RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 209207 (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: 360757 (22) Data zgłoszenia: 18.06.2003 (51) Int.Cl. B66B 17/00 (2006.01) G01N 21/00 (2006.01) G01N 7/00 (2006.01) (54) Układ zdalnej kontroli szybów kopalnianych (43) Zgłoszenie ogłoszono: 27.12.2004 BUP 26/04 (73) Uprawniony z patentu: INSTYTUT TECHNIK INNOWACYJNYCH EMAG, Katowice, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.08.2011 WUP 08/11 (72) Twórca(y) wynalazku: MAREK BEŁZA, Sosnowiec, PL JANUSZ TOBICZYK, Katowice, PL PRZEMYSŁAW WISZNIOWSKI, Katowice, PL PIOTR WOJTAS, Kobiór, PL ANDRZEJ MICHALUNIO, Chorzów, PL PL 209207 B1
2 PL 209 207 B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest układ zdalnej kontroli szybów kopalnianych umożliwiających pełną kontrolę aktualnego stanu ich obmurza i wyposażenia oraz atmosfery szybowej bez bezpośredniego udziału osób kontrolujących przemieszczających się w szybie. Zastąpienie rewidentów szybowych wyspecjalizowanymi urządzeniami elektronicznymi wynika przede wszystkim z konieczności wyeliminowania zagrożeń bezpieczeństwa dla ich życia i zdrowia, zwłaszcza w szybach o nieznanym składzie atmosfery jak też z punktu widzenia obiektywizmu przeprowadzanych kontroli. Zapewnienie bezpieczeństwa ludziom ma szczególne znaczenie w przypadku szybów nieczynnych lub zasypywanych, do których, po rewizji, trzeba skierować górników dla wykonania odpowiednich prac. Znane jest z polskiego opisu patentowego PL 157734 urządzenie do diagnostyki stanu powierzchni wewnętrznych elementów walcowych, składające się z optyczno-odbiorczego zespołu zaopatrzonego w liniowy optyczny element CCD osadzony obrotowo na wale w kamerze tak, że jego oś optyczna znajduje się w każdym położeniu kąta obrotu, prostopadle do osi wału. Komora umieszczona na podwoziu ma mechaniczno elektroniczny układ przesuwny do skokowego przesuwania jej do przodu do następnego przyległego obszaru badanego, po każdym pełnym obrocie optycznoodbiorczego zespołu wokół osi wału. Układ mechaniczno-elektroniczny ma dwa napędy do przesuwania kamery względem podwozia i do przesuwania podwozia wraz z kamerą względem badanej powierzchni elementu walcowego. Obydwa napędy są sterowane ze wspólnego sterownika, kontrolującego wzajemny ruch przesuwowy lub przesuwowo zwrotny dla uzyskania ciągłości badania danej powierzchni. Znane rozwiązanie jest przystosowane do kontroli kanałów i szybów o małym przekroju, głównie poziomych, z kamerą skierowaną wzdłuż obiektu. Znane jest również z polskiego opisu zgłoszeniowego P-339392 urządzenie do kontroli powierzchni szybów i pomiaru gazów i cieczy posiadające obudowę z blachy w kształcie cylindra i zawieszone na linie kołowrotu. W górnej części powierzchni walcowej obudowy osadzono górnicze lampy akumulatorowe, a na trawersie konstrukcji nośnej, zawieszonej w jej osi wzdłużnej, umieszczono korzystnie trzy małogabarytowe kamery telewizyjne. Kamery umiejscowiono pomiędzy lampami i osią skierowane poprzez wzierniki obudowy na powierzchnię wewnętrzną szybu. Pod nimi w dolnej części konstrukcji nośnej zamocowano metanomierz i/lub linia pomiarową chromatografu oraz symetrycznie dwa czujniki poziomu, które podobnie jak kamery umieszczono w obudowie ognioszczelnej i zasilono napięciem bezpiecznym. Układ zdalnej kontroli szybów kopalnianych według wynalazku charakteryzuje się tym, że wejście sterujące zdalnie sterowanej kamery połączone jest poprzez separator iskrobezpieczeństwa oraz konwerter transmisyjny stanowiący jeden z elementów centralnego zespołu sterującego z linią transmisji sygnałów telemetrycznych umieszczona w rdzeniu liny wyciągowej utrzymującej kapsułę. Wyjście sterujące kamery połączone jest poprzez komutator oświetlenia z rozmieszczonymi w płaszczyźnie obrotu kamery reflektorami oświetlającymi szyb. Wyjście wizyjne kamery włączone jest do nadajnika radiowego, który połączony jest z anteną kierunkową skierowaną do wylotu szybu. W urządzeniu rejestrującym, zlokalizowanym na stanowisku powierzchniowym, linia transmisyjna sygnałów telemetrycznych sprzęgnięta jest elektrycznie poprzez separator iskrobezpieczeństwa z interfejsem wejściowym komputera, a do innego interfejsu wejściowego tego komputera włączony jest odbiornik radiowy z anteną kierunkową skierowaną w głąb szybu. Do linii transmisyjnej sygnałów telemetrycznych poprzez centralny zespół sterujący podłączone jest wejście sterujące bloku wyłączającego, przy czym poprzez ten blok wyłączający połączony jest akumulator zasilający z przetwornicą napięcia zasilającego komutator oświetlenia, kamerę, separator iskrobezpieczeństwa i nadajnik radiowy. Także do wejść centralnego zespołu sterującego podłączony jest ultradźwiękowy czujnik obecności przeszkody w szybie oraz blok czujników kontroli atmosfery i czujnik kontroli ciśnienia w komorze mieszczącej kamerę. Zaletą nowego rozwiązania jest funkcjonalność i zapewnienie bezpieczeństwa zatrudnionych rewidentów szybowych. Zaletą jest również system zdalnego iskrobezpiecznego pobierania danych, który w warunkach kopalnianych zapewni niezawodną transmisję danych. Kolejną zaletą jest wszechstronna kontrola szybu przy minimalnym zużyciu energii elektrycznej. Zdalne sterowanie umożliwia wyłączenie kamery i jej oświetlenia w przerwach kontroli lub stanach awaryjnych.
PL 209 207 B1 3 Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym przedstawiono schemat blokowy układu zdalnej kontroli szybów kopalnianych. W układzie, według wynalazku, kapsuła podzielona jest na trzy komory i jest opuszczana w głąb szybu. Podzespoły elektroniczne umieszczone są w każdej komorze kapsuły, które połączone są linią transmisji sygnałów telemetrycznych 18, i którą zamontowano w rdzeniu liny wyciągowej utrzymującej kapsułę oraz zapewniającą łączność z urządzeniami sterującymi zlokalizowanymi na stanowisku powierzchniowym. Kamera 1 umieszczona w dolnej komorze kapsuły, której wyjście wizyjne podłączone jest do nadajnika radiowego 6, które jest połączone z anteną kierunkową 17 zamontowaną na górnej komorze kapsuły i skierowaną do wylotu szybu. Wejście sterujące kamery 1 połączone jest poprzez separator obwodów 5 z konwerterem transmisyjnym 13, który jest jednym z elementów centralnego zespołu sterującego 11, zlokalizowanego w górnej komorze kapsuły. Konwerter ten połączony jest bezpośrednio ze znajdującą się w linie wyciągowej linią transmisji sygnałów telemetrycznych 18. Wyjście sterujące kamery 1 podłączone jest do komutatora oświetlenia 3 komutującego poszczególne reflektory oświetleniowe zlokalizowane w płaszczyźnie poziomej na całym obwodzie kapsuły. W środkowej komorze kapsuły znajduje się blok wyłączający napięcie 8 dostarczane z akumulatora zasilającego 7 do komory dolnej a sterowany z bloku sterowania 14 wchodzącego w skład centralnego zespołu sterującego 11, przy czym wyjście bloku wyłączające napięcie 8 podłączone jest do wejścia przetwornicy 4 wytwarzającej pożądane napięcia służące do zasilania kamery 1, komutatora oświetlenia 3, separatora obwodów 5 i nadajnika radiowego 6. Centralny zespół sterujący 11 tworzy ponadto akumulatorowy zasilacz iskrobezpieczny 12, który zasila bloki układowe tego zespołu 11 oraz czujnik ciśnienia 15 kontrolujący za pośrednictwem przewodu pneumatycznego 16 ciśnienie w komorze dolnej podłącza się do wejścia bloku sterowania 14. Do innego wejścia tego bloku 14 podłączony jest blok czujników kontroli atmosfery 10. Na stanowisku powierzchniowym linia transmisji 18 sprzęgnięta jest elektrycznie poprzez separator obwodów 21 z interfejsem komputera 22, zaś do innego interfejsu tego komputera 22 włączony jest odbiornik radiowy 20, który jest połączony z anteną kierunkową 19 skierowaną w głąb szybu. Monitor ekranowy 24, który połączony jest z komputerem 22, poza standardowymi funkcjami służy do wizualizacji obrazu z kamery 1, zaś magnetowid 23 do zapisywania tego obrazu. Do komputera 22 włączony jest manipulator 25. Zasada działania układu polega na tym, że w miarę opuszczania kapsuły w głąb szybu dokonuje się monitorowanie i zapis obrazu z kamery, 1 która posiada ruchomą zdalnie sterowaną głowicę umożliwiającą zmianę kąta widzenia w obrębie półsfery, co oznacza, że głowica tej kamery 1 może wykonywać pełny obrót w płaszczyźnie poziomej, natomiast w płaszczyźnie pionowej ruch kamery odbywa się od poziomu 0 do 90. Kamera 1 jest wyposażona w autonomiczny człon umożliwiający w miarę jej obrotu sterowanie z jej wyjścia sterującego poprzez komutator oświetlenia 3 reflektorów oświetlenia szybu 2 oświetlających jej pole widzenia. Sygnał wizyjny z wyjścia wizyjnego kamery 1 przekazywany jest do nadajnika radiowego 6, a następnie transmitowany jest radiowo do wylotu szybu z wykorzystaniem anten kierunkowych 17 i 19. Z odbiornika radiowego 20 sygnał ten jest przekazywany do interfejsu wejściowego komputera 22, co umożliwia jego dowolną obróbkę i wizualizację na monitorze 24 i dodatkowo zapis w magnetowidzie 23. Przesył sygnału wizyjnego torem radiowym umożliwia uzyskanie dużej wierności i jakości obrazu dzięki dużemu pasmu przenoszenia tego toru. W zależności od aktualnie monitorowanej treści obrazu położenie kamery 1 może być zdalnie korygowane poprzez jej wejście sterujące. Sygnały zdalnego sterowania wytwarzane są na podstawie zmiany położenia drążka manipulatora 25 i poprzez komputer 22 i separator obwodów 21 linią transmisji 18. Separator ten separuje linię transmisji 18 względem komputera 22 pod względem iskrobezpieczeństwa, a jednocześnie zapewnia konwersję sygnałów dla celów transmisyjnych. W kapsule sygnały sterowania z toru transmisyjnego 18 przechodzą poprzez konwerter transmisyjny 13 oraz separator obwodów 5 na wejście sterujące kamery 1 umożliwiając poprzez obrót głowicy szeroko-zakresową zmianę jej pola widzenia połączoną z jednoczesną komutacją oświetlenia, co w istotny sposób warunkuje wszechstronność kontroli szybu przy minimalnym zużyciu energii elektrycznej koniecznej dla oświetlenia pola obserwacji. Zdalne sterowanie pozwala na wyłączenie kamery 1 i jej oświetlenia w przerwach kontroli lub w razie stanów awaryjnych, ponieważ kamera 1 oraz i wszystkie inne urządzenia jej towarzyszące zlokalizowane w dolnej komorze kapsuły są zasilane z akumulatora 7 poprzez blok wyłączający 8 sterowany z bloku sterowania 14 podłączonego do konwertera 13. Zasilanie zostaje automatycznie
4 PL 209 207 B1 wyłączone, jeśli wartość stężenia metanu wzrośnie powyżej zadanej wartości progowej lub spadnie ciśnienie powietrza w komorze mieszczącej kamerę. Zawartość metanu jak i innych gazów w szybie takich jak: tlenek węgla, tlen, siarkowodór, dwutlenek siarki, dwutlenek węgla są kontrolowane w bloku kontroli czujników atmosfery 10 i włączone do bloku sterowania 14 w centralnym zespole sterującym 11. Kontrolę ciśnienia wewnątrz komorowego zapewnia czujnik 15 również podłączony do tego bloku 14, zaś czujnik ultradźwiękowy 9 obecności przeszkody w szybie umożliwia zatrzymanie kapsuły w razie wystąpienia na jej drodze jakichkolwiek oporów lub przeszkód. Wszystkie dane z czujników są transmitowane do stanowiska powierzchniowego, gdzie mogą być rejestrowane i na bieżąco analizowane. Układ może być zastosowany do zdalnej kontroli również innych, trudnodostępnych miejsc, np. kominów. Zastrzeżenia patentowe 1. Układ zdalnej kontroli szybów kopalnianych zawierający, zamontowane na opuszczanej w głąb szybu kapsule, połączone linią transmisyjną z urządzeniami rejestrującymi ulokowanymi na stanowisku powierzchniowym czujniki atmosfery szybowej i kamerę, znamienny tym, że wejście sterujące zdalnie sterowanej kamery (1) połączone jest poprzez separator iskrobezpieczeństwa (5) oraz konwerter transmisyjny (13) stanowiący jeden z elementów centralnego zespołu sterującego (11) z linią transmisji sygnałów telemetrycznych (18) umieszczoną w rdzeniu liny wyciągowej utrzymującej kapsułę, natomiast wyjście sterujące kamery (1) połączone jest poprzez komutator oświetlenia (3) z reflektorami (2), a wyjście wizyjne tej kamery (1) włączone jest do nadajnika radiowego (6), który połączony jest z anteną kierunkową (17) skierowaną do wylotu szybu, przy czym linia transmisyjna sygnałów telemetrycznych (18) sprzęgnięta jest elektrycznie poprzez separator iskrobezpieczeństwa (21) z interfejsem wejściowym komputera (22), a do innego interfejsu wejściowego tego komputera (22) włączony jest odbiornik radiowy (20) z anteną kierunkową (19) skierowaną w głąb szybu. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że do linii transmisyjnej sygnałów telemetrycznych (18) poprzez centralny zespół sterujący (11) podłączone jest wejście sterujące bloku wyłączającego (8), przy czym poprzez blok wyłączający (8) połączony jest akumulator zasilający (7) z przetwornicą napięcia (4) zasilającego komutator oświetlenia (3), kamerę (1), separator iskrobezpieczeństwa (5) i nadajnik radiowy (6). 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że do wejść centralnego zespołu sterującego (11) podłączony jest ultradźwiękowy czujnik obecności przeszkody w szybie (9) oraz blok czujników kontroli atmosfery (10) i czujnik kontroli ciśnienia (15) w komorze mieszczącej kamerę (1).
PL 209 207 B1 5 Rysunek
6 PL 209 207 B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)