RU2805974C1 - Air and gas control system in working face area - Google Patents

Air and gas control system in working face area Download PDF

Info

Publication number
RU2805974C1
RU2805974C1 RU2022123404A RU2022123404A RU2805974C1 RU 2805974 C1 RU2805974 C1 RU 2805974C1 RU 2022123404 A RU2022123404 A RU 2022123404A RU 2022123404 A RU2022123404 A RU 2022123404A RU 2805974 C1 RU2805974 C1 RU 2805974C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
measuring devices
radio
methane
collection unit
data collection
Prior art date
Application number
RU2022123404A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Семен Сергеевич Чепурнов
Ольга Сергеевна Красикова
Максим Юрьевич Пряник
Original Assignee
Акционерное общество "Производственное объединение "Электроточприбор"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Производственное объединение "Электроточприбор" filed Critical Акционерное общество "Производственное объединение "Электроточприбор"
Application granted granted Critical
Publication of RU2805974C1 publication Critical patent/RU2805974C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: mining.
SUBSTANCE: invention relates to means for ensuring the safety of work in mines. The air and gas control system in the working face area contains measuring devices installed on a mining machine and active repeaters located in the mine, and a data collection unit configured to communicate with the control panel of the mine safety system located on the surface. Active repeaters are used to transmit data between measuring devices and a data acquisition unit in both directions, with data transmitted at a frequency of 800 to 1000 MHz. The data collection unit is equipped with a set of standard analogue and digital interfaces, through which it is connected to the gateway of the wired line of the mine safety system.
EFFECT: increasing the transmission range of a reliable and interference-resistant radio signal in a mine face.
6 cl, 4 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Изобретение относится к средствам обеспечения безопасности работ в шахтах.The invention relates to means for ensuring the safety of work in mines.

Уровень техникиState of the art

Одним из важнейших элементов обеспечения безопасности работы шахт являются многофункциональные системы безопасности (МФСБ), с помощью которых диспетчер контролирует состояние всех механизмов и систем в шахте. При этом чрезвычайно ответственным является сбор и представление диспетчеру информации о концентрации взрывоопасных и вредных газов, а также динамике их изменения, особенно в зоне работы шахтных добывающих комбайнов, где осуществляется активное вскрытие газоносных пластов. Здесь происходит интенсивное выделение опасных газов, в частности метана, высокая концентрация которого при появлении искры от контакта режущего инструмента с твердыми вкраплениями может вызвать пожар и взрыв.One of the most important elements for ensuring the safety of mines is multifunctional safety systems (MFSS), with the help of which the dispatcher monitors the condition of all mechanisms and systems in the mine. At the same time, it is extremely important to collect and present to the dispatcher information on the concentration of explosive and harmful gases, as well as the dynamics of their changes, especially in the area of operation of mining combines, where active opening of gas-bearing layers is carried out. Here there is an intensive release of dangerous gases, in particular methane, a high concentration of which, when a spark appears from the contact of a cutting tool with solid inclusions, can cause a fire and explosion.

Традиционно для аэрогазового контроля используются стационарные датчики метана, закрепляемые на стенах забоя и элементах механической крепи, и метанометры, которые устанавливаются на горных машинах и обеспечивают отключение электроэнергии от механизма при достижении опасной концентрации метана. Некоторые метанометры, например, прибор МГМ-1, оснащены «черным ящиком» для хранения контрольно-измерительных данных, что позволяет считывать эти данные и анализировать, но только после окончания работы и возвращения прибора на поверхность, так как постоянная связь измерительных устройств с диспетчером шахты отсутствует. Вместе с тем, зона работы комбайна постоянно удаляется от места расположения стационарных датчиков, а для их переустановки требуется прекращение работ, что также является недостатком таких систем аэрогазового контроля.Traditionally, for aerogas monitoring, stationary methane sensors are used, mounted on the walls of the face and elements of mechanical support, and methanometers, which are installed on mining machines and ensure that power is cut off from the mechanism when a dangerous concentration of methane is reached. Some methane meters, for example, the MGM-1 device, are equipped with a “black box” for storing control and measurement data, which allows this data to be read and analyzed, but only after the work is completed and the device is returned to the surface, since the measuring devices are in constant communication with the mine dispatcher absent. At the same time, the harvester operating area is constantly moving away from the location of stationary sensors, and their reinstallation requires stopping work, which is also a disadvantage of such aerogas control systems.

Известна система дистанционного мониторинга, содержащая множество установленных на горных машинах датчиков контроля концентрации угарного газа и метана, осуществляющих передачу данных в цифровом виде, по запросу, через сеть повторителей на наземный компьютер, расположенный за пределами шахты (см. патент US 4968978, МПК: Е21С 35/24, G08C 15/00 и др., опубл. 06.11.1990 г). Передача данных осуществляется по естественному волноводному пути либо проводнику, посредством магнитной индукции.A remote monitoring system is known, containing many sensors installed on mining machines to monitor the concentration of carbon monoxide and methane, transmitting data digitally, upon request, through a network of repeaters to a ground computer located outside the mine (see patent US 4968978, IPC: E21C 35/24, G08C 15/00, etc., published 06.11.1990). Data transmission is carried out along a natural waveguide path or conductor, using magnetic induction.

В качестве проводников, образующих канал передачи данных, как правило, используются цепи питания и/или управления горной машиной. Однако подключение к этим цепям не всегда возможно, а в некоторых случаях небезопасно, и может привести к некорректной работе, и даже к выходу из строя дорогостоящего оборудования, кроме того для такого подключения требуется согласование с производителями горных машин.As a rule, power and/or control circuits of a mining machine are used as conductors forming a data transmission channel. However, connection to these circuits is not always possible, and in some cases unsafe, and can lead to incorrect operation and even failure of expensive equipment; in addition, such connection requires approval from the manufacturers of mining machines.

Известна система шахтного сканирующего аэрогазового контроля (см. патент RU 2573659 МПК: G08B 21/02, E21F 17/18, опубл. 27.01.2016), которая включает мобильные устройства оповещения с датчиками внутришахтной среды, закрепленные на подвижных объектах, преимущественно рабочих, спускающихся в шахту, и установленные в выработках шахты базовые станции, осуществляющие сбор информации с датчиков посредством радиоканала, для чего мобильные устройства и базовые станции снабжены Wi-Fi приемо-передающими устройствами. Все базовые станции соединены проводной связью между собой и с контроллером кластера базовых станций, который снабжен устройствами цифровой связи с головным офисом.A mine scanning aerogas control system is known (see patent RU 2573659 MPK: G08B 21/02, E21F 17/18, publ. 01/27/2016), which includes mobile warning devices with sensors of the internal mine environment, mounted on moving objects, mainly workers descending into the mine, and base stations installed in the mine workings that collect information from sensors via a radio channel, for which mobile devices and base stations are equipped with Wi-Fi transceivers. All base stations are connected by wire to each other and to the base station cluster controller, which is equipped with digital communication devices with the head office.

Использование для радиосвязи в шахте сверхвысоких частот уровня Wi-Fi (2,5 ГГц) имеет ряд существенных недостатков. Так механическая крепь, размещенная вдоль всей лавы, сильно ограничивает распространение радиосигналов при допустимых (по условиям взрывобезопасности) уровнях мощности на выходе радиопередатчиков. В силу большого количества металлических устройств и изделий в шахте происходит многократное переотражение радиоволн, вследствие чего полезная информация становится трудноотличимой на фоне помех. Ситуация осложняется сильным поглощением радиоволн этих частот пластами горной породы.The use of ultra-high frequencies at the Wi-Fi level (2.5 GHz) for radio communications in a mine has a number of significant disadvantages. Thus, mechanical support placed along the entire longwall greatly limits the propagation of radio signals at acceptable (according to explosion safety conditions) power levels at the output of radio transmitters. Due to the large number of metal devices and products in the mine, radio waves are repeatedly reflected, as a result of which useful information becomes difficult to distinguish against the background of interference. The situation is complicated by the strong absorption of radio waves of these frequencies by rock layers.

Нормативное требование, предполагающее, что с каждого комбайна необходимо передавать информацию в систему безопасности шахты не менее чем с трех датчиков, дополнительно усложняет задачу радиопередачи сигнала, т.к. на сверхвысоких частотах резко сокращается расстояние безошибочной передачи информации, а использование низких частот делает передачу информации очень медленной и требует больших мощностей, при этом куски отбитой породы, активно бомбардирующие зону, прилегающую к комбайну, делают практически невозможным размещение сколь-нибудь протяженных антенн.The regulatory requirement that each combine must transmit information to the mine safety system from at least three sensors further complicates the task of radio signal transmission, because at ultra-high frequencies, the distance of error-free transmission of information is sharply reduced, and the use of low frequencies makes the transmission of information very slow and requires large powers, while pieces of broken rock actively bombarding the area adjacent to the combine make it almost impossible to place any extended antennas.

Еще одним недостатком системы по патенту RU 2573659, известной как система «Гранч», является использование оригинального специализированного оборудования, что позволяет ее реализовать только в условиях новой, вновь оборудуемой шахты. Для использования в старых, уже существующих шахтах эта система неприменима, так как для ее внедрения требуется практически полная замена существующего оборудования.Another disadvantage of the system according to patent RU 2573659, known as the “Grunch” system, is the use of original specialized equipment, which allows it to be implemented only in the conditions of a new, newly equipped mine. This system is not applicable for use in old, existing mines, since its implementation requires almost complete replacement of existing equipment.

В качестве наиболее близкого аналога для заявляемого технического решения принята автоматизированная система аэрогазового контроля и предотвращения взрыва в забое, см. патент RU 2539052, МПК: Е21F5/00, Е21F17/18, дата публикации 10.01.2015 г.As the closest analogue to the proposed technical solution, an automated system for aerogas control and explosion prevention in the face was adopted, see patent RU 2539052, IPC: E21F5/00, E21F17/18, publication date 01/10/2015.

Ближайший аналог характеризуется следующими признаками, совпадающими с существенными признаками предлагаемого решения, а именно: система аэрогазового контроля содержит установленные на шахтном комбайне измерительные устройства, каждое из которых включает датчик метана (метанометр), блок автономного питания и радиомодуль, и размещенный в безопасной зоне блок сбора данных (в патенте RU 2539052 это центральный пульт управления), который, с одной стороны, связан с измерительными устройствами через блоки промежуточного приема и передачи данных (в патенте RU 2539052 эти функции исполняют блоки контроля и управления секциями механической крепи, соединенные между собой проводами), и с другой стороны - с диспетчерским пультом системы безопасности шахты, размещенным на поверхности.The closest analogue is characterized by the following features, which coincide with the essential features of the proposed solution, namely: the aerogas control system contains measuring devices installed on a miner, each of which includes a methane sensor (methane meter), an autonomous power supply unit and a radio module, and a collection unit located in a safe area data (in patent RU 2539052 this is a central control panel), which, on the one hand, is connected to measuring devices through intermediate data reception and transmission units (in patent RU 2539052 these functions are performed by control and control units for mechanical support sections connected to each other by wires) , and on the other hand - with the control panel of the mine safety system located on the surface.

Одним существенным недостатком ближайшего аналога, как и вышеупомянутого, является ограниченный радиус действия радиомодулей, вследствие использования сверхвысокочастотных Wi-Fi сигналов. Из-за ограниченного радиуса действия блоки контроля и управления секциями механической крепи с приемо-передающим оборудованием размещают на каждой третьей секции механической крепи, что ведет к существенному усложнению системы, особенно если учесть, что в современных высокопроизводительных схемах добычи длина лавы достигает 500 метров.One significant drawback of the closest analogue, like the above-mentioned one, is the limited range of radio modules due to the use of ultra-high-frequency Wi-Fi signals. Due to the limited range of action, control and control units for mechanical support sections with receiving and transmitting equipment are placed on every third section of mechanical support, which leads to a significant complication of the system, especially considering that in modern high-performance mining schemes the length of the longwall reaches 500 meters.

Другим недостатком является наличие проводной связи в канале передачи данных, так как провода могут быть перебиты разлетающимися из зоны работы комбайна камнями, достигающими механической крепи, кроме того наличие проводов существенно усложняет процессы перемещения секций крепи.Another disadvantage is the presence of wired communication in the data transmission channel, since the wires can be interrupted by stones flying from the combine operating area and reaching the mechanical support; in addition, the presence of wires significantly complicates the process of moving support sections.

Все вышесказанное свидетельствует о низкой эксплуатационной надежности системы контроля и её излишней конструктивной сложности.All of the above indicates the low operational reliability of the control system and its excessive design complexity.

К недостаткам можно отнести и то, что в этой системе, как и в системе «Гранч», предполагается использование оригинального оборудования, т.к. в реальности блоки контроля и управления оросительной системой имеют иное исполнение и не размещаются на секциях механической крепи.The disadvantages include the fact that in this system, as in the “Grunch” system, the use of original equipment is assumed, because in reality, the irrigation system monitoring and control units have a different design and are not located on the mechanical support sections.

Целью изобретения является разработка простой и надежной системы аэрогазового контроля в зоне очистного забоя, обеспечивающей передачу достоверной оперативной информации, и которая может быть встроена в любую уже существующую систему безопасности шахты с минимальными затратами.The purpose of the invention is to develop a simple and reliable aerogas control system in the working face area, ensuring the transmission of reliable operational information, and which can be built into any existing mine safety system at minimal cost.

Техническим результатом, обусловливающим достижение этой цели, является увеличение дальности передачи достоверного и устойчивого к помехам радиосигнала в условиях шахтного забоя, что позволило исключить использование проводных линий в зоне добычи и уменьшить количество оборудования, используемого для организации канала передачи.The technical result that determines the achievement of this goal is to increase the transmission range of a reliable and interference-resistant radio signal in mine face conditions, which eliminates the use of wire lines in the mining area and reduces the amount of equipment used to organize the transmission channel.

Раскрытие изобретенияDisclosure of the Invention

Поставленная задача решена и вышеуказанный технический результат достигнут благодаря тому, что в системе аэрогазового контроля в зоне очистного забоя, содержащей установленные на шахтном комбайне измерительные устройства, каждое из которых включает метанометр, блок автономного питания и радиомодуль, и связанный с измерительными устройствами блок сбора данных, выполненный с возможностью связи с диспетчерским пультом системы безопасности шахты, размещенным на поверхности, согласно заявляемому изобретению, радиомодуль установлен в изолированном от метанометра отсеке защитного кожуха, закрепленного на шахтном комбайне, подключен к метанометру по тем же линиям, по которым выдается команда исполнительному механизму на отключение электропитания комбайна при превышении допустимой доли метана, и выполнен с возможностью обмена данными с блоком сбора данных на частоте от 800 до 1000 МГц по радиоканалу, образованному активными ретрансляторами, при этом блок сбора данных выполнен с возможностью оперативного ввода и вывода адресов измерительных устройств и снабжен набором типовых аналоговых и цифровых интерфейсов для подключения к шлюзу системы безопасности шахты.The problem was solved and the above technical result was achieved due to the fact that in the aerogas control system in the working face zone, containing measuring devices installed on a mining machine, each of which includes a methanometer, an autonomous power supply unit and a radio module, and a data collection unit associated with the measuring devices, made with the ability to communicate with the control panel of the mine safety system, located on the surface, according to the claimed invention, the radio module is installed in a compartment of the protective casing isolated from the methane meter, mounted on the miner, connected to the methane meter along the same lines through which a command is issued to the actuator to shut down power supply of the combine when the permissible share of methane is exceeded, and is made with the ability to exchange data with the data collection unit at a frequency from 800 to 1000 MHz via a radio channel formed by active repeaters, while the data collection unit is made with the ability to quickly input and output addresses of measuring devices and is equipped with a set typical analog and digital interfaces for connecting to a mine safety system gateway.

В предлагаемом техническом решении весь путь от измерительного устройства, установленного на горнодобывающем комбайне, до блока сбора данных, размещенного в безопасной зоне и подключенного к проводной линии системы безопасности шахты, выполнен в виде канала беспроводной радиосвязи, что позволило исключить все риски, связанные с механическими повреждениями, имеющими место в проводных линиях ближайшего и других известных аналогов.In the proposed technical solution, the entire path from the measuring device installed on the mining machine to the data collection unit located in a safe area and connected to the wire line of the mine safety system is made in the form of a wireless radio communication channel, which eliminates all risks associated with mechanical damage , occurring in the wire lines of the nearest and other known analogues.

Отсутствие проводных линий связи в зоне активной работы комбайна позволило также полностью исключить влияние (наводки) электропитания силового оборудования комбайна на достоверность передаваемой информации.The absence of wired communication lines in the active operation area of the combine also made it possible to completely eliminate the influence (interference) of the power supply of the combine's power equipment on the reliability of the transmitted information.

Отличительной особенностью системы является использование для радиосвязи измерительных устройств с блоком сбора данных диапазона частот от 800 до 1000 МГц, что позволило решить ряд вышеупомянутых проблем, имеющих место при использовании сверхвысоких частот.A distinctive feature of the system is the use of measuring devices for radio communication with a data collection unit in the frequency range from 800 to 1000 MHz, which made it possible to solve a number of the above-mentioned problems that occur when using ultrahigh frequencies.

Как было установлено практическим путем, частотный диапазон 800-1000 МГц обеспечивает наиболее оптимальное соотношение между мощностью и дальностью передачи сигнала, и при этом обеспечивает высокую помехоустойчивость, что гарантирует надежную передачу достоверной информации на сравнительно большое расстояние. При этом в радиотракте с такими частотами могут быть использованы малогабаритные всенаправленные антенны, габариты которых приемлемы для работы в сложных условиях шахтной лавы.As has been established in practice, the frequency range of 800-1000 MHz provides the most optimal ratio between power and signal transmission range, and at the same time provides high noise immunity, which guarantees reliable transmission of reliable information over a relatively long distance. In this case, in a radio path with such frequencies, small-sized omnidirectional antennas can be used, the dimensions of which are acceptable for working in difficult conditions of a mine face.

Увеличение дальности передачи достоверного сигнала позволило существенно упростить систему и уменьшить количество используемого оборудования. Так для передачи данных из зоны активной работы комбайна - в безопасную зону, например, зону размещения энергопоезда, где, как правило, располагается шлюз системы безопасности шахты, достаточным является использование 2-3 ретрансляторов при длине лавы 450 м.Increasing the transmission range of a reliable signal made it possible to significantly simplify the system and reduce the amount of equipment used. So, to transmit data from the active operation zone of the combine to a safe zone, for example, the area where the power train is located, where, as a rule, the gateway of the mine safety system is located, it is sufficient to use 2-3 repeaters with a face length of 450 m.

Таким образом, благодаря вышеупомянутым отличительным признакам, достигается существенное упрощение системы аэрогазового контроля с одновременным повышением ее эксплуатационной надежности.Thus, thanks to the above-mentioned distinctive features, a significant simplification of the aerogas control system is achieved while simultaneously increasing its operational reliability.

Благодаря тому, что блок сбора данных снабжен набором типовых аналоговых и цифровых интерфейсов, обеспечена возможность согласования передаваемых системой данных с практически любой известной системой безопасности шахты, что обеспечивает возможность встраивания предлагаемой системы в уже существующие (эксплуатируемые) шахтные системы безопасности при сохранении конструктивной простоты системы.Due to the fact that the data collection unit is equipped with a set of standard analog and digital interfaces, it is possible to coordinate the data transmitted by the system with almost any known mine safety system, which makes it possible to integrate the proposed system into existing (operating) mine safety systems while maintaining the design simplicity of the system.

Предпочтительно, на одном шахтном комбайне установлено не менее трех измерительных устройств.Preferably, at least three measuring devices are installed on one mining machine.

В качестве измерительных устройств в предлагаемой системе могут быть использованы известные метанометры, отключающие электропитание комбайна при превышении допустимой доли метана, которые дополняются радиомодулем.Well-known methane meters can be used as measuring devices in the proposed system, which turn off the power supply to the combine when the permissible proportion of methane is exceeded, which are supplemented by a radio module.

Предпочтительно, метанометр разъемно соединен с блоком автономного питания с образованием переносного модуля и установлен в защитном кожухе, стационарно закрепленном на шахтном комбайне. Радиомодуль установлен в том же кожухе и подключен к линии связи метанометра с исполнительным механизмом, отключающим электропитание комбайна при превышении допустимой доли метана. Антенна радиомодуля размещается в радиопрозрачном взрывозащищенном корпусе и устанавливается на поверхности комбайна.Preferably, the methanometer is detachably connected to an autonomous power supply unit to form a portable module and is installed in a protective casing permanently mounted on the mining machine. The radio module is installed in the same casing and connected to the communication line of the methane meter with an actuator that turns off the power supply to the combine when the permissible proportion of methane is exceeded. The radio module antenna is housed in a radio-transparent explosion-proof housing and installed on the surface of the combine.

Конструкция активного ретранслятора предполагает наличие контроллера, источника автономного питания, автоматически подключаемого по сигналу контроллера, и приемопередатчика, работающего на частоте измерительного устройства и блока сбора данных.The design of an active repeater requires the presence of a controller, an autonomous power source that is automatically connected by a signal from the controller, and a transceiver operating at the frequency of the measuring device and data collection unit.

Благодаря тому, что измерительные устройства и ретрансляторы имеют блоки автономного питания, а блок сбора данных получает питание от аварийной сети шлюза, обеспечивается возможность передачи информации о газовой атмосфере во время и после возникновения аварийной ситуации, и в течение нескольких часов после отключения электропитания в забое.Due to the fact that the measuring devices and repeaters have autonomous power units, and the data collection unit receives power from the emergency network of the gateway, it is possible to transmit information about the gas atmosphere during and after an emergency, and for several hours after a power outage in the face.

Блок сбора данных может быть выполнен на базе программируемого контроллера и снабжен клавиатурой и цифровым табло для возможности ввода-вывода адресов измерительных устройств и контроля функционирования элементов системы.The data acquisition unit can be made on the basis of a programmable controller and is equipped with a keyboard and a digital display for the ability to input/output addresses of measuring devices and control the functioning of system elements.

Корпуса ретрансляторов и блока сбора данных предпочтительно выполнены из радиопрозрачных материалов, что позволяет размещать антенны радиомодулей внутри них, и дополнительно способствует повышению эксплуатационной надежности системы.The casings of the repeaters and the data collection unit are preferably made of radio-transparent materials, which allows the antennas of radio modules to be placed inside them, and further helps to increase the operational reliability of the system.

Предлагаемая система аэрогазового контроля предусматривает возможность включения в нее других измерительных устройств, например, стационарных датчиков метана, установленных в забое и оснащенных соответствующими радиомодулями, а также переносных многогазовых анализаторов, закрепляемых, как правило, на одежде или касках шахтеров, спускающихся в забой.The proposed aerogas monitoring system provides for the possibility of including other measuring devices, for example, stationary methane sensors installed in the face and equipped with appropriate radio modules, as well as portable multi-gas analyzers, usually attached to the clothes or helmets of miners going down into the face.

Для обеспечения связи с этими и другими измерительными устройствами, приемопередатчик которых работает на другой частоте, отличной от рабочей частоты измерительного устройства и блока сбора данных, в конструкцию активного ретранслятора может быть встроен дополнительный приемопередатчик.To provide communication with these and other measuring devices, the transceiver of which operates at a different frequency than the operating frequency of the measuring device and the data acquisition unit, an additional transceiver can be built into the design of the active repeater.

Сущность изобретения поясняется нижеприведенным примером реализации предлагаемой системы и чертежами, на которых в форме «блок-схема» представлены: на фиг. 1 - система аэрогазового контроля в зоне очистного забоя; на фиг. 2 - измерительное устройство; на фиг. 3 блока сбора данных; на фиг. 4 активный ретранслятор.The essence of the invention is illustrated by the following example of implementation of the proposed system and drawings, which are presented in the form of a “block diagram”: Fig. 1 - aerogas control system in the production face area; in fig. 2 - measuring device; in fig. 3 data acquisition units; in fig. 4 active repeater.

Осуществление изобретения Система аэрогазового контроля в зоне очистного забоя содержит (см. фиг. 1) установленные на шахтном комбайне 1 измерительные устройства 2, установленные на стенках забоя и конструкциях механической крепи 3 активные ретрансляторы 4, блок сбора данных 5, подключенный к шлюзу 6 проводной линии системы безопасности шахты, диспетчерский пульт 7 которой размещен на поверхности.Implementation of the invention The aerogas control system in the working face area contains (see Fig. 1) measuring devices 2 installed on the mining machine 1, installed on the face walls and mechanical support structures 3, active repeaters 4, a data collection unit 5 connected to a wire line gateway 6 mine safety system, the control panel 7 of which is located on the surface.

Количество измерительных устройств 2 определяется нормативными документами, и в приведенном примере составляет не менее трех.The number of measuring devices 2 is determined by regulatory documents, and in the given example is at least three.

Каждое измерительное устройство 2 (см. фиг. 2) включает метанометр 8, разъемно соединенный с блоком автономного питания 9 с образованием переносного модуля, который устанавливается в защитном кожухе 10, стационарно закрепленном на комбайне 1 и предохраняющем метанометр от ударов кусков добываемого продукта.Each measuring device 2 (see Fig. 2) includes a methane meter 8, detachably connected to an autonomous power supply unit 9 to form a portable module, which is installed in a protective casing 10, permanently mounted on the combine 1 and protecting the methane meter from impacts from pieces of the extracted product.

В изолированном от метанометра 8 отсеке кожуха 10 установлен радиомодуль 11, подключенный к метанометру 8 по тем же линиям, по которым выдается команда исполнительному механизму 12 на отключение электропитания комбайна 1 при превышении допустимой доли метана. Такое конструктивное решение позволяет не вносить изменений в конструкцию метанометра и обеспечивает возможность использования известных метанометров, применяемых на шахтах. Антенна 13 радиомодуля 11, размещенная в радиопрозрачном взрывозащищенном корпусе, может быть установлена сверху на поверхности комбайна 1.In the compartment 10 isolated from the methanometer 8, a radio module 11 is installed, connected to the methanometer 8 along the same lines through which a command is issued to the actuator 12 to turn off the power supply to the combine 1 when the permissible proportion of methane is exceeded. This design solution makes it possible not to make changes to the design of the methanometer and provides the possibility of using known methanometers used in mines. The antenna 13 of the radio module 11, located in a radio-transparent explosion-proof housing, can be installed on top of the surface of the combine 1.

Блок сбора данных 5 устанавливается в безопасной зоне, удаленной от зоны активных работ, например, в поперечном к забою проходе, где размещается энергопоезд, рядом с которым, как правило, находится шлюз 6 системы безопасности шахты.The data collection unit 5 is installed in a safe area remote from the active work area, for example, in a passage transverse to the face where the power train is located, next to which, as a rule, there is a gateway 6 of the mine safety system.

Блок сбора данных 5 (см. фиг. 3) включает радиомодуль 14, контроллер-дешифратор 15, в программную память которого введены адреса измерительных устройств 2, набор интерфейсов 16 для связи с системой безопасности шахты, клавиатуру 17 и индикаторное табло 18. Клавиатура 17 и табло 18 закрываются крышкой (не показана), обеспечивающей взрывобезопасность оборудования.The data collection unit 5 (see Fig. 3) includes a radio module 14, a controller-decoder 15, into the program memory of which the addresses of the measuring devices 2 are entered, a set of interfaces 16 for communication with the mine safety system, a keyboard 17 and an indicator board 18. Keyboard 17 and the display 18 is closed with a lid (not shown), which ensures explosion safety of the equipment.

Основным назначением блока сбора данных 5 является согласование данных, принимаемых и передаваемых по радиоканалу, с сигналами проводной линии системы безопасности шахты. Набор интерфейсов 16 включает типовые аналоговые и цифровые интерфейсы, например, такие как: токовая петля 1-5 мА, RS-485, RS-422 и другие, благодаря чему обеспечивается возможность подключения практически к любым шахтным системам безопасности, как современным, так и давно эксплуатируемым.The main purpose of the data collection unit 5 is to coordinate the data received and transmitted over the radio channel with the signals of the wire line of the mine safety system. A set of 16 interfaces includes typical analog and digital interfaces, for example, such as: 1-5 mA current loop, RS-485, RS-422 and others, which ensures the ability to connect to almost any mine safety systems, both modern and old exploited.

К функциям блока 5 относятся: передача команд с запросом информации на измерительные устройства 2; прием данных от измерительных устройств 2; оперативный ввод и вывод из системы адресов измерительных устройств 2, например, при смене состава оборудования в зоне работ, что осуществляется посредством клавиатуры 17; контроль функционирования блоков системы с отображением на табло 18 результатов.The functions of block 5 include: transmission of commands requesting information to measuring devices 2; receiving data from measuring devices 2; prompt input and output from the system of addresses of measuring devices 2, for example, when changing the composition of equipment in the work area, which is carried out via the keyboard 17; monitoring the functioning of system blocks with 18 results displayed on the board.

Активный ретранслятор 4 служит для увеличения расстояния двунаправленной радиосвязи. Конструкция ретранслятора 4 (см. фиг. 4) предполагает наличие контроллера 19, приемопередатчика 20 с антенной и источника автономного питания 21, автоматически подключаемого при отключении сети электропитания. Необходимое количество ретрансляторов 4 определяется в зависимости от криволинейности лавы, числа опрашиваемых устройств и исходных уровней радиосигналов.Active repeater 4 serves to increase the distance of bidirectional radio communication. The design of the repeater 4 (see Fig. 4) assumes the presence of a controller 19, a transceiver 20 with an antenna and an autonomous power source 21, which is automatically connected when the power supply is turned off. The required number of repeaters 4 is determined depending on the curvilinearity of the face, the number of interrogated devices and the initial levels of radio signals.

Радиомодули 11 и 14 и приемопередатчики 20 выполнены с возможностью обмена данными в диапазоне частот от 800 до 1000 МГц. В радиотракте с такими частотами могут быть использованы малогабаритные всенаправленные антенны, габариты которых приемлемы для работы в сложных условиях шахтной лавы. Антенны радиомодуля 14 и приемопередатчиков 20 могут быть размещены внутри корпусов соответственно блока 5 и ретрансляторов 4, при условии выполнения корпусов из радиопрозрачных материалов. Система функционирует следующим образом.Radio modules 11 and 14 and transceivers 20 are designed to exchange data in the frequency range from 800 to 1000 MHz. In a radio path with such frequencies, small-sized omnidirectional antennas can be used, the dimensions of which are acceptable for working in difficult conditions of a mine face. The antennas of the radio module 14 and transceivers 20 can be placed inside the housings of block 5 and repeaters 4, respectively, provided that the housings are made of radio-transparent materials. The system operates as follows.

По команде системы безопасности шахты блок сбора данных 5 в автоматическом режиме передает через ретрансляторы 4 запрос с адресом измерительного устройства 2 на передачу информации о составе газовой среды.At the command of the mine safety system, the data collection unit 5 automatically transmits through repeaters 4 a request with the address of the measuring device 2 to transmit information about the composition of the gaseous medium.

Радиомодуль 11 измерительного устройства 2, адрес которого содержится в запросе, принимает радиосигнал и в ответ на полученный запрос передает, используя тот же путь, пакет данных о концентрации метана, измеренной в зоне размещения устройства. Передача радиосигналов между ретрансляторами 4 производится последовательно и по кратчайшему пути, что обеспечивается автоматически.The radio module 11 of the measuring device 2, the address of which is contained in the request, receives a radio signal and, in response to the received request, transmits, using the same path, a data packet about the methane concentration measured in the area where the device is located. The transmission of radio signals between repeaters 4 is carried out sequentially and along the shortest path, which is ensured automatically.

Блок сбора данных 5 преобразует полученные по радиоканалу данные в соответствующие электрические сигналы для передачи через шлюз 6 в проводную линию системы безопасности шахты. Информация поступает на диспетчерский пульт 7 шахты, где обрабатывается и представляется в соответствии с заданными алгоритмами.The data collection unit 5 converts the data received over the radio channel into the corresponding electrical signals for transmission through the gateway 6 to the wire line of the mine security system. The information is sent to the control panel 7 of the mine, where it is processed and presented in accordance with specified algorithms.

Использование для передачи информации о концентрации газовой атмосферы в систему безопасности шахты радиоканала исключает влияние на органы управления горных машин и все риски, связанные с механическими повреждениями линии связи.The use of a radio channel to transmit information about the concentration of the gas atmosphere to the mine safety system eliminates the influence on the controls of mining machines and all risks associated with mechanical damage to the communication line.

Частотный диапазон радиоканала, соответствующий 800-1000 МГц, обеспечивает наиболее оптимальное соотношение между мощностью и дальностью передачи сигнала, и при этом высокую помехоустойчивость, что позволяет передавать достоверную информацию на достаточно большое расстояние. По сравнению с известными аналогами, в системе существенно сокращено количество используемого оборудования. Как показали проведенные испытания, при длине лавы 450 метров, достаточным является использование двух-трех активных ретрансляторов 4.The frequency range of the radio channel, corresponding to 800-1000 MHz, provides the most optimal ratio between power and signal transmission range, and at the same time high noise immunity, which allows you to transmit reliable information over a sufficiently long distance. Compared to well-known analogues, the amount of equipment used in the system is significantly reduced. As tests have shown, with a longwall length of 450 meters, the use of two or three active repeaters 4 is sufficient.

Важным условием функционирования системы безопасности шахты является возможность получения информации о газовой атмосфере во время развития аварии и после нее. Для этого все устройства системы имеют аварийное питание, обеспечивающее передачу информации в течение нескольких часов после отключения электропитания в забое. Измерительные устройства 2 и ретрансляторы 4 имеют блоки автономного питания в своей конструкции. Блок сбора данных 5 получает питание от аварийной сети шлюза 6.An important condition for the functioning of a mine safety system is the ability to obtain information about the gas atmosphere during the development of an accident and after it. For this purpose, all devices of the system have emergency power supply, which ensures the transmission of information within several hours after a power outage at the mine face. Measuring devices 2 and repeaters 4 have autonomous power units in their design. Data collection unit 5 receives power from the emergency network of gateway 6.

Предлагаемая система отличается конструктивной простотой и высокой эксплуатационной надежностью.The proposed system is distinguished by its design simplicity and high operational reliability.

Система позволяет создавать локальные узлы аэрогазового контроля непосредственно в местах проведения работ с повышенным риском опасного изменения состава воздуха из-за проведения механических воздействий на залегающие пласты.The system allows you to create local air-gas control units directly at work sites with an increased risk of dangerous changes in air composition due to mechanical impacts on underlying layers.

Система позволяет максимально задействовать уже используемое оборудование на шахте и требует минимальных затрат для проведения работ по установке нового оборудования.The system makes it possible to make maximum use of the equipment already in use at the mine and requires minimal costs for installation of new equipment.

При необходимости к системе могут быть подключены другие измерительные устройства, например, установленные в забое стационарные датчики метана 22, оснащенные радиомодулем, а также переносные устройства, такие как многогазовые анализаторы «Спутник» или сигнализаторы метана СМС-7, которые имеют встроенный радиоканал, используемый в ламповых.If necessary, other measuring devices can be connected to the system, for example, stationary methane sensors 22 installed in the face, equipped with a radio module, as well as portable devices, such as Sputnik multi-gas analyzers or SMS-7 methane alarms, which have a built-in radio channel used in tube

Для связи с этими и другими измерительными устройствами, работающими на частоте, отличной от рабочей частоты метанометров 8 и блока сбора данных 5, в конструкцию активных ретрансляторов 4 может быть встроен дополнительный приемопередатчик 23.To communicate with these and other measuring devices operating at a frequency different from the operating frequency of the methanometers 8 and the data collection unit 5, an additional transceiver 23 can be built into the design of the active repeaters 4.

Claims (6)

1. Система аэрогазового контроля в зоне очистного забоя, содержащая установленные на шахтном комбайне измерительные устройства, каждое из которых включает метанометр, блок автономного питания и радиомодуль, и связанный с измерительными устройствами блок сбора данных, выполненный с возможностью связи с диспетчерским пультом системы безопасности шахты, размещенным на поверхности, отличающаяся тем, что радиомодуль установлен в изолированном от метанометра отсеке защитного кожуха, закрепленного на шахтном комбайне, подключен к метанометру по тем же линиям, по которым выдается команда исполнительному механизму на отключение электропитания комбайна при превышении допустимой доли метана, и выполнен с возможностью обмена данными с блоком сбора данных на частоте от 800 до 1000 МГц по радиоканалу, образованному активными ретрансляторами, при этом блок сбора данных выполнен с возможностью оперативного ввода и вывода адресов измерительных устройств и снабжен набором типовых аналоговых и цифровых интерфейсов для подключения к шлюзу системы безопасности шахты.1. An aerogas monitoring system in the working face area, containing measuring devices installed on a mining machine, each of which includes a methane meter, an autonomous power supply unit and a radio module, and a data collection unit associated with the measuring devices, configured to communicate with the control panel of the mine safety system, located on the surface, characterized in that the radio module is installed in a compartment of a protective casing isolated from the methane meter, mounted on a miner, connected to the methane meter along the same lines through which a command is issued to the actuator to turn off the power supply to the miner when the permissible share of methane is exceeded, and is made with the ability to exchange data with the data collection unit at a frequency from 800 to 1000 MHz via a radio channel formed by active repeaters, while the data collection unit is designed with the ability to quickly input and output addresses of measuring devices and is equipped with a set of standard analog and digital interfaces for connecting to a security system gateway mines. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что на одном шахтном комбайне установлено не менее трех измерительных устройств.2. The system according to claim 1, characterized in that at least three measuring devices are installed on one mining machine. 3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что метанометр соединен через разъем с блоком автономного питания с образованием переносного модуля, и установлен в защитном кожухе, стационарно закрепленном на шахтном комбайне.3. The system according to claim 1, characterized in that the methane meter is connected through a connector to an autonomous power supply unit to form a portable module, and is installed in a protective casing permanently mounted on the mining machine. 4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что активный ретранслятор включает контроллер, приемопередатчик и источник автономного питания, автоматически подключаемый по сигналу контроллера.4. The system according to claim 1, characterized in that the active repeater includes a controller, a transceiver and an autonomous power source that is automatically connected based on a signal from the controller. 5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что антенны активных ретрансляторов и блока сбора данных размещены внутри радиопрозрачных корпусов.5. The system according to claim 1, characterized in that the antennas of the active repeaters and the data collection unit are located inside radio-transparent housings. 6. Система по пп. 1 и 4, отличающаяся тем, что она включает установленные в забое стационарные датчики метана, оснащенные радиомодулями, и переносные газоанализаторы, при этом в конструкцию активного ретранслятора встроен дополнительный приемопередатчик для связи с этими и другими измерительными устройствами, работающими на частоте, отличной от рабочей частоты метанометров и блока сбора данных.6. System according to paragraphs. 1 and 4, characterized in that it includes stationary methane sensors installed in the face, equipped with radio modules, and portable gas analyzers, while an additional transceiver is built into the design of the active repeater for communication with these and other measuring devices operating at a frequency different from the operating frequency methanometers and data acquisition unit.
RU2022123404A 2022-09-01 Air and gas control system in working face area RU2805974C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2805974C1 true RU2805974C1 (en) 2023-10-24

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117449896A (en) * 2023-11-08 2024-01-26 中国矿业大学(北京) Experimental device and method for intelligent monitoring and cooperative control of wind network in coal mine catastrophe period

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6359871B1 (en) * 1994-05-27 2002-03-19 Curtin University Of Technology Cellular communications network
US20090140852A1 (en) * 2007-11-29 2009-06-04 Stolarczyk Larry G Underground radio communications and personnel tracking system
RU105668U1 (en) * 2011-02-08 2011-06-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Автоматика" SYSTEM OF MONITORING THE PARAMETERS IN THE CLEAN MINING OF THE MINES
RU2526033C1 (en) * 2013-03-29 2014-08-20 Евгений Федорович Карпов Aerogas control (agc) over coal mine atmosphere
RU2539052C1 (en) * 2013-10-25 2015-01-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Автоматика" Automated system for air-and-gas control and prevention of explosion in working face

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6359871B1 (en) * 1994-05-27 2002-03-19 Curtin University Of Technology Cellular communications network
US20090140852A1 (en) * 2007-11-29 2009-06-04 Stolarczyk Larry G Underground radio communications and personnel tracking system
RU105668U1 (en) * 2011-02-08 2011-06-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Автоматика" SYSTEM OF MONITORING THE PARAMETERS IN THE CLEAN MINING OF THE MINES
RU2526033C1 (en) * 2013-03-29 2014-08-20 Евгений Федорович Карпов Aerogas control (agc) over coal mine atmosphere
RU2539052C1 (en) * 2013-10-25 2015-01-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Автоматика" Automated system for air-and-gas control and prevention of explosion in working face

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117449896A (en) * 2023-11-08 2024-01-26 中国矿业大学(北京) Experimental device and method for intelligent monitoring and cooperative control of wind network in coal mine catastrophe period

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2803152C (en) Low-power wirelessly-linked rfid tracking system
US4753484A (en) Method for remote control of a coal shearer
US6252510B1 (en) Apparatus and method for wireless gas monitoring
US8542114B2 (en) Cap-lamp and communications support system
US5268683A (en) Method of transmitting data from a drillhead
RU2401947C2 (en) Underground system of monitoring, annunciation and determination of mine worker location
US5121971A (en) Method of measuring uncut coal rib thickness in a mine
CA1304785C (en) Long range multiple point wireless control and monitoring system
US7420471B2 (en) Safety system for mining equipment
Yenchek et al. NIOSH-sponsored research in through-the-earth communications for mines: a status report
WO2008034255A1 (en) Network for confined hazardous or other extreme environments
WO2015119530A1 (en) Location and warning system for mines
RU2805974C1 (en) Air and gas control system in working face area
CN201428478Y (en) Personal terminal of refuge command and evacuation indication system for mines
CN108507997A (en) The gas concentration field three-dimensional real-time monitoring system and method for goaf and confined space
RU2526033C1 (en) Aerogas control (agc) over coal mine atmosphere
AU2007303669B2 (en) Pit wireless system
RU150532U1 (en) MULTIFUNCTIONAL MINER HEADER
Schiffbauer et al. Coal mine communications
US20100198559A1 (en) Real time monitoring and control of communications networks and radio frequency distribution networks
CN204552734U (en) A kind of monitoring system measured for coal mine several data
CN206360721U (en) Getting working face man-machine safety monitoring system
CN201835871U (en) Gas monitoring system
CN211715179U (en) High gas mine method tunnel integrated monitoring system
RU2745128C1 (en) Method of safety control over facilities of the main gas pipelines and the system for exerting safety control