Год издания: 2018
Ключевые слова: аварийная связь, телекоммуникации, шахта, безопасность, электромагнитный, сейсмический, горная выработка, глубокое обучение, детектирование
Аннотация: Актуальность работы заключается в необходимости передачи сигналов через горную породу на глубину порядка 1000 м и более, как во время эксплуатационной работы в шахте или подземном руднике, так и в особенности, в случае аварии. Также решается задача эффективного поиска людей под завалами при помощи носимого поискового устройства на Показать полностьюстороне спасателя и радиомаяка на стороне горняка, заблокированного под завалом. ?В существующих системах связи эта задача решается путем прокладывания проводных каналов связи, организации системы ретрансляторов СВЧ-диапазона на основе технологии Wi-Fi либо развертывания на поверхности шахтного поля протяженных антенн, обеспечивающих беспроводную передачу данных с поверхности на индивидуальный шахтерский приемник СДВ-диапазона (от 500 Гц до 5 кГц). Последнее решение было предложено в 1980-х годах и применяется для аварийного оповещения горняков до сих пор с разной степенью эффективности на всех шахтах РФ и СНГ, так как затухание радиоволн, даже в СДВ-диапазоне сильно зависит от проводимости среды распространения. Однако, в случае обвалов или пожаров в шахте надежность этих каналов связи оказывается под угрозой: кабель может быть поврежден, а антенна (если она проложена по горной выработке) уничтожена, что ставит шахтеров в безвыходную ситуацию без возможности сообщить о своем состоянии или местоположении. ?В результате анализа передовых научных достижений и разработок в предметной области можно сделать вывод, что существующие в настоящее время беспроводные системы связи условно подразделяются на:?1) высокочастотные, работающие в КВ- (500 кГц - 10 МГц) и УКВ-диапазонах. В этом случае связь осуществляется либо через подземные волноводы – электрические кабели, рельсы, штреки и орты шахт, либо посредством ретрансляции в пределах прямой видимости, так как прохождение радиоволн указанного диапазона непосредственно сквозь горную породу невозможно, в силу их высокого поглощения горной породой. Данные системы хорошо подходят для постоянной связи с поверхностью, но не для аварийной связи, при разрушении кабельных линий передачи; ?2) низкочастотные, использующие для передачи протяженные антенно-фидерные устройства с применением длинномерных дипольных заземленных антенн размером 500÷10000 м. Организация подобных каналов на глубины порядка 1000 м и более проблематична из-за необходимости использования все более низких рабочих частот, как правило, в условиях высокого уровня промышленных помех, и требованием больших площадей на поверхности шахты для прокладки антенн.?Система поиска под завалами в основном, на сегодняшний день, представлена прибором обнаружения горнорабочих в “завале” фирмы Helian, который способен определять направление и, в некоторых случаях измерять расстояние до шахтера через твердые или обвальные горные породы. Максимальная дальность поиска измеряемое составляет до 25 м в зависимости от электродинамических свойств?горной породы.?Дальнейшее развитие проникающей технологии связи через горные породы подземных рудников и шахт целесообразно в комплексном использовании различных каналов связи. Эффективным вариантом "обратного канала" может быть система передачи сообщений на сейсмоакустических волнах. В этом случае для развертывания передающей вибрационной системы не требуется больших площадей. Предварительными работами авторов настоящего проекта была показана реальная возможность создания сейсмоакустического канала связи на ряде рудников и шахт на расстояние до 400 м. ?На основе патентно-информационного поиска и аналитического обзора научной и научной-технической информации можно заключить, что данная работа ставится впервые. ?Научная новизна проекта будет заключаться в следующем:?1.?Исследование и разработка комплекса прямой и обратной связи через горные породы на дистанцию 1000 м и более. ?2. Разработка математических моделей, учитывающих все действующие и мешающие факторы задачи – неоднородность геологического разреза, обводненность, вариации электродинамических свойств горных пород, специфику промышленных помех и т. п.?2.?Исследование возможностей минимизации антенных электромагнитных систем, включая скважинные, индукционные и другие варианты.?3.?Оптимизация сейсмического канала по параметрам мощности, частоты и формы излучаемых сигналов.?4.?Разработка алгоритма определения координат места аварии и создание комплексной системы сигнализации.?5.?Физическое и математическое моделирование процессов передачи сигналов с экспериментальной проверкой на работающих рудниках и шахтах.?6.?Разработка оптимальных аппаратных решений и алгоритмов обработки сигналов, в том числе на основе глубоких нейронных сетей.