СИСТЕМА ШАХТНОГО СКАНИРУЮЩЕГО АЭРОГАЗОВОГО КОНТРОЛЯ Российский патент 2016 года по МПК G08B21/02 H04W64/00 E21F17/18 

Изобретение относится к средствам безопасности при ведении подземных горных работ, а именно к устройствам мобильной малогабаритной многоканальной системы аэрогазового контроля атмосферы шахт при использовании их аварийно-спасательными службами.

В настоящее время большое значения придается комплексному контролю параметров рудничной атмосферы.

Известна система аэрогазового контроля при аварийно-спасательных работах в угольных шахтах (Патент РФ №103135 на полезную модель от 11.11.2010), включающая работающие в режиме сетевой информации датчики дистанционного контроля рудничной атмосферы и газодинамических явлений, стабилизатор напряжения питания датчиков, мобильное устройство хранения информации, контроллер управления, устройства цифровой связи с датчиками и информационными блоками системы, клеммные коробки и устройства подсоединения кабелей, отличающаяся тем, что система содержит блок сбора информации и питания с микропроцессорным устройством управления работой блока, дисплеем, светодиодной индикацией и сигнализацией, искробезопасным барьером связи с датчиками и искробезопасным барьером связи со стационарными информационными системами, при этом датчики выполнены выносными, а указанный блок соединен с блоком аварийного питания и размещен на удалении до 1 км от датчиков.

Известная система позволяет:

- оперативно развернуть сеть датчиков в опасных зонах шахты силами разведывательных отделений ВГСЧ и непрерывно измерять и передавать на безопасное расстояние информацию об аэрогазовой обстановке в опасных зонах;

- индицировать полученную информацию в безопасной зоне дислокации горноспасателей;

- накапливать информацию и передавать на поверхность данные либо по действующим (сохранившимся) линиям стационарных информационных систем шахт, либо с помощью переносных накопителей информации с энергонезависимой памятью.

Недостаток известной системы - низкая точность определения места повышенной загазованности шахтной выработки.

Наиболее близким аналогом к заявляемой систем является шахтная система мониторинга (Патент KR 20130026562), характеризующаяся, в частности тем, что содержит два или более датчиков сенсорной сети внутришахтной среды, передатчик сигналов обнаружения фиксированных датчиков для головного офиса, мобильные сенсорные датчики шахтной среды, портативный терминал, принимающий сигналы от мобильных датчиков, причем мобильный терминал связывается с головным офисом снаружи шахты.

Основными недостатками известного прототипа выступают малая точность определения уровня загазованности в привязке к координате выработки шахты, а так же невозможность создания общей картины загазованности на участке шахты, наличие опасности пропуска «слепых» локальных зон с повышенным уровнем содержания опасных газов.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение перечисленных недостатков для достижения таких технических результатов, как повышение точности и надежности определения уровня загазованности в привязке к конкретным координатам отдельных точек шахтной выработки, расширение функциональности системы - возможность создания общей сканированной картины в каждый момент времени на любом участке шахты.

Поставленная цель достигается следующим образом: формируется система шахтного сканирующего аэрогазового контроля, включающая комплект мобильных устройств оповещения, содержащих датчик сенсорной сети внутришахтной среды, базовые станции сбора информации от таких датчиков, установленные в выработках шахты, причем мобильные устройства и базовые станции снабжены приемо-передающими устройствами беспроводного цифрового интерфейса; как минимум один контроллер кластера базовых станций, снабженный устройствами цифровой связи с базовыми станциями и головным офисом; наземный и подземный маршрутизаторы, а так же сервер головного офиса с компьютеризированными рабочими местами, характеризующаяся, в частности тем, что дополнительно содержит блок анализатора сигналов от мобильных устройств оповещения и сигналов уровня загазованности, каждое мобильное устройство дополнительно содержит блок определения своего места положения относительно базовых станций, а базовые станции сбора информации установлены в выработках шахты так, что в каждой точке выработки обеспечен прием сигнала мобильными устройствами оповещения как минимум от двух базовых станций.

Заявляемая система шахтного сканирующего аэрогазового контроля, в частности, может характеризоваться тем, что в качестве беспроводного цифрового интерфейса применена система связи Wi-Fi.

Заявляемая система шахтного сканирующего аэрогазового контроля, в частности, может характеризоваться тем, что в качестве блока определения своего места положения относительно базовых станций применено устройство определения уровней сигналов от самих базовых станций, путем их сравнения и вычисления координаты мобильного устройства оповещения.

Заявляемая система шахтного сканирующего аэрогазового контроля, в частности, может характеризоваться тем, что в качестве блока определения своего места положения относительно базовых станций применено устройство определения задержек распространения сигнала от самих базовых станций до мобильного устройства оповещения, путем их сравнения и вычисления координаты мобильного устройства оповещения.

Заявляемая система шахтного сканирующего аэрогазового контроля, в частности, может характеризоваться тем, что базовые станции снабжены устройствами автономного питания.

Заявляемая система шахтного сканирующего аэрогазового контроля, в частности, может характеризоваться тем, что связь контроллера кластера базовых станций, осуществлена на основе проводной связи.

Заявляемая система шахтного сканирующего аэрогазового контроля, в частности, может характеризоваться тем, что мобильные устройства оповещения, содержащие датчик сенсорной сети внутришахтной среды, дополнительно снабжены устройствами сигнальной связи (включая и голосовую связь) с сервером головного офиса.

Заявляемая система шахтного сканирующего аэрогазового контроля, в частности, может характеризоваться тем, что интерфейсы связи с подземными устройствами имеют в своем составе искрозащитные барьеры, обеспечивающие безопасную связь с мобильными устройствами оповещения, включенными в экипировку шахтера.

Заявляемая система шахтного сканирующего аэрогазового контроля, в частности, может характеризоваться тем, что роль подземного маршрутизатора также может исполнять контроллер кластера базовых станций.

Заявляемая система шахтного сканирующего аэрогазового контроля, в частности, может характеризоваться тем, что все линии связи блоков системы выполнены в искрозащитном варианте.

На Фиг. изображена система шахтного сканирующего аэрогазового контроля, где цифрами обозначены:

1. Базовая станция.

2. Антенна базовой станции.

3. Мобильное устройство оповещения.

4. Шахтер.

5. Уловная линия нижнего уровня шахтной выработки.

6. Линии связи.

7. Контроллер кластера базовых станций.

8. Искробезопасный источник питания базовых станций.

9. Блок определения места положения мобильных устройств оповещения относительно базовых станций.

10. Подземный маршрутизатор.

11. Наземный маршрутизатор.

12. Условная линия поверхности земли.

13. Блок анализатора сигналов от мобильных устройств оповещения и сигналов уровня загазованности.

14. Сервер головного офиса.

15. Компьютеризированные рабочие места.

Представленная на чертеже система шахтного сканирующего аэрогазового контроля устроена следующим образом.

В шахтных выработках, подлежащих аэрогазовому контролю, установлены на определенных расстояниях друг от друга базовые станции 1 системы шахтного сканирующего аэрогазового контроля, каждая из которых снабжена антенной 2 связи, например WiFi. Мобильное устройство оповещения 3, содержащее датчик сенсорной сети внутришахтной среды (газоанализатор, на схеме отдельно не показан), укрепляется на экипировке работающего в выработке шахтера 4, перемещающегося по нижнему уровню шахтной выработки 5. Каждое мобильное устройство оповещения 3 связано, например, через WiFi с несколькими (как минимум с двумя, а в стандартном варианте с тремя-четырьмя) базовыми станциями 1. Базовые станции 1 связаны линиями связи (например, проводными) с контроллером кластера базовых станций 7, причем данный контроллер 7 может содержать искробезопасный источник питания базовых станций 8. Дополнительно в каждом мобильном устройстве оповещения установлен блок определения места положения мобильных устройств оповещения относительно базовых станций 9. В каждый кластер входит контроллер кластера 7 и до 12-ти базовых станций 1. Контроллер кластера базовых станций 7, через подземный 10 и надземный 11 маршрутизаторы (разделяемые на чертеже условной линией поверхности земли 12), связан с блоком анализатора сигналов от мобильных устройств оповещения и сигналов уровня загазованности 13, соединенного в свою очередь с сервером головного офиса 14, выводящего информацию на экраны компьютеризированных рабочих мест 15.

Представленная на чертеже система шахтного сканирующего аэрогазового контроля действует следующим образом.

Подземная сеть заявляемой системы состоит из так называемых «кластеров». В каждый кластер входит контроллер кластера 7 и до 12-ти базовых станций 1. Контроллер кластера базовых станций 7 обеспечивает создание проводных каналов связи с базовыми станциями 1, входящими в кластер, с другими контроллерами (не показаны) или маршрутизаторами подземной сети системы. Шахтеры с мобильными устройствами оповещения 3 с включенными в них газоанализаторами, выполняя свои обычные работы перемещаются по нижнему уровню поверхности выработки шахты 5, при этом происходит сканирование и сбор информации о состоянии загазованности на локальном участке. Таким образом, человек (шахтер 4) с автономным мобильным устройством оповещения 3 выполняет роль сканирующего шахтного устройства.

Каждое мобильное устройство оповещения 3 (снабженное блоком определения места положения мобильных устройств оповещения относительно базовых станций 9) определяет уровень сигнала базовых станций 1 и по ним вычисляет свое местоположение. Предусмотрен и другой вариант: каждое мобильное устройство оповещения 3 (снабженное блоком определения места положения мобильных устройств оповещения относительно базовых станций 9) определяет задержку распространения сигнала от базовых станций 1 до этого мобильного устройства и по ней вычисляет свое местоположение.

Блок анализатора сигналов от мобильных устройств оповещения и сигналов уровня загазованности 13 (функция - определение уровня загазованности в точке с определенными координатами) получает обработанные таким образом сигналы и анализирует их. По разнице уровня сигналов, получаемых несколькими ближайшими базовыми станциями 1, определяется координата, а в сопоставлении с сигналом уровня загазованности (он идет в одном пакете сигналов) - точно определяется уровень загазованности в точке нахождения мобильного устройства оповещения 3 с номером N в определенный отрезок времени.

Кроме того, заявляемая система может обеспечить через мобильное устройство оповещения 3 передачу работающему шахтеру 4 аварийного сигнала, в частности, о превышении опасного уровня загазованности.

Все эти сигналы и результаты анализа поступают в сервер 14, где и выстраивается временная картина уровня загазованности в каждый момент времени в каждой координате и представляется в виде, например, гистограммы и высвечивается на экранах компьютеризированных рабочих мест 15. Таким образом достигается заявленные выше технические результаты, а именно повышение точности определения места опасной загазованности, а также расширение функциональных возможностей, в частности, по созданию сканированной картины пространственного распределения опасных газов в шахте в каждый определенный временной отрезок.

Промышленная применимость.

Заявляемая система шахтного сканирующего аэрогазового контроля создается на горнодобывающих предприятиях в полном соответствии с требованиями Правил безопасности в угольных шахтах (ПБ 05-618-07), данная система может являться основой для перспективной многофункциональной системы безопасности, путем применения части стандартных блоков, а частично вновь разработанных, однако по своей структуре легко технически воплощаемых устройств.

Производство большинства блоков заявляемой системы осуществляется на базе промышленных предприятий РФ. При появлении нового необходимого оборудования (в частности, новые виды датчиков) или алгоритмов, система позволит добавить в себя эти функции без изменения ее основы.

Изобретение относится к средствам безопасности при ведении подземных горных работ, а именно к устройствам мобильной малогабаритной многоканальной системы аэрогазового контроля атмосферы шахт. Технический результат заключается в повышении точности и надежности определения уровня загазованности в привязке к конкретным координатам отдельных точек шахтной выработки и создании общей сканированной картины в каждый момент времени на любом участке шахты. Система включает комплект мобильных устройств оповещения, содержащих датчик сенсорной сети внутришахтной среды. Базовые станции сбора информации от таких датчиков установлены в шахте. Мобильные устройства и базовые станции снабжены Wi-Fi приемо-передающими устройствами. Как минимум один контроллер кластера базовых станций снабжен устройствами цифровой связи с базовыми станциями и головным офисом. Система включает наземный и подземный маршрутизаторы, блок анализатора сигналов от мобильных устройств оповещения и сигналов уровня загазованности. Каждое мобильное устройство дополнительно содержит блок определения своего места положения относительно базовых станций. Базовые станции сбора информации установлены в выработках шахты так, что в каждой точке выработки обеспечен прием сигнала мобильными устройствами оповещения как минимум от двух базовых станций. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система шахтного сканирующего аэрогазового контроля, включающая комплект мобильных устройств оповещения, содержащих датчик сенсорной сети внутришахтной среды, базовые станции сбора информации от таких датчиков, установленные в выработках шахты, причем мобильные устройства и базовые станции снабжены приемо-передающими устройствами беспроводного цифрового интерфейса; как минимум один контроллер кластера базовых станций, снабженный устройствами цифровой связи с базовыми станциями и головным офисом; наземный и подземный маршрутизаторы, а также сервер головного офиса с компьютеризированными рабочими местами, отличающийся тем, что дополнительно содержит блок анализатора сигналов от мобильных устройств оповещения и сигналов уровня загазованности, каждое мобильное устройство дополнительно содержит блок определения своего места положения относительно базовых станций, а базовые станции сбора информации установлены в выработках шахты так, что в каждой точке выработки обеспечен прием сигнала мобильными устройствами оповещения как минимум от двух базовых станций.

2. Система шахтного сканирующего аэрогазового контроля по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве беспроводного цифрового интерфейса применена система связи Wi-Fi.

3. Система шахтного сканирующего аэрогазового контроля по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве блока определения своего места положения относительно базовых станций применено устройство определения уровней сигналов от самих базовых станций, путем их сравнения и вычисления координаты мобильного устройства оповещения.

4. Система шахтного сканирующего аэрогазового контроля по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве блока определения своего места положения относительно базовых станций применено устройство определения задержек распространения сигнала от самих базовых станций до мобильного устройства оповещения, путем их сравнения и вычисления координаты мобильного устройства оповещения.

5. Система шахтного сканирующего аэрогазового контроля по п. 1, отличающаяся тем, что базовые станции снабжены устройствами автономного питания.

6. Система шахтного сканирующего аэрогазового контроля по п. 1, отличающаяся тем, что связь контроллера кластера базовых станций осуществлена на основе проводной связи.

7. Система шахтного сканирующего аэрогазового контроля по пП. 1, отличающаяся тем, что мобильные устройства оповещения, содержащие датчик сенсорной сети внутришахтной среды, дополнительно снабжены устройствами сигнальной связи (включая и голосовую связь) с сервером головного офиса.

8. Система шахтного сканирующего аэрогазового контроля по п. 1, отличающаяся тем, что интерфейсы связи с подземными устройствами имеют в своем составе искрозащитные барьеры, обеспечивающие безопасную связь с мобильными устройствами оповещения, включенными в экипировку шахтера.

9. Система шахтного сканирующего аэрогазового контроля по п. 1, отличающаяся тем, что роль подземного маршрутизатора также может исполнять контроллер кластера базовых станций.

10. Система шахтного сканирующего аэрогазового контроля по п. 1, отличающаяся тем, что все линии связи блоков системы выполнены в искрозащитном варианте.