СИСТЕМА ОПЕРАТИВНОГО ШАХТНОГО ОПОВЕЩАНИЯ

Система оперативного шахтного оповещения относится к системам беспроводной аварийной сигнализации, применяемым в горной, горнодобывающей и угольной промышленности, и предназначена для оперативного индивидуального оповещения горнорабочих, находящихся в подземных выработках, об авариях, а также вызова любого индивидуального абонента на связь с диспетчером горных работ путем передачи последовательности условных сигналов.
К числу основных факторов, определяющих условия эксплуатации и особенности конструктивного исполнения аппаратуры шахтных систем оперативного оповещения и связи, относятся следующие:
- высокий уровень затухания (поглощения) радиосигналов при прохождении через горный массив, зависящий от частоты радиосигналов (чем больше частота, тем выше уровень затухания), что определяет необходимость использования сверхдлинных радиоволн (диапазон тональных частот) и налагает высокие требования к чувствительности приемных устройств;
- высокий уровень электромагнитных помех, возникающих вследствие работы горношахтного оборудования, расположенного в подземных выработках, что предъявляет жесткие требования к избирательности приемных устройств;
- ограничение массы, габаритов и энергопотребления аппаратуры индивидуального пользования;
- повышенная влажность и химическая агрессивность среды;
- возможная загазованность атмосферы горных выработок взрывоопасными воздушными смесями газов (метан и др.) и пыли, что особенно характерно
для угольных шахт и обуславливает требование выполнения аппаратуры в искробезопасном исполнении;
- удобство в эксплуатации и невысокая стоимость.
Известны системы горноспасательной ВЧ-связи по металлическим направляющим, предусматривающие возможность установки прямой связи командного (диспетчерского) пункта, как с подземной базой, так и с горноспасательными подразделениями. Данные системы работают на частотах единиц мегагерц (кн. «Низкочастотная беспроводная связь в шахтах», Москва, «Недра», 1975 г., стр.198).
Недостатками системы горноспасательной ВЧ-связи является ограниченная зона охвата (только в близи направляющих), что не позволяет использовать ее в качестве системы общешахтного оперативного оповещения, и применение проводных линий, что снижает надежность передачи сигналов.
Известны системы оперативного шахтного оповещения и связи, использующие диапазон сверхдлинных волн на частотах десятков килогерц («Вызов», «FlexAlert», «PED SYSTEM» и др.), которые также не позволяют создать систему, обеспечивающую охват оперативным (аварийным) оповещением всех точек подземных выработок без установки дополнительных усилителей (ретрансляторов) передаваемого сигнала.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является устройство беспроводной аварийной сигнализации (а.с. СССР №578455, Е 21 С 35/24, приор. 31.03.1975 г., опубл. 30.10.1977 г., бюлл. №40), содержащее установленный на поверхности земли передающий комплект, состоящий из передатчика узкополосного сигнала, и передающей антенны, выполненной в виде электрического диполя с заземлителями или магнитного рамочного диполя, расположенного на поверхности шахтного поля или на одном из рабочих горизонтов шахты, и размещенные в горной выработке по числу точек оповещения, приемные комплекты, каждый из которых состоит из преобразователя сигнала, в данном случае - из переносного шахтного
светильника, с блоком питания и встроенного приемника узкополосного радиосигнала, содержащего приемную антенну, устройство приема и обработки сигнала и выходное устройство.
Система позволяет вырабатывать сигналы аварии или индивидуального селективного вызова, которые преобразуются и излучаются передающей антенной в виде электромагнитных волн. Электромагнитные волны, распространяясь сквозь толщу горных пород, принимаются антенной приемника. Приемный комплект принимает магнитную составляющую электромагнитного поля полезного сигнала и преобразует радиосигнал в мигание источника света индивидуального шахтного светильника. Данная система характеризуется низким значением несущей частоты (нижний диапазон тональных частот), что обеспечивает хорошее прохождение (низкое затухание) сигнала через толщу горных пород и возможность применения передающей антенны большой протяженности, позволяющей охватить все шахтное поле без установки дополнительных ретрансляторов передаваемого сигнала.
Недостатками прототипа являются:
- значительные габариты приемного комплекта вследствие значительных габаритов приемной антенны;
- недостаточная помехозащищенность приемного комплекта, вызванная низкой избирательностью приемного тракта устройства приема и обработки сигнала;
- несоответствие исполнения передающей антенны требованиям взрывозащиты, что означает невозможность применения системы на рудниках и шахтах, опасных по газу и пыли, где по каким-либо причинам (большая глубина рабочих горизонтов, зона вечной мерзлоты, расположение шахтного поля под карьером и др.) необходимо располагать передающую антенну в подземных выработках.
Технической задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является повышение надежности оповещения в условиях действия
сильных электромагнитных помех, воздействия химически агрессивной среды, наличия взрывоопасных воздушных смесей и взрывоопасной пыли при одновременном уменьшении габаритов приемного комплекта.
Техническая задача достигается за счет получения следующего технического результата:
- снижения вероятности пропуска передаваемого сигнала, например, сигнала об аварии, приемным комплектом аппаратуры и повышение вероятности приема сигнала оповещения в условиях действия сильных электромагнитных помех, за счет улучшения отношения сигнал/помеха на выходе антенны приемного комплекта;
- расширение области применения системы на рудники и шахты опасные по газу и пыли, на которых по тем или иным причинам недопустимо или невозможно расположение передающей антенны на поверхности шахты.
Технический результат достигается за счет использования системы оперативного шахтного оповещения, содержащей передающий комплект, состоящий из передатчика узкополосного сигнала, работающего в нижнем диапазоне тональных частот, и передающей антенны, электрического или магнитного типа, расположенной на поверхности над шахтным полем или на рабочих горизонтах шахты (рудника), и, размещенные в горной выработке по числу точек оповещения, приемные комплекты, каждый из которых состоит из переносного преобразователя сигнала с блоком питания и встроенного приемника узкополосного радиосигнала, содержащего приемную антенну, состоящую из многослойной катушки индуктивности с магнитным сердечником, устройство приема и обработки сигнала и выходное устройство.
От прототипа заявляемая система оперативного шахтного оповещения отличается тем, что приемник узкополосного сигнала выполнен на радиоэлементах большой степени интеграции, а размер магнитного сердечника приемной антенны уменьшен за счет увеличения числа витков ее катушки, при этом верхний слой намотки катушки приемной антенны
подключен к общей точке схемы приемника узкополосного радиосигнала, а нижний слой намотки катушки приемной антенны подключен к входу устройства приема и обработки сигнала.
Кроме того, подключение передающей антенны к передатчику узкополосного сигнала осуществляется через устройство искрозащиты, обеспечивающего выполнение требований взрывозащиты вида «i» («искробезопасная цепь»).
На фиг. показана функциональная схема системы оперативного шахтного оповещения.
Система содержит установленный на поверхности земли передающий комплект 1 (фиг.), включающий пульт подачи сигнала 2, узкополосный передатчик электромагнитных сигналов звуковой частоты 3, работающий в нижнем диапазоне тональных частот и подключенный к блоку питания 4. Узкополосный передатчик 3 соединен посредством устройства искрозащиты 5 с передающей антенной 6, электрического типа с заземлителями 7 или магнитного рамочного типа (на фиг. не показано), расположенной либо на поверхности над шахтным полем, либо на рабочих горизонтах рудника (шахты). Передающая антенна 6 имеет большую протяженность (от сотен метров до десятков километров). Конкретная конструкция передающей антенны 6 определяется конкретными горногеологическими условиями шахты (рудника). Установленные в горной выработке или находящиеся у персонала, работающего под землей, приемные комплекты 8 состоят из переносного преобразователя сигнала 9, в качестве которого может быть использован, например, индивидуальный шахтный светильник, с блоком питания 10 и встроенного приемника узкополосного радиосигнала 11, также подключенного к блоку питания 10 и включающего последовательно соединенные приемную магнитную антенну 12, устройство приема и обработки сигнала 13 и выходное устройство 14.
Электромагнитное поле звуковой частоты, создаваемое передатчиком 3, проникает сквозь толщу горного массива с помощью передающей антенны 6,
что позволяет охватить оповещением все подземные объекты, снабженные приемными комплектами 8, в том числе находящиеся на значительном удалении от передающей антенны, без установки дополнительных усилителей (ретрансляторов) передаваемого сигнала.
Система работает следующим образом.
В случае аварии или необходимости индивидуального вызова абонента на связь с диспетчером горных работ кнопкой пульта подачи сигнала 2 включается передатчик электромагнитных сигналов звуковой частоты 3 передающего комплекта 1. Передатчик 3, работающий в нижнем диапазоне тональных частот, преобразует с помощью передающей антенны 6 сигнал аварии или вызова в электромагнитные колебания. Электромагнитные колебания излучаемые передающей антенной 6, электрического типа с заземлителями 7 или магнитного рамочного типа (на фиг. не показано) передаются сквозь толщу горных пород в подземные выработки, где воспринимаются приемной антенной 12 узкополосного приемника 11 приемного комплекта 8, которым снабжен каждый горнорабочий, находящийся в выработке. Уменьшение габаритов приемной антенны 12 достигается путем уменьшения габаритов ее магнитного сердечника, при этом эффективность антенны сохраняется за счет увеличения количества витков катушки антенны. Кроме того, дополнительно габариты и масса узкополосного приемника 11 уменьшаются за счет использования радиоэлементов большой степени интеграции, что в целом снижает габариты и вес приемных комплектов 8. Кроме того, такая конструкция узкополосного приемника 11 позволяет на порядок сократить потребление электроэнергии от блока питания 10. Подключение верхнего слоя многослойной катушки приемной антенны 12 к общей точке схемы узкополосного приемника 11, а нижнего ее слоя - к входу устройства приема и обработки сигнала 13 позволяет за счет экранирования понизить в 3 и более раз уровень электромагнитных помех с выхода антенны 12 и, следовательно, во столько же раз улучшить соотношение сигнал/помеха, поскольку в этом случае
верхний слой многослойной катушки приемной антенны 12 выполняет функцию электромагнитного экрана вследствие малой собственной величины индуктивности по сравнению с индуктивностью самой антенны 12. Такое подключение не только снижает вероятность пропуска передаваемого сигнала по сравнению с прототипом, но и не требует кардинального изменения конструкции и, следовательно, дополнительных финансовых затрат. Далее радиосигнал преобразуется устройством приема и обработки сигнала 13 и выходным устройством 14 в световой или звуковой сигнал переносного преобразователя сигнала 9, питание которого осуществляется блоком 10. В качестве переносного преобразователя сигнала 9 может быть использован, например, головной шахтный светильник, преобразующий сигналы узкополосного приемника 11 в условные световые сигналы аварии или индивидуального вызова абонента на связь с диспетчером.
Подключение передающей антенны 6 к передатчику узкополосного сигнала через устройство искрозащиты 5 позволяет использовать данную систему в подземных выработках рудников и шахт, опасных по газу и пыли, так как выполняются требования взрывозащиты вида «i» («искробезопасная цепь»).