БЕСПРОВОДНАЯ СВЯЗЬ С ПОДЗЕМНЫМИ ВЫРАБОТКАМИ НА ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ

Семенов Михаил Алексеевич

канд. техн. наук, доцент СПГГУ, г. Санкт-Петербург

Иванов Сергей Леонидович

д-р техн. наук, профессор СПГГУ, г. Санкт-Петербург

Е-mail: lisa_lisa74@mail.ru

Эффективность работы горнодобывающих предприятий и уровень безопасности труда на них во многом определяется состоянием подземной связи и, в первую очередь, беспроводной связи с подземными выработками. Беспроводные системы подземной связи способны передавать большие объемы оперативной информации в условиях нормальной работы горного предприятия, а также обеспечить защиту от потери управляемости подземными подразделениями и персоналом в условиях возникновения аварийных ситуаций. Cсуществующие ныне системы шахтной телефонной связи, а также новые системы подземной радиосвязи на базе излучающего кабеля, внедряемые в последнее десятилетие на горных предприятиях, могут быть разрушены во время аварии и их нельзя будет использовать для спасения людей [2].

В Санкт-Петербургском горном университете разработана система беспроводной импульсной передачи информации в подземные выработки через массив горных пород с использованием ретрансляторов [3, 4].

На дневной поверхности располагается передающий комплекс, состоящий из передатчика электромагнитных сигналов низкой частоты с кодовой обработкой, блока питания и передающей антенны. Антенна представляет собой однопроводные электрические линии в виде нескольких лучей, протяженные на несколько километров и заземленные на концах на обсадные трубы геологических скважин. Изолированный антенный провод подвешивается на специальных опорах по простиранию шахтного поля, либо прокладывается в грунте в зависимости от горно-геологических условий.

На промежуточной выработке горного предприятия (верхнем горизонте) устанавливается мощный ретранслятор, состоящий из приемника кодовых сигналов с антенной, блока временного сдвига сигналов и передатчика с передающей антенной, Все блоки ретранслятора соединены последовательно.

На нижерасположенных горных выработках размещаются приемо-передающие комплекты, состоящие из ретранслирующего устройства и преобразующе-воспроизводящего устройства.

В передающем комплексе речевая оперативная или аварийная информация преобразуется в аналоговую и далее в цифровой код, который с низкой частотой следования импульсов поступает в передающую антенну. Частота следования не превышает 3500 Гц. Токи антенны возбуждают электромагнитное поле в массиве горных пород, которое создает электродвижущую силу в антенне ретранслятора промежуточного горизонта. Задача ретранслятора состоит в том, чтобы усилить принятый сигнал и передать его на нижние горизонты.

Отличительной особенностью данного ретранслятора является наличие в нем блока временного сдвига кодовых импульсов, который осуществляет временное разделение принимаемых и передаваемых сигналов. В существующих ретрансляторах для разделения сигналов приема и передачи применяют различные частоты, т. е. частотное разделение. Здесь такое разделение невозможно, так как повышение частоты передаваемого сигнала ведет к увеличению его затухания в массиве горных пород. Надежная работа обеспечивается только на частотах звукового спектра.

Временное разделение строится на том, что прием и передача ретранслятора ведется в разные моменты поступления импульсов управления (тактовых импульсов). Так в моменты прихода первого, четвертого, седьмого и т. д. тактовых импульсов ретранслятор принимает кодовые информационные сигналы, а в моменты второго, третьего, пятого, шестого и т. д. тактов передает усиленные кодовые сигналы. В результате между принимаемыми и передаваемыми сигналами образуется интервал времени, равный периоду следования тактовых импульсов, вследствие чего передатчик ретранслятора не создает помех приемнику сигналов.

Электромагнитное поле антенны ретранслятора достигает нижерасположенной подземной выработки, где воспринимается приемо-передающим комплектом. Ретранслирующее устройство преобразует принятую кодовую информацию из цифрового вида в аналоговый и воспроизводит в голосовом формате. Ретранслирующее устройство по своей структуре является аналогом ретранслятора, содержит все его блоки и выполняет усиление кодовых сигналов и их передачу на нижерасположенные выработки.

Представленная система беспроводной связи является системой подземного оповещения и обеспечивает оперативное предупреждение работающих под землей шахтеров о возникновении аварийных ситуаций.

Диспетчер шахты через расположенный на поверхности передающий комплекс оповещает о возникновении предаварийной или аварийной ситуаций. Его голосовое сообщение кодируется и передается через толщу горных пород кодовыми импульсами низкой частоты следования. В подземных выработках приемо-передающие устройства воспроизводят преобразованное из кодов голосовое сообщение, предупреждая работающих о возникновении опасности и мерах по ее устранению.

Система беспроводной связи обладает более высокой надежностью в сравнении с известными подземными системами передачи данных («Талнах», «Микон», «Гранч» и др.), построенными на кабельных линиях. В большинстве случаев кабельные линии разрушаются во время аварий, лишая работающих под землей шахтеров каких-либо средств связи. При беспроводной связи, благодаря размещению передающего комплекса на поверхности шахты в безопасной зоне, а приемо-передающих комплектов в капитальных выработках, система передачи остается работоспособной как до возникновения аварии, так во время аварии и после нее.

Дальнейшее развитие системы беспроводной связи  связано с разработкой индивидуального переносного приемного преобразующе-воспроизводящего устройства, встраиваемого в шахтерский светильник. В постоянную память устройства будет введена информация о персональном кодированном номере шахтера, соответствующем его табельному номеру, и коды сообщений аварийного оповещения. При активизации диспетчером одного из видов этой постоянной информации преобразующе-воспроизводящее устройство озвучит шахтеру в голосовом формате передаваемое сообщение.

Подобное переносное устройство, называемое шахтерским абонентским, использовано в системе «Радиус-2». Это устройство беспроводного подземного оповещения, персонального вызова, наблюдения и поиска людей, застигнутых аварией, разработано Научно-внедренческим инженерным центром «Радиус» города Красноярска [1]. Однако оно не воспроизводит голосовых сообщений, а принятую информацию преобразовывает в мигание лампы светильника различной частоты и длительности и в звуковые сигналы. Голосовое сообщение более удобно для восприятия шахтерами.

В преобразующе-воспроизводящее устройство будет введена также функция поиска людей, застигнутых аварией. Реализовать ее будет акустический излучатель большой мощности (радиомаяк), автоматически включаемый после речевого оповещения об аварии. Если в результате аварии шахтеры окажутся отрезанными от путей выхода из шахты, то по излучающим сигналам они могут быть обнаружены поисковой аппаратурой горноспасателей и эвакуированы на поверхность.

Список литературы:

1.            В радиусе повышенного внимания к шахтеру. Уголь Кузбасса, Международный научно- практический журнал, март-апрель, 2011. С. 68 – 69.

2.            Давыдов В. В. Шахтная беспроводная связь/ Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал) №11, МГГУ, 2010. С. 221 – 228.

3.            Драбкин А. Л., Проскуряков Р. М., Семенов М. А. Система беспроводной импульсной однополосной передачи речевых сигналов через массив горных пород с использованием ретрансляторов. Известия вузов «Горный журнал» №2, 2002. С. 107 – 111.

4.            Драбкин А. Л., Проскуряков Р. М., Семенов М. А. Устройство для оперативной беспроводной связи с подземными выработками. Патент на изобретение № 2158368. Бюллетень №30, 2000.