АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ШАХТНОГО ОПОВЕЩЕНИЯ, УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ГОРНОРАБОЧИХ В ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТКАХ

Полезная модель относится к горно-шахтному оборудованию для использования на рудниках и шахтах, в том числе угольных, опасных по газу и пыли, и предназначенному:
- оповещения персонала рудника, находящегося в горных выработках об авариях или индивидуальном вызове на связь с диспетчером;
- доведение до персонала рудника, находящегося в горных выработках заранее заготовленных сообщений по управлению технологическими процессами, о необходимости определенных действий в аварийной ситуации, о характере опасностей и т.п;
- идентификации горнорабочего для целей табельного учета, и/или позиционирования;
- для поиска шахтера под завалами;
Может найти применение в других отраслях промышленности, - нефтехимии, взрывоопасных производствах, подземных коммуникациях, тоннелях, метро и т.п.
Наиболее близким аналогом (прототипом) системы является
1. Светильник шахтный головной (патент РФ на полезную модель №87495 с приоритетом от 2009.10.10) с информационно-измерительными функциями безопасности, состоящий из закрепляемого на каске осветительного блока, в герметичном корпусе которого размещены светодиоды основного и вспомогательного освещения с драйверами и контроллером драйверов, гибкого многожильного соединительного кабеля и блока питания, состоящего из крышки и батарейного отсека, в котором размещена аккумуляторная батарея, индивидуальный драйвер заряда с контроллером и устройством защиты от разряда ниже допустимого напряжения, а на одной или двух внешних поверхностях батарейного отсека имеются контактные площадки, соединенные с индивидуальным драйвером заряда аккумуляторной батареи, при этом контроллер драйверов светодиодов основного и вспомогательного освещения соединен с контроллером индивидуального драйвера заряда аккумуляторной батареи внутренней цифровой шиной - линией цифровой передачи данных.
2. Светильник шахтный головной по п.1, в блоке питания которого размещен информационный дисплей, например жидкокристаллический, и приемник, работающий в нижней части тонального диапазона электромагнитных волн, управляемые ведущим контроллером, с которым соединены по меньшей мере две кнопки управления режимами работы светильника, при этом сам ведущий контроллер соединен с контроллером драйверов светодиодов основного и дополнительного освещения внутренней цифровой шиной, прием сигналов аварийного оповещения или индивидуального вызова на связь с диспетчером сопровождается соответствующим световым сигналом; приемник, работающий в нижней части тонального диапазона электромагнитных волн может обеспечивать также прием сообщений произвольного содержания с отображением их на информационном дисплее.
3. Светильник шахтный головной по п.1 или п.2, батарейный отсек которого содержит первый, второй и третий блоки искрозащиты, а контактные площадки, размещенные на одной или двух внешних поверхностях батарейного отсека, соединены с индивидуальным драйвером заряда аккумуляторной батареи через первый блок искрозащиты, контроллер индивидуального драйвера заряда аккумуляторной батареи соединен с контроллером драйверов светодиодов основного и вспомогательного освещения внутренней цифровой шиной через второй блок искрозащиты, а питание светодиодов основного и вспомогательного освещения с драйверами, контроллера драйверов, информационного дисплея, приемника, работающего в нижней части тонального диапазона электромагнитных волн, ведущего контроллера осуществляется от аккумуляторной батареи через третий блок искрозащиты.
4. Светильник шахтный головной по п.3, у которого блоки искрозащиты или батарейный отсек в целом залиты герметизирующим компаундом.
5. Светильник шахтный головной по п.1, в корпусе осветительного блока которого размещена кнопка управления режимами работы светильника, соединенная с контроллером драйверов светодиодов основного и вспомогательного освещения.
6. Светильник шахтный головной по п.2, ведущий контроллер которого имеет флэш память, содержащую достаточно большое количество заранее записанных сообщений, каждое из которых при приеме соответствующей команды приемником высвечивается на информационном дисплее и может сопровождаться условным световым сигналом.
7. Светильник шахтный головной по п.2, ведущий контроллер которого имеет встроенные часы реального времени.
8. Светильник шахтный головной по п.2, информационный дисплей которого имеет устройство подсветки, например светодиодное, дублирующее светодиод вспомогательного освещения.
9. Светильник шахтный головной по п.2, в блоке питания которого размещен приемопередатчик, управляемый ведущим контроллером и работающий на сверхвысокой частоте, который используется для системы позиционирования персонала в горных выработках и/или табельного учета и может использоваться для обмена информацией с автоматизированным рабочим местом контроля светильников и для программирования узлов светильника.
10. Светильник шахтный головной по п.3, в осветительном блоке которого дополнительно размещен блок газоанализаторов содержания, например, метана и/или оксида углерода и/или кислорода со своим контроллером, соединенным с ведущим контроллером внутренней цифровой шиной, при этом оповещение о превышении заранее установленных пороговых значений концентрации по компонентам воздушной смеси осуществляется условным световым и/или звуковым сигналом.
11. Светильник шахтный головной по любому из пунктов 1, 2, 4-10, в блоке питания которого дополнительно размещен маломощный передатчик, питающийся непосредственно от аккумуляторной батареи, работающий в тональном диапазоне электромагнитных волн и предназначенный для поиска шахтера под завалами методом пеленгации сигнала этого передатчика.
12. Светильник шахтный головной по п.2, на одной из внешних сторон блока питания которого имеется дополнительная контактная площадка, соединенная с контроллером драйверов основного и вспомогательного освещения внутренней цифровой шиной.
13. Светильник шахтный головной по п.11, батарейный отсек которого электрически соединен с верхней частью (крышкой) блока питания с помощью разъема с самозачищающимися контактами, сочленяющегося при сборке батарейного отсека и крышки.
14. Светильник шахтный головной по п.12, снабженный автоматизированным рабочим местом, осуществляющим контроль заряда и оборота светильника, сбор накопленных светильником данных, ведение баз данных, составление отчетов, при этом связь между ними обеспечивается через внутреннюю цифровую шину или по радиоканалу, обеспечиваемому приемопередатчиком, работающим на сверхвысокой частоте.
15. Светильник шахтный головной по п.10, имеющий встроенный в осветительный блок звуковой сигнализатор (динамик и/или виброзвонок) приема сигналов аварийного оповещения или индивидуального вызова на связь с диспетчером или о превышении заранее установленных пороговых значений концентрации по компонентам воздушной смеси.
16. Светильник шахтный головной по любому из пунктов 2, 4-10, 12-15, кнопки управления режимами работы которого выполнены сенсорными, а разъемное соединение батарейного отсека и крышки - герметичным.
17. Автоматизированная система шахтного оповещения, управления и контроля окружающей среды и местоположения горнорабочих в подземных выработках, состоящая из пульта управления с ЭВМ, соединенного информационной магистралью с передатчиком узкополосного сигнала, работающим в нижнем диапазоне тональных частот, и из устройств сбора и передачи информации, распределенных по подземной выработке, также соединенных между собой и с пультом управления с ЭВМ информационной магистралью; устройства сбора и передачи информации оснащены приемниками радиосигналов сверхвысокой частоты, а горнорабочие - светильниками по п.3, характеризующаяся тем, что она осуществляет управление и контроль в подземных выработках по каналам проводной и радиосвязи в автоматическом режиме и по запросам для использования этой информации в целях управления производственными процессами.
18. Автоматизированная система шахтного оповещения, управления и контроля по п.17, приемники устройств сбора и передачи информации которой оснащены несколькими антеннами для идентификации радиосигналов по направлению.
Автоматизированная система шахтного оповещения, управления и контроля на основе светильника шахтного головного с информационно-измерительными функциями безопасности не предусматривает функции обнаружения персонала в завалах; несоответствие исполнения передающей антенны требованиям взрывозащиты, 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.
Техническими задачами, на решение которой направлена данная полезная модель, являются:
- расширение области применения системы в части поиска шахтера под завалами; при том, что включение (выключение) маломощного передатчика, работающего в тональном диапазоне электромагнитных волн, предназначенного для поиска шахтера под завалами методом пеленгации сигнала этого передатчика, осуществляется как самим горнорабочим, так и по команде, передаваемой с пульта управления через передатчик узкополосного сигнала, что позволяет увеличить продолжительность активной фазы поисков за счет снижения энергопотребления этого маломощного передатчика;
- 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 путем подключения передающей антенны к передатчику узкополосного сигнала через устройство, обеспечивающее выполнение требований взрывозащиты вида «i» («искробезопасная цепь»).
Поставленная задача решается следующим образом.
Автоматизированная система шахтного оповещения, управления и контроля местоположения горнорабочих в подземных выработках, состоящая из пульта управления с ЭВМ, соединенного информационной магистралью с передатчиком узкополосного сигнала, работающим в нижнем диапазоне тональных частот, и из устройств сбора и передачи информации, распределенных по подземной выработке, также соединенных между собой и с пультом управления с ЭВМ информационной магистралью; устройства сбора и передачи информации оснащены приемниками радиосигналов сверхвысокой частоты, а горнорабочие - приемником, работающим в нижней части тонального диапазона электромагнитных волн, приемопередатчиком сверхвысокой частоты, который используется для системы позиционирования персонала в горных выработках и/или табельного учета, а также маломощным передатчиком, работающим в тональном диапазоне электромагнитных волн, предназначенным для поиска шахтера под завалами методом пеленгации сигнала этого передатчика, характеризующаяся тем, что она осуществляет управление и контроль в подземных выработках по каналам проводной и радиосвязи в автоматическом режиме и по запросам для использования этой информации в целях управления производственными процессами.
Приемник, работающий в нижней части тонального диапазона электромагнитных волн, маломощный передатчик, работающий в тональном диапазоне электромагнитных волн и приемопередатчик сверхвысокой частоты могут быть встроены в головной светильник горнорабочего.
Включение (выключение) маломощного передатчика, работающего в тональном диапазоне электромагнитных волн, предназначенного для поиска шахтера под завалами методом пеленгации сигнала этого передатчика, осуществляется как самим горнорабочим, так и по команде, передаваемой с пульта управления через передатчик узкополосного сигнала.
Подключение передающей антенны к передатчику узкополосного сигнала может осуществляться через устройство искрозащиты, обеспечивающее выполнение требований взрывозащиты вида "i" ("искробезопасная цепь").
Предлагаемая автоматизированная система шахтного оповещения, управления и контроля местоположения горнорабочих в подземных выработках, а также частные случаи ее исполнений обеспечивают оптимальный выбор для конкретных применений и могут работать совместно, например, с системами передачи команд типа СУБР-1П, системами позиционирования шахтера в горных выработках СПГТ-41, с системами поиска шахтера под завалами методом пеленгации сигнала встроенного маломощного передатчика, работающего в звуковом диапазоне волн и т.п.
На фиг.1 изображена функциональная схема автоматизированной системы шахтного оповещения, управления и контроля местоположения горнорабочих в подземных выработках.
Автоматизированная система шахтного оповещения, управления и контроля местоположения горнорабочих в подземных выработках, состоит из пульта управления с ЭВМ 1, соединенного информационной магистралью 2 с передатчиком узкополосного сигнала 3, работающим в нижнем диапазоне тональных частот, и из устройств сбора и передачи информации 8, распределенных по подземной выработке, также соединенных между собой и с пультом управления с ЭВМ 1 информационной магистралью 2; устройства сбора и передачи информации 8 оснащены приемниками радиосигналов сверхвысокой частоты 6, а горнорабочие 7 - приемником 9, работающим в нижней части тонального диапазона электромагнитных волн, приемопередатчиком 10 сверхвысокой частоты, который используется для системы позиционирования персонала в горных выработках и/или табельного учета, а также маломощным передатчиком 11, работающим в тональном диапазоне электромагнитных волн, предназначенным для поиска шахтера под завалами методом пеленгации сигнала этого передатчика, характеризующаяся тем, что она осуществляет управление и контроль в подземных выработках по каналам проводной и радиосвязи в автоматическом режиме и по запросам для использования этой информации в целях управления производственными процессами.
Приемник 9, работающий в нижней части тонального диапазона электромагнитных волн, маломощный передатчик 11, работающий в тональном диапазоне электромагнитных волн и приемопередатчик 10 сверхвысокой частоты могут быть встроены в головной светильник горнорабочего 7.
Включение (выключение) маломощного передатчика 11, работающего в тональном диапазоне электромагнитных волн, предназначенного для поиска шахтера под завалами методом пеленгации сигнала этого передатчика, осуществляется как самим горнорабочим 7, так и по команде, передаваемой с пульта управления 1 через передатчик узкополосного сигнала 3.
Подключение передающей антенны 5 к передатчику узкополосного сигнала 3 может осуществляться через устройство искрозащиты 4, обеспечивающее выполнение требований взрывозащиты вида "i" ("искробезопасная цепь").
Приемник 9, работающий в нижней части звукового диапазона электромагнитных волн, как, например приемник по патенту РФ на полезную модель №57935 с приоритетом от 2005.10.24, может быть реализован с использованием аналоговых методов обработки сигнала на элементной базе сравнительно высокой степени интеграции. Возможно его построение на основе цифровых методов с использованием, например, контроллера на микросхеме MSP430F149 TI фирмы Texas Instruments, при этом габариты приемника существенно сокращаются.
Приемопередатчик 10, работающий на сверхвысокой частоте, может быть выполнен на микросхеме nRF24L01 фирмы Nordic Semiconductor по типовой схеме включения.
Реализация маломощного передатчика 11, работающего в тональном диапазоне электромагнитных волн, при современной элементной базе не вызывает затруднений и возможна в нескольких альтернативных вариантах.
Передающая антенна 5 и устройство искрозащиты 4 могут быть выполнены, например, в соответствии с патентом на полезную модель №61949 с приоритетом от 27.10.2006: токопроводящий элемент передающей антенны содержит k изолированных друг от друга проводников, подключенных параллельно к источнику сигнала так, что значение тока в каждом проводнике не превышает искробезопасный уровень, а сумма токов всех проводников обеспечивает достаточную для выполнения задач связи или сигнализации величину электромагнитного поля; при этом количество проводников k определяется из соотношения:
i
imax
k≥ΣI/I, где:
i
ΣI - ток, необходимый для обеспечения устойчивой связи,
imax
I - максимально допустимое по условию искробезопасности значение тока в i-том проводнике.
Элементы устройства искрозащиты 4, ограничивающие запасаемую в антенне энергию и/или компенсирующие индуктивность антенны, могут быть выполнены, например, в виде конденсаторов.
Предлагаемая автоматизированная система шахтного оповещения, управления и контроля местоположения горнорабочих в подземных выработках работает следующим образом.
Приемопередатчик 10, работающий на сверхвысокой частоте, с частотой несколько раз в минуту передает кодированную информацию об уникальном коде, который закреплен за каждым горнорабочим
Устройством сбора и передачи информации 8 принятый приемником 6 радиосигнал сверхвысокой частоты преобразуется для передачи через информационную магистраль 2 в пульт управления 1 с ЭВМ для анализа и хранения.
Передатчик 3 узкополосного сигнала, работающий в нижнем диапазоне тональных частот, по команде диспетчера передает кодированные сигналы оповещения персонала рудника, находящегося в горных выработках, об авариях или индивидуальном вызове на связь с диспетчером а также кодированные сигналы, в соответствии с которыми до персонала рудника, находящегося в горных выработках, доводятся необходимые из заранее заготовленных сообщений по управлению технологическими процессами, о необходимости определенных действий в аварийной ситуации, о характере опасностей и т.п; могут быть переданы также сообщения произвольного содержания, набранные диспетчером, и команды на включение (выключение) маломощного передатчика 11, работающего в тональном диапазоне электромагнитных волн, предназначенного для поиска шахтера под завалами методом пеленгации сигнала этого передатчика.