АВАРІЙНА ОПОВЕЩЕННЯ ПЕРСОНАЛУ ШАХТ І РУДНИКІВ ПО РАДІОКАНАЛУ
Василіогло Анастасія Дмитрівна
студент 5 курсу, кафедра електротехніки, електроенергетики, електромеханіки, НМСУ «Гірський», м. Санкт-Петербург
Іванов Сергій Леонідович
науковий керівник, д-р тех. наук, професор,кафедра машинобудування, НМСУ «Гірський», м. Санкт-Петербург
Семенов Михайло Олексійович
науковий керівник, канд. тех. наук, доцент,кафедра електротехніки, електроенергетики, електромеханіки, НМСУ «Гірський», м Санкт-Петербург
150%"> Одним з основних завдань забезпечення безпеки праці на гірничодобувних підприємствах є своєчасне оперативне оповіщення персоналу про виникнення аварії. кодових, текстових, мовних) у підземні виробки індивідуально кожному гірничому працівникові незалежно від його розташування до, під час та після аварії.Непосредственно до аварійного оповіщення примикають завдання моніторингу шахтного персоналу. аварійне позиціонування - виявлення людини та визначення її розташування під завалом через шар гірської маси товщиною не менше 20 м з похибкою не більше 2 м протягом 2 діб після попадання під завал при аварії та проведенні рятувальних робіт; спостереження або технологічне позиціонування - визначення положення персоналу підземних виробітках у нормальних умовах з точністю до ділянки гірничого виробітку на момент виникнення аварії [1].
150%"> Виходячи з, поданого вище, змісту п. 41 ПБ 05-618-03 до системи аварійного оповіщення підземного персоналу шахт і копалень можна сформулювати такі вимоги:
line-height:150%"> 1. Оповіщенням повинна бути охоплена вся зона підземних гірничих виробок;
line-height:150%"> 2. Сигнали оповіщення повинні прийматися кожним гірником, що знаходиться в підземних виробках, або ІТП незалежно від місця знаходження;
line-height:150%" 3. Система оповіщення повинна залишатися працездатною до аварії, під час аварії та після ліквідації аварії;
line-height:150%"> 4. Час оповіщення повинен бути мінімальним (не більше декількох хвилин);
line-height:150%"> 5. Обсяг інформації, що передається оповіщенням, повинен бути достатнім для розуміння персоналом характеру аварії та можливих шляхів евакуації [6].
150%"> Здебільшого цим вимогам відповідають системи, що використовують для передачі сигналів оповіщення радіоканал, що діє через товщу гірських порід. До них відносяться: «Земля-3М», «СУБР-1П», «Радіус-2» , "СУБР-1СВМ", "Гранч", "Талнах" та інші.Найбільш поширеними з них на гірських підприємствах, функціонально більш розвиненими і постійно вдосконалюються, є системи "СУБР-1" і "Радіус-2". -2» відповідає всім п'яти пунктам сформульованих вище вимог.
150%"> Інші системи підземного радіозв'язку, що набули поширення на гірських підприємствах в останні роки, на основі випромінюючого кабелю і мікростільникових технологій (DECT, WiFi) мають значно ширші функціональні можливості і здатні виконувати всі функції аварійного оповіщення, але вони Наявність кабелів та апаратури в підземних виробках при аварії призведе, в першу чергу, до виходу їх з ладу, а значить до втрати зв'язку з підземним персоналом.
150%"> Системи оповіщення через товщу гірськихпорід не мають стаціонарного обладнання у гірничих виробках. Вони складаються з передавача, розташованого на поверхні гірського підприємства, та приймачів, якими постачається весь підземний персонал. Отже, при аварії жодне обладнання не постраждає і зв'язок із диспетчером залишиться працездатним
150%" Як діють такі системи, розглянемо на прикладі комплексу бездротового підземного оповіщення, персонального виклику, спостереження та пошуку людей, захоплених аварією - «Радіус-2» [2, 4]. Комплекс складається (рис. 1) з передавальної апаратури ПРД, антенно-фідерного пристрою АФУ та приймальних пристроїв ПЗМ До складу передавальної апаратури входить пульт дистанційного керування ПДУ гірничого диспетчера.
Малюнок 1. Структура комплексу «Радіус—2»
150%"> Передає антена комплексу, що являє собою заземлений диполь або рамку, що охоплює шахтне поле, може підвішуватися на опорах ліній електропередач, прокладатися по поверхні землі в грунті або в шахтних підземних виробках, не небезпечних по газу і пилу. Антена підключається до підсилювача потужності ПРД, який залежно від геометричних розмірів шахтного поля, геоелектричних властивостей гірських порід вибирається з ряду 1,25; 2,5; 5,0; 10; 15 кВт.
150%"> Приймальний пристрій ПЗМ, що вбудовується всередину корпусу вибухобезпечного шахтного головного світильника, забезпечує виконання наступних функцій: оповіщення про аварію, персональний виклик працюючих незалежно від того, де вони знаходяться; пошук захоплених аварією людей в шахті; спостереження за місцем розташування, автоматичний табельний облік персоналу шахти.
150%"> У разі передаварійної або аварійної ситуації гірничий диспетчер з ПДУ передає кодовірадіосигнали оповіщення або персонального виклику у підземні виробки крізь товщу гірських порід. Ємність кодів комплексу «Радіус-2» складає: персонального виклику – 1024, загального оповіщення за типом аварії –4, передача цифрових або текстових повідомлень – 16. Передача здійснюється за допомогою низькочастотних електромагнітних хвиль з використанням сітки частот з нижнього діапазону 25 Гц до 2500 Гц кроком 50 Гц. Сітка частот дозволяє вибрати оптимальну частоту передачі крізь товщу порід залежно від їхньої питомої провідності. Передавальний пристрій програмно вибирає оптимум, переходячи з однієї частоти в іншу.
150%" Зона дії комплексу «Радіус-2» становить у глибину крізь гірський масив до 2000 м, по простяганню шахтного поля — до 15 км.
150%"> Для реалізації пошуку людей, захоплених аварією, у приймальний пристрій вбудований шахтарський радіомаяк. Він включається диспетчером з ПДУ після подачі сигналу про аварію і починає випромінювати спеціальні сигнали потужністю до 10 мВт. За цими сигналами при ліквідації аварії рятувальна служба може визначити місцезнаходження шахтаря за допомогою радіопеленгатора "Радіус ШРП" крізь товщу гірських порід на відстані 5-15 м.
150%"> Спостереження розташування або позиціонування персоналу виконано в комплексі «Радіус-2» за технологією активних RFID-міток, що являють собою передавачі високої частоти (434,5; 433,3 МГц), вбудовані в шахтні головні світильники. Приймачі (зчитувачі) цих сигналів встановлюються у певних місцях шахти, де необхідний контроль наявності персоналу та з'єднуються з комп'ютером диспетчера оптоволоконним каналом зв'язку.Дистанція зчитування становить до 40 м.персоналу на момент аварії, що стане відправною точкою пошуку людей, захоплених аварією.
150%"> Таким чином, система «Радіус-2» забезпечує виконання всіх п'яти пунктів вимог, що пред'являються до систем аварійного оповіщення підземного персоналу шахт і копалень. Однак пункт 5 вимагає подальшого розвитку та вдосконалення системи. Адже в чотирьох кодових сигналах про тип аварії важко вмістити інформацію про характер аварії, конкретне місце, де вона сталася, її розвиток і наслідки, а також намітити шляхи якнайшвидшого виходу на поверхню. текстових повідомлень на індивідуальні шахтарські пейджери, якими постачаються ІТП та керівники робіт.Текстові повідомлення програмуються за позиціями плану ліквідації аварій (до 508 повідомлень по 40 символів у кожному). високої частоти на шахтарських пейджерів.
150%" Повністю реалізувати пункт 5 сформульованих вище вимог можна тільки при мовному оповіщенні. Відомо, що смуга частот голосового діапазону знаходиться в межах 300-3500 Гц. Вища частота діапазону (3500 Гц) на 1000 Гц більше, ніж в робочому діапазоні частот комплексу «Радіус-2» Підвищення частоти сигналу, що передається, збільшує ризик його швидкого загасання в масиві гірських порід а, отже, зменшення дальності (глибини) мовного оповіщення.
150%"> У Санкт-Петербурзькому гірничому університеті були проведені дослідження з визначення глибини поширення електромагнітного поля при передачі сигналів мовного діапазону крізь масив гірських порід. Результати досліджень представлені наМал. 2 у вигляді графіків, що характеризують зменшення напруженості електромагнітного поля (Е, мкВ/м) в залежності від глибини його поширення (L, м) в масиві гірських порід при різних частотах мовного діапазону. Розрахунки виконані для середньої інтегральної провідності порід гірського масиву, що дорівнює 10 -2 см/м. Така провідність характерна для антрацитів, аргілітів, алевролітів, мокрих глин, кварц-сірчистих сланців та інших порід. З графіків видно, що напруженість електромагнітного поля на нижній частоті (300 Гц) на глибині 1200 м-коду становить близько 12 мкВ/м, що цілком достатньо для задовільної роботи приймальних пристроїв. На частоті 3500 Гц вже на глибині 500 м напруженість електромагнітного поля стає меншою за 9 мкВ/м, що говорить на користь нестійкого радіозв'язку.
Звідси випливає наступний висновок: аварійне оповіщення в голосовому форматі можливе лише на глибини менше 500 м, що неприйнятно для сучасних шахт і копалень, глибина розташування підземних виробок яких становить 1000 м і більше [3, 5].
Малюнок 2. Згасання електромагнітного поля при передачі мовного сигналу через масив гірських порід для різних частот діапазону: 1 - при частоті 300 Гц; 2 - при частоті 1000 Гц; 3 - при частоті 3500 Гц.
150%" Цей висновок не означає, що потрібно відмовитися від мовного сповіщення. Слід шукати шляхи збільшення глибини передачі. Одним з таких шляхів є коригування амплітудно-частотної характеристики передавального тракту, яка спрямована на те, щоб посилювати більшою мірою Високочастотну частину мовного спектру, що найбільш послаблюється при поширенні в гірському масиві, напрошується на основі аналізу характеристик, представлених на рис.
150%" Якщо порівняти, наприклад, напруженості електричного поля на частотах 300 Гц і 3500 Гц на глибині передачі 500 м, то виявляється, що на частоті 3500 Гц вона зменшилася в 24 рази в порівнянні з частотою 300 Гц. Це означає, що для збільшення дальності передачі (більше 500 м) необхідно компенсувати зменшення високочастотних складових, для цього потрібно збільшити коефіцієнт посилення передаючого тракту для вищих частот мовного діапазону не менше, ніж у 24 рази в порівнянні з посиленням низькочастотних складових.
150%"> Вирішити цю задачу можна шляхом введення в кінцевий каскад передавального тракту коригувального ланцюжка з послідовно з'єднаних індуктивності L і ємності С, включених послідовно з антеною передавача. Цей ланцюжок повинен мати переважно ємнісний опір, щоб зі збільшенням частоти . її загальний опір зменшувалася, а коефіцієнт посилення каскаду у своїй збільшувався.
150%"> Величини параметрів L і С необхідно вибирати з урахуванням виникнення резонансної частоти fрез = 1/2π. Величина fрез повинна бути менше всіх частот мовного спектру, і тим більше, частоти 3500 Гц. має перевищувати 2 · 10 -9.Реалізувати такий коригуючий ланцюжок не становить труднощів.
150%"> Нами були проведені випробування кінцевого каскаду передаючого тракту у вигляді підсилювача низької частоти на біполярному транзисторі. Його параметри були розраховані з урахуванням коригуючого ланцюга. При випробуванні такого каскаду спостерігалося наростання електромагнітного поля на частотах від 0 до 100 в 1,5 рази, а на частотах від 1000 до 3500 Гц - його плавне зменшення приблизно в 2 рази.При цьому напруженість електромагнітного поля на глибині 500 м длявисокої частоти спектру склала 450 мкВ/м, що приблизно в 45 разів вище, ніж без коригувального ланцюжка. Це означає, що поле може поширюватись на більшу, ніж 500 м глибину.
150%" Далі подальші дослідження показали, що при обраному кінцевому каскаді з коригуючим ланцюжком електромагнітне поле на частоті 3500 Гц може досягати глибини 800 м, забезпечуючи напруженість в межах 15 мкВ/м, що цілком достатньо для забезпечення стійкого мовного оповіщення.
-1.0cm;line-height:150%"> 1.Бабенко А.Г. Принципи побудови багатофункціональних систем безпеки вугільних шахт, досвід та перспективи їх використання в Кузбасі/ А.Г. Бабенко, С.Е. Лапін , А. В. Вільгельм, С. М. Оржеховський - Безпека праці в промисловості, 2011 № 1. С. 16-22.
-1.0cm;line-height:150%"> 3.Драбкін А.Л., Проскуряков Р.М., Семенов М.А. Система бездротової імпульсної односмугової передачі мовних сигналів через масив гірських порід з використанням ретрансляторів/ Вісті вузів «Гірський журнал» № 2, 2002. С. 107-111.
-1.0cm;line-height:150%"> 5.Семенов М.А. Система компенсації убування електричного поля в масиві гірських порід // Онлайн Електрик: Електроенергетика. Нові технології, 2012 — [Електронний ресурс] — Режим доступу - URL:http://www.online-electric.ru/articles.php?>
-1.0cm;line-height:150%"> 6.Ферхо В.А., Веснін В.Н. Питання оснащення технічними засобами аварійного оповіщення та визначення місця розташування персоналу в підземних гірничих виробках рудників і вугільних шахт. Гірський журнал Казахстану, 2010 № 8. С. 47-50.