Способ коммуникационного обеспечения туннелей и туннельная коммуникационная система Российский патент 2024 года по МПК E21F17/06 G08C17/06 H04B3/54 

Изобретение относится к сетевым технологиям и может быть использовано в туннеле, в котором необходимо обеспечить наличие коммуникационной зоны, в частности в подземной выработке по добыче полезных ископаемых, например, руды, угля и других, в качестве шахтной/рудниковой коммуникационной системы связи и их способа коммуникационного обеспечения.

Известна шахтная система связи интегрального типа, основанная на технологии CDMA, отличается тем, что включает в себя надземный модуль планировщика, аппаратуру передачи сигнала, базовую станцию CDMA, преобразователь сигналов ближнего конца шахты, голосовые шлюзы организации подземных модулей связи и используется для подключения внешней общей сети Подробнее, связи аппаратуры передачи сигналов для осуществления обмена данными с наземным модулем планировщика и голосовыми шлюзами соответственно Ethernet, аппаратура передачи сигнала также соединяется для осуществления обмена данными с базовой станцией CDMA, наземным модулем планировщика, аппаратурой передачи сигнала, базовой станцией CDMA и преобразователем сигналов ближнего конца майнинга, все они установлены на наземной, базовой станции CDMA и преобразователе сигналов ближнего конца для майнинга для реализации преобразования сигнала, преобразователь сигнала ближнего конца для майнинга присоединяется к множеству подземных модулей связи соответственно по оптоволоконной сети, множество подземных коммуникационных модулей установлены соответственно на соответствующем шахтном канале, и подземный коммуникационный модуль включает, что, по меньшей мере, один из них используется для горнодобывающего беспроводного преобразователя сигналов преобразования сигнала и сетей, соединяющих искробезопасный голосовой терминал CDMA с беспроводным преобразователем сигналов шахты CDMA [CN 203219318 U, опубл. 2013.09.25].

Наиболее близким аналогом является шахтная телекоммуникационная система, содержащая на поверхности шахты блок управления командного пункта, а в подземной выработке содержащая беспроводную сенсорную сеть, состоящую из вычислительно-коммутационных радиоустройств-ретрансляторов, количество которых в комплекте зависит от длины контролируемой выработки, отличающаяся тем, что дополнительно содержит подземный автоматизированный пункт управления с экспертной системой, соединенный с наземным блоком управления командного пункта кабелем передачи данных и с беспроводной сенсорной сетью посредством канала радиосвязи, в качестве радиоустройств-ретрансляторов используются маршрутизаторы беспроводной связи, входящие в состав контроллеров как индивидуальных устройств шахтеров, так и мобильных робототехнических платформ, к входам/выходам каждого контроллера подключен блок датчиков состояния окружающей среды и видеокамера для мониторинга обстановки шахты и местоположения шахтеров в режиме реального времени [RU 2679777 C1, опубл. 2019.02.12].

Проблема аналога и наиболее близкого аналога заключается в низкой технологичности заявленных систем и способов их коммуникационного обеспечения, что вызвано осуществлением коммуникации на базе беспроводной связи. Для коммутационного обеспечения длинных туннелей шахты с применением беспроводных систем необходимо большое количество оборудования, установленного на коротком расстоянии друг от друга, оборудование загружает пространство туннеля и требует периодического обслуживания, при этом выработка в рамках одного туннеля может производиться в течение короткого срока, например, 4…8 дней, а далее выработку перемещают в следующий туннель, соответственно всё коммуникационное оборудование необходимо демонтировать и заново монтировать и настраивать в новом туннеле, что сильно повышает трудоемкость и длительность по монтажу/демонтажу беспроводных систем для создания коммуникации в туннеле, поэтому беспроводные системы являются не технологичны для применения в указанных туннелях, например, туннелях выработки по добыче полезных ископаемых. Другим недостатком заявленных систем является применение оптико-волоконного кабеля, которым соединены устройства, как заявлено в начале и конце туннеля шахты. По туннелю шахты, по которому периодически движется добывающее оборудование, вместе с этим оптико-волоконный кабель не определяется высокой степенью надежностью, и движущееся по туннелю шахты оборудование будет постоянно выводить его из строя, что потребует постоянного мониторинга состояния системы коммуникации, выявление место обрыва и проведения ее восстановительно-ремонтных работ, что практически невозможно реализовать в условиях туннеля шахты. Сообщать о случившейся неполадке во время проведения добывающих работ никто не станет, в связи с чем коммуникационное обеспечение будет постоянно не работоспособным, то есть такая система и способ коммуникационного обеспечения являются не технологичными.

Технической проблемой, решаемой заявляемым изобретением, является устранение недостатков аналогов.

Задача изобретения заключается в создании способа коммуникационного обеспечения туннеля и туннельной коммуникационной системы с высокой технологичностью, не загромождающих туннельное пространство, менее трудоемких для обслуживания, монтажа/демонтажа, и не требующих увеличенный контроль за поддержанием системы и способа в работоспособным состоянием.

Технический результат, заявляемого изобретения, заключается в создании способа коммуникационного обеспечения туннеля и туннельной коммуникационной системы с повышенной технологичностью.

Указанный технический результат достигается тем, что способ коммуникационного обеспечения туннеля, по которому согласно изобретению в туннеле размещают по меньшей мере два приемо-передающих устройства, причем одно из них размещают на расстоянии не превышающем 1000 м от входа в туннель и соединяют с наземной сетью, а другое размещают в зоне коммуникации, при этом приемо-передающие устройства соединяют между собой через силовой кабель длиной не превышающий 700 м, напряжение которого находится в диапазоне 350…1200 В.

Технический результат достигается тем, что туннельная коммуникационная система, согласно изобретению включает по меньшей мере два приемо-передающих устройств, причем одно из них расположено на расстоянии не превышающем 1000 м от входа в туннель и соединено с наземной сетью, а другое расположено в зоне коммуникации, при этом приемо-передающие устройства соединены между собой через силовой кабель длиной не превышающий 700 м, напряжение которого находится в диапазоне 350…1200 В.

Под сетью понимается интернет-сеть.

Под приемо-передающим устройством понимается устройство, способное принимать и передавать сигнал сети, при этом осуществляя его модуляцию.

Под силовым кабелем понимается кабель, напряжение на котором в рабочем режиме находится в диапазоне 350…1200 В, и который выполнен с возможностью передачи напряжения на горно-шахтное оборудование, необходимое для разработки туннеля.

Под около/в близи входа в туннель понимается расстояние не превышающее 1000 м от входа в туннель.

В частности, приемо-передающее устройство представляет из себя модем.

В частности, применяют силовой кабель длиной не превышающий 700 м.

В частности, в качестве силового кабеля применяют кабель экранированный гибкий шахтный, например, 2*70+1*16 мм².

В частности, силовой кабель подсоединяют к горно-шахтному оборудованию, например, комбайну, буровой установке и т.п.

В частности, соединение приемо-передающего устройства с силовым кабелем осуществляют через коммутационное устройство.

В частности, приемо-передающее устройство в зоне коммуникации соединяют с соединителем, представляющим из себя провод, передающий подсоединяемому к нему устройству сеть, частота приемо-передающего сигнала которой составляет 2,4 или 5,8 ГГц.

В частности, приемо-передающее устройство в зоне коммуникации соединяют с точкой доступа.

В частности, точку доступа размещают в корпусе приемо-передающего устройства.

В частности, точку доступа размещают рядом с приемо-передающим устройством.

В частности, точка доступа выполнена с возможностью приемо-передачи сигнала сети на частоту 2,4 или 5,8 ГГц на расстоянии от точки доступа до 60 м.

В частности, силовой кабель подключен к трансформатору, который как правило установлен в туннеле в специально предназначенной для расположения оборудования камере, к которому напряжение передается от станции, расположенной на поверхности земли, трансформатор его преобразовывает до рабочего напряжения силового кабеля и передает на него, который в свою очередь проложен по туннелю и от которого в последствие напряжение получает (запитывается) всё оборудование работающее в туннеле.

В частности, приемо-передающее устройство и точка доступа соединены с источником питания, например, с электросетью, по которой подается напряжение или с аккумулятором.

В частности, приемо-передающее устройство и точка доступа могут быть запитаны от аккумулятора, установленного в каждом из них или расположенного рядом с ними, или же, если розетки уже имеют место быть в местах установки приемо-передающих устройств и точки доступа, то приемо-передающие устройства и точка доступа могут содержать вилки, которые устанавливаются в указанные розетки, напряжение в которых 200…240 В.

Под точкой доступа понимается устройство, способное принимать сигнал сети и беспроводным образом передавать его на другие устройства.

В частности, приемо-передающее устройство последовательно соединяют с коммутационным устройством, которое в свою очередь последовательно соединяют с силовым кабелем.

В частности, приемо-передающее устройство соединено с наземной сетью соединителями непосредственно или через оборудование, размещенное в специальной камере для оборудования, выполненной в туннеле.

В частности, наземная сеть соединена кабелем, например, оптико-волоконным с распределительным пунктом, в котором распределяется интернет от провайдера в разных направлениях.

В частности, приемо-передающее устройство с коммутатором и приемо-передающее устройство с точкой доступа соединяют соединителями.

В частности, в качестве соединителей применены провода.

Предложенное изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг. 1 – представлена туннельная коммуникационная система.

На фигурах обозначено: 1 – приемо-передающее устройство; 2 – наземная сеть; 3 – силовой кабель; 4 – точка доступа; 5 – коммутационное устройство; 6 – оборудование; 7 – камера для оборудования; 8 – соединители; 9 – распределительный пункт.

Туннельная коммуникационная система, включает по меньшей мере два приемо-передающих устройства 1, причем одно из них расположено около входа в туннель и соединено с наземной сетью 2, а другое расположено в зоне коммуникации, при этом приемо-передающие устройства 1 соединены между собой через силовой кабель 3.

Способ коммуникационного обеспечения туннеля в свою очередь заключается в том, что в туннеле размещают по меньшей мере два приемо-передающих устройства 1, причем одно из них размещают ближе к входу в туннель и соединяют с наземной сетью 2, а другое размещают в зоне коммуникации, при этом приемо-передающие устройства 1 соединяют между собой через силовой кабель 3.

Наличие одного приемо-передающих устройства 1, размещенного недалеко от входа в туннель и соединенного с наземной сетью 2, необходимо для восприятия сигнала от сети провайдера, работающей на поверхности и осуществления возможности дальнейшей передачи сигнала в туннель. Приемо-передающее устройство 1 представляет из себя модем.

Наличие другого приемо-передающего устройства 1, расположенного в зоне коммуникации, необходимо для возможности принятия сигнала сети от первого приемо-передающего устройства 1, расположенного в близи входа в туннель, и его дальнейшую передачу на устройство, принимающее сигнал сети, что обеспечивает стабильную связь в зоне коммуникации, а соответственно технологичность заявленного способа и системы.

Для приема и дальнейшей передачи сигнала сети применим кабель, выполненный с возможностью приема-передачи сигнала сети от приемо-передающего устройства 1 к устройству, например, телефона, ноутбука, планшета и т.п. Для дополнительного повышения технологичности приемо-передающее устройство 1, расположенное в зоне коммуникации, в системе соединено с точкой доступа 4, а в способе его соединяют с точкой доступа 4, которая может быть расположена, как в корпусе приемо-передающего устройства 1, так и на расстоянии от него. Точка доступа 4 в свою очередь распространяет беспроводной сигнал сети, например, Wi-fi, в зоне коммуникации, то есть в зоне туннеля, где необходимо обеспечить наличие связи и обеспечить возможность коммуникации. К сигналу сети, распространенному точкой доступа 4 может быть подключено несколько устройств, например, телефонов и/или ноутбуков и/или планшетов и т.п. для возможности приема и передачи данных, например, фото, сообщений, видео и т.д.

Применение в устройстве и способе приемо-передающих устройств 1 обусловлено их способностью к стабильной передаче данных для обеспечения в туннеле связи. Присущая им стабильность не будет работоспособной, если применить одно приемо-передающее устройство 1, а остальную передачу сигналу сети осуществить посредством множества последовательно расположенных точек доступа 4, образуя между приемо-передающим устройством 1 около входа в туннель и зоной коммуникации беспроводную связь, так как в этом случае максимальное со стабильной связью расстояние между соседними точками доступа 4 не будет превышать 120 м, предпочтительно не превышать 100 м для создания устойчивого соединения между точками доступа 4. Длина туннеля выработки может быть, например, 700 м, а для создания устойчивого соединения необходимо будет установить в туннеле 7-8 точек доступа 4. Для установки приемо-передающего устройства 1 с точками доступами 4 необходимо время и трудозатраты, установленные они загромождают пространство туннеля, по которому периодически двигается оборудование 6, например, горно-шахтное оборудование, и выводит приемо-передающее устройство 1 с точками доступами 4 из строя, нахождение места выхода из строя снова требует времени и трудозатрат, что не позволяет сделать способ и систему коммуникации технологичными. По последним причинам нецелесообразным является применение оптико-волоконных кабелей, так как в первую очередь есть огромный риск того, что он будет загромождать пространство туннеля, по которому периодически двигается оборудование 6 и выводит оптико-волоконный кабель из строя, нахождение места выхода из строя снова требует времени и трудозатрат, а условия туннеля, например, рудника или шахты, практически делают невозможным осуществление его регулярного ремонта, при этом еще и цена оптико-волоконного кабеля далеко не самая низкая, что не позволяет сделать способ и систему коммуникации технологичными.

При этом если выход из строя оборудования (одной из вышеуказанных точек доступа 4 или оптико-волоконного кабеля) произошел в начале рабочей смены, то коммуникация в туннеле будет отсутствовать до конца рабочей смены как минимум. Это связано с тем, что никто не прекратит выполнять свои основные обязанности по разработке туннеля (шахты или рудника) для информировании об обрыве линии коммуникационной связи.

Дополнительно к этому работа в рамках одного туннеля не длительна и может быть в пределах 2…4 дней, соответственно при применении множества точек доступа 4 каждые 2…4 дня будет необходимо демонтировать непосредственно их, проводку для них, кронштейны для них и другое сопровождающее обеспечение точек доступа 4 с действующего туннеля и переносить в следующий туннель, в котором необходимо осуществлять монтаж вышеуказанного сопровождающего обеспечения точек доступа 4, что вызывает высокую трудоемкость и высокие временные потери при осуществлении такой системы и способа коммуникации и делает их не технологичными.

По этим причинам соединение приемо-передающих устройство 1 между собой реализовано через силовой кабель 3, что обусловлено, тем, что он и всегда уже прокладывается и находится в туннеле, так как является кабелем, В которым обеспечивается наличие напряжения в туннеле для обеспечения работы оборудования 6, необходимого для разработки туннеля, такого оборудования 6, как горно-шахтное, например, комбайну, буровой установке и т.д. Напряжение на силовом кабеле 3 находится в диапазоне 350…1200 В и передается с него на оборудование 6 для обеспечения работы последнего. В качестве силового кабеля 3 применим, например, кабель экранированный гибкий шахтный.

Если силовой кабель 3 будет выведен из строя, то приостановится все оборудование 6, работающее в туннеле, до момента ремонта кабеля 3. При возникновении такой ситуации работа в горной выработке будет остановлена, соответственно на такую поломку сразу же будет отправлена ремонтная бригада с задачей максимально быстрого устранения неполадки для скорейшего восстановления рабочего процесса в туннеле. Причину выхода из строя быстро найдут и устранят, а соответственно этим же действием и восстановят коммуникационную связи в туннеле, работающую от важнейшего в туннеле силового кабеля 3.

Соединение приемо-передающего устройства 1 с силовым кабелем 3 осуществляют через коммутационное устройство 5, так как напряжение на силовом кабеле 3 высокое. Это необходимо для предотвращения ситуаций выхода из строя приемо-передающих устройств 1, при скачках напряжения, проходящего по силовому кабелю 3, что повышает технологичность заявленной системы и способа. При прямом подключении приемо-передающих устройств 1 к силовому кабелю 3, есть риск выхода из строя приемо-передающих устройств 1, что может снизить технологичность заявленного способа и системы. Предпочтительное соединение приемо-передающего устройства 1 с коммутационным устройством 5 и коммутационного устройства с силовым кабелем 3 последовательное для снижение выхода из строя приемо-передающего устройства 1.

Силовой кабель 3 применяют длиной, не превышающей 700 м, что связано с тем, что применение кабеля 3 длиной более 700 м может привести к не работоспособности системы и способа, так как большое расстояние не позволит передавать связь между соседними приемо-передающими устройствами 1, одно из которых расположено около входа в туннель, а другое в зоне, где необходимо обеспечить коммуникацию.

Приемо-передающий сигнал точки доступа 4, при реализации в туннеле способа и системы, настраивают на частоту 2,4 или 5,8 ГГц, выход за рекомендацию может привести к отсутствию скорости передачи данных в зоне коммуникации. Дальность расстояния передачи данных точки доступа 4 до 60 м.

Примером осуществления, заявленного решения, является туннельная коммуникационная система и способ коммуникационного обеспечения туннеля, по которым в туннеле разместили два приемо-передающих устройства 1, причем одно из них разместили около входа в туннель и соединили с наземной сетью, а именно интернет сетью, а другое приемо-передающее устройство 1 разместили в зоне, где было необходимо обеспечить коммуникацию и соединили с точкой доступа 4 для принятия вторым приемо-передающим устройством 1 сети и передачи на точку доступа 4, которая распространила сеть в зоне коммуникации в туннеле. Приемо-передающие устройства 1 соединили между собой через силовой кабель 3, а именно кабель экранированный гибкий шахтный длиной 300 м с напряжением 350-410 В, который также был соединен в зоне коммуникации в туннеле с комбайном 6. Соединение приемо-передающих устройств 1 с силовым кабелем 3 осуществили через коммутационное устройство 5, причем приемо-передающие устройства 1 с коммуникационными устройствами 5 и коммуникационные устройства 5 с силовым кабелем 3 соединили последовательно. Приемо-передающий сигнала точки доступа 4 настроили на частоту 2,4 ГГц, дальность передачи сигнала сети по Wi-fi от точки доступа 4 составила 54 м. К Wi-fi сигналу подключились мобильным телефоном, по которому совершили видеозвонок персоналу, работающему на поверхности земли.

Примером осуществления, заявленного решения, является способ и система, описанные в предыдущем примере осуществления, только длина силового кабеля 3 составила 540 м, напряжение на нем было 660-720 В, а приемо-передающий сигнала точки доступа 4 настроили на частоту 2,4 ГГц, дальность передачи сигнала сети по Wi-fi от точки доступа 4 составила 60 м.

Примером осуществления, заявленного решения, является способ и система, описанные в предыдущем примере осуществления, только длина силового кабеля 3 составила 700 м, напряжение на нем было 1140-1200 В, а приемо-передающий сигнала точки доступа 4 настроили на частоту 5,8 ГГц, дальность передачи сигнала сети по Wi-fi от точки доступа 4 составила 52 м.

Примером осуществления, заявленного решения, является способ и система, описанные в предыдущем примере осуществления, только длина силового кабеля 3 составила 600 м, напряжение на нем было 350-410 В, соединение приемо-передающих устройств 1 с силовым кабелем 3 выполнили без коммутационного устройства 5, а к приемо-передающему устройству 1 в зоне коммуникации подсоединили кабель, выполненный с возможностью приема и передачи сигнала сети, а с указанным кабелем соединили ноутбук, по которым через сеть произвели отправку сообщений с приложениями в виде фотографий и видео.

В результате испытаний установлено, что скорость объема передачи данных из туннеля в зоне коммуникации, реализованной по заявленному способу с применением системы, составила 2,5-3 Мбит/с.

Таким образом, заявленный способ коммуникационного обеспечения туннеля и туннельная коммуникационная система обеспечивают снижение трудоемкости и времени на установку системы и подготовительных работ для осуществления способа, на проведение ремонтных, обслуживающих и восстановительных работ, а также времени и трудоемкости на выявления неполадок, не требует дополнительных затрат на покупку множества нового оборудования и проводов для него, при этом обеспечена стабильная интернет-связь в выбранной зоне коммуникации туннеля, соответственно заявленный способ и система решают поставленную задачу и обеспечивают повышенный уровень технологичности.

Группа изобретений относится к горному делу, а именно к способу коммуникационного обеспечения туннеля и туннельной коммуникационной системе. Способ коммуникационного обеспечения туннеля характеризуется тем, что в туннеле размещают по меньшей мере два приемо-передающих устройства. Одно из них размещают на расстоянии, не превышающем 1000 м от входа в туннель, и соединяют с наземной сетью. Другое приемо-передающее устройство размещают в зоне коммуникации. Приемо-передающие устройства соединяют между собой через силовой кабель длиной, не превышающей 700 м, напряжение которого находится в диапазоне 350…1200 В. Технический результат заключается в создании способа коммуникационного обеспечения туннеля и туннельной коммуникационной системы с повышенной технологичностью. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ коммуникационного обеспечения туннеля, характеризующийся тем, что в туннеле размещают по меньшей мере два приемо-передающих устройства, причем одно из них размещают на расстоянии, не превышающем 1000 м от входа в туннель, и соединяют с наземной сетью, а другое размещают в зоне коммуникации, при этом приемо-передающие устройства соединяют между собой через силовой кабель длиной, не превышающей 700 м, напряжение которого находится в диапазоне 350…1200 В.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что силовой кабель подсоединяют к горно-шахтному оборудованию.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что силовой кабель подсоединяют к трансформатору.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соединение приемо-передающего устройства с силовым кабелем осуществляют через коммутационное устройство.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что приемо-передающее устройство в зоне коммуникации соединяют с точкой доступа.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что частота приемо-передающего сигнала точки доступа составляет 2,4 или 5,8 ГГц на расстоянии от точки доступа до 60 м.

7. Туннельная коммуникационная система, характеризующаяся тем, что включает по меньшей мере два приемо-передающих устройства, причем одно из них расположено на расстоянии, не превышающем 1000 м от входа в туннель, и соединено с наземной сетью, а другое расположено в зоне коммуникации, при этом приемо-передающие устройства соединены между собой через силовой кабель длиной, не превышающей 700 м, напряжение которого находится в диапазоне 350…1200 В.

8. Система по п. 7, отличающаяся тем, что силовой кабель соединен с горно-шахтным оборудованием.

9. Система по п. 7 или 8, отличающаяся тем, что силовой кабель соединен с трансформатором.

10. Система по п. 7, отличающаяся тем, что приемо-передающее устройство соединено с силовым кабелем через коммутационное устройство.

11. Система по п. 7, отличающаяся тем, что приемо-передающее устройство в зоне коммуникации соединено с точкой доступа.

12. Система по п. 11, отличающаяся тем, что точка доступа выполнена с возможностью приемопередачи сигнала сети на частоту 2,4 или 5,8 ГГц на расстоянии от точки доступа до 60 м.