверхности земли в подземную горную выработку 19.
Для того, чтобы уверенно принимать на поверхности земли аварийный сигнал от маломощного портативного приемо-передающего устройства 16 из горной выработки, стационарное приемное устройство 1 включает низкочастотный фильтр, выполненный в виде LC-контура 12. Один конец фильтра 12 переключателем 10 соединен с внешним заземляющим электродом 8, а другой его конец во время работы устройства 1 «на прием», через источник тока 13 подключен к другому внешнему заземляющему электроду 7 через переключатель 11.
Таким образом, ток от источника 13 проходит через LC-контур и от внешнего заземляющего электрода 7 к внешнему заземляющему электроду 8 через массив горных пород 20, создавая падение напряжения по всему объему породы, как заключенному между электродами, так и на некотором расстоянии за их пределами. Часть этого напряжения достигает заземляющих электродов 17,18, забитых в породу в подземной горной выработке 19. И во время работы «на передачу», устройство 16 модулирует силовые линии 21, источника тока 13. С LC-контура снимается это промодулированное напряжение и поступает в приемное устройство 1. Источник 13 может быть как постоянного, так и переменного тока.
При особо неблагоприятных условиях для осуществления двухсторонней телефонной связи (наличии сильных помех, наводок и т.д.) в стационарном передающем устройстве и в портативном передающем устройстве при работе «на передачу» вместо усилителей звуковой частоты к заземляющим электродам подключаются импульсные однополярные генераторы 14, 22, выполненные с возможностью перекоммутации полярности выходных импульсов коммутирующими элементами, например, переключателями 23 и 24, при этом информация передается кодовыми сигналами.
Такое конструктивное выполнение устройства вызвано тем, что электропроводность горных пород характеризуется комплексной проводимостью - как электронной, так и ионной, поэтому определенная полярность передающих импульсов в некоторых случаях может существенно повысить дальность и качество связи.