RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 174685 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 305319 Urząd Patentowy (22) Data zgłoszenia: 04.10.1994 Rzeczypospolitej Polskiej (51) IntCl6: G07C 9/00 E21F 17/18 Układ automatycznej kontroli migracji załogi górniczej (54) w wyrobiskach podziemnych kopalni (43) Zgłoszenie ogłoszono: 15.04.1996 BUP 08/96 (73) Uprawniony z patentu: Rybnicka Spółka Węglowa S.A. Kopalnia Węgla Kamipnnego "MARCEL", Wodzisław Sl., PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.08.1998 WUP 08/98 (72) Twórcy wynalazku: Czesław Woźnica, Rybnik, PL Jan Materzok, Wodzisław Śl., PL Jerzy Pawelec, Czyżowice, PL Marian Mitko, Rybnik, PL Roman Chmielewski, Rybnik, PL PL 174685 B1 (57) 1. Układ automatycznej kontroli migracji załogi górniczej w wyrobiskach podziemnych kopalni głębinowej, sterowany sygnałami radiowymi z osobistych nadajników radiowych lamp górniczych poszczególnych pracowników załogi górniczej niezależnie od ich woli, a zawierający odbiorniki radiowe podłączone do obwodów transmisji impulsów, rejestrator impulsów oraz komputer, znamienny tym, że na każdym przejściu (1a, 1b,...1k) wyrobisk podziemnych kopalni głębinowej ma zainstalowane dwa jednakowe iskrobezpieczne odbiorniki radiowe (2a1 i 2a2, 2b1 i 2b2,...2k1 i 2k2) sygnałów z osobistych nadajników radiowych lamp górniczych, zawierające każdy w swym obwodzie wejściowym po dwa czujniki radiowe (21) i (22) stanowiące anteny ramowe, zaś obwód wyjściowy układu wykonawczego (27) każdego iskrobezpiecznego odbiornika radiowego (2a1, 2a2, 2b1, 2b2,...2k1, 2k2) jest podłączony do obwodu wejściowego odpowiadającego mu separatora transoptorowego (3a1, 3a2,3b1, 3b2,...3k1, 3k2) obwodów transmisji impulsów, którego obwód wyjściowy jest przyłączony do odpowiadającego mu obwodu wejściowego modułu konwersji odbieranych impulsów (4) podłączonego do mikroprocesorowego rejestratora impulsów (5), którego obwód wyjściowy przyłączony jest poprzez układ optoizolacji (6) z pętlą prądową do obwodu wejściowego komputera (7) z monitorem (8) wyświetlającym żądane dane migracji załogi górniczej. Fig. 1
Układ automatycznej kontroli migracji załogi górniczej w wyrobiskach podziemnych kopalni Zastrzeżenia patentowe 1. Układ automatycznej kontroli migracji załogi górniczej w wyrobiskach podziemnych kopalni głębinowej, sterowany sygnałami radiowymi z osobistych nadajników radiowych lamp górniczych poszczególnych pracowników załogi górniczej niezależnie od ich woli, a zawierający odbiorniki radiowe podłączone do obwodów transmisji impulsów, rejestrator impulsów oraz komputer, znamienny tym, że na każdym przejściu (1a, 1b,...1k) wyrobisk podziemnych kopalni głębinowej ma zainstalowane dwa jednakowe iskrobezpieczne odbiorniki radiowe (Żal i 2a2, 2b1 i 2b2,...2k1 i 2k2) sygnałów z osobistych nadajników radiowych lamp górniczych, zawierające każdy w swym obwodzie wejściowym po dwa czujniki radiowe (21) i (22) stanowiące anteny ramowe, zaś obwód wyjściowy układu wykonawczego (27) każdego iskrobezpiecznego odbiornika radiowego (2a1, 2a2, 2b1, 2b2,...2k1, 2k2) jest podłączony do obwodu wejściowego odpowiadającego mu separatora transoptorowego (3a1, 3a2, 3b1, 3b2,...3kl, 3k2) obwodów transmisji impulsów, którego obwód wyjściowy jest przyłączony do odpowiadającego mu obwodu wejściowego modułu konwersji odbieranych impulsów (4) podłączonego do mikroprocesorowego rejestratora impulsów (5), którego obwód wyjściowy przyłączony jest poprzez układ optoizolacji (6) z pętlą prądową do obwodu wejściowego komputera (7) z monitorem (8) wyświetlającym żądane dane migracji załogi górniczej. 2. Układ automatycznej kontroli migracji załogi górniczej według zastrz. 1, znamienny tym, że anteny ramowe czujników radiowych (21 i 22) obu iskrobezpiecznych odbiorników radiowych (2k1 i 2k2) danego przejścia (1k) wyrobiska podziemnego są zawieszone na obudowie górniczej z obu stron przejścia (1k) z odpowiednim przesunięciem względem-siebie oraz ukierunkowaniem dla optymalnego zróżnicowanego odbioru sygnałów radiowych. * * * Przedmiotem wynalazku jest układ automatycznej kontroli migracji załogi górniczej w wyrobiskach podziemnych kopalni głębinowej dla uzyskania bezzwłocznej i precyzyjnej informacji rejestrowanej niezależnie od woli poszczególnych pracowników o ilości przebywającej załogi górniczej w poszczególnych rejonach kopalni głębinowej, a wymaganej zwłaszcza podczas prowadzenia akcji pożarowej lub zawałowej, względnie w przypadku zagrożenia wodnego. Dotychczas brak jest odpowiednich układów lub systemów ewidencyjnych załogi, które umożliwiłyby uzyskanie pełnej i precyzyjnej oraz bezzwłocznej informacji o ilości przebywającej załogi górniczej w wyrobiskach podziemnych w poszczególnych rejonach kopalni głębinowej. Znany i stosowany system komputerowy ewidencji załogi nie zapewnia także uzyskania precyzyjnej i bezzwłocznej informacji o ilości przebywającej załogi górniczej w poszczególnych rejonach wyrobisk podziemnych kopalni głębinowej, ponieważ jej precyzyjne ustalenie jest utrudnione, z uwagi na migrację załogi, występującą w przypadkach awarii lub zmian decyzji podjętych o ruchach poszczególnych pracowników górniczych w podziemiach kopalni głębinowej. Poza tym prowadzenie prawidłowej ewidencji utrudniają załogi oddziałów pomocniczych oraz służby przeciwpożarowe i wentylacyjne, które kilka razy w ciągu dniówki zmieniają miejsce pracy bez dopełnienia obowiązku zgłoszenia zmiany miejsca pobytu do służby dozoru danego rejonu kopalni głębinowej. Znane są i stosowane w radionawigacji i radiolokacji urządzenia nadawcze, które nie znalazły możliwości stosowania w podziemiach kopalni głębinowej w ośrodkach elektrycznie niejednorodnych i anizotropowych o dużym i nieokreślonym tłumieniu krótszych fal radiowych. Tłumienie to stwarzają warstwy skał i wyrobiska górnicze wyposażone w różnego rodzaju
174 685 3 elementy metalowe, które ponadto są przyczyną powstawania bliżej nieokreślonego pola magnetycznego. Znany jest również z polskiego opisu patentowego nr 127 718 górniczy nadajnik osobisty, generujący częstotliwość radiową od 300 khz do 400 khz. Taki zakres częstotliwości pracy dla pożądanej wielkości penetrowanego obszaru skalnego około kilkudziesięciu metrów jest powodem wzbudzania przez ten nadajnik w tym obszarze pola elektromagnetycznego częściowo struktury pola indukcji i częściowo pola promieniowania. Z tego powodu nie mogą być efektywnie stosowane ani znane sposoby lokalizacji źródeł pola elektromagnetycznego opracowane dla strefy bliskiej, ani też znane sposoby namiaru kierunku nadajnika opracowane dla strefy dalekiej, ponieważ wyznaczony kierunek zależy od ukierunkow ania anteny nadajnika. Ze względu na zbyt wysoką częstotliwość roboczą górniczy nadajnik osobisty charakteryzuje się bardzo zróżnicowanym zasięgiem wykrywalności jego sygnału. Zasięg ten jest stosunkowo duży wzdłuż wyrobiska górniczego uzbrojonego w długie rury stalowe i różne inne przewody, zaś średni około 20 m wzdłuż wyrobiska nieuzbrojonego, natomiast ograniczony do 13 m poprzez caliznę węglową. Anteną tego nadajnika jest pracująca w obwodzie rezonansowym cewka indukcyjna w układzie jednostopniowego generatora tranzystorowego z dodatnim sprzężeniem zwrotnym. Powyższy górniczy nadajnik osobisty jest zainstalowany w lampie górniczej. Sygnał radiowy z tego nadajnika jest odbierany przez górniczy odbiornik radiowy z anteną ramową podłączoną kablem koncentrycznym do tego odbiornika radiowego, pracującego w paśmie częstotliwości w granicach od 300 khz do 400 khz, a zakończonego przekaźnikiem wykonawczym. Powyższe rozwiązanie górniczego nadajnika osobistego sprzężonego sygnałami radiowymi z górniczym odbiornikiem radiowym w paśmie częstotliwości od 300 khz do 400 khz jest przeznaczone do wykrywania pracowników wyposażonych w lampy górnicze z tym nadajnikiem, które znalazły się w obrębie jego działania. W zależności od zastosowania powyższe rozwiązanie może być użyte do wykrywania ludzi wchodzących do miejsc zagrożonych, lub znajdujących się na trasach transportowych, względnie odciętych przez zawał w podziemnych wyrobiskach górniczych. Jeżeli osoba wyposażona w lampę górniczą z górniczym nadajnikiem osobistym znajdzie się w polu działania anteny ramowej górniczego odbiornika radiowego następuje zaindukowanie się w niej sygnału radiowego, który następnie podlega przemianie częstotliwości i jako sygnał różnicowy ulega wzmocnieniu we wzmacniaczu częstotliwości pośredniej. Po detekcji sygnał podlega formowaniu i steruje układem wykonawczym. Niedogodnością powyższego rozwiązania jest brak możliwości kontroli i rejestracji kierunku ruchu osoby wyposażonej w lampę górniczą z górniczym nadajnikiem osobistym, wskutek czego nie można ustalić jednoznacznie ilości osób załogi, które wchodzą w strefę kontrolowanego rejonu i wychodzą z niego, co jest konieczne dla prowadzenia pełnej i precyzyjnej kontroli oraz rejestracji migracji załogi górniczej w podziemnych wyrobiskach górniczych kopalni głębinowej. Powyższe niedogodności zostały wyeliminowane przez nowe rozwiązanie układu automatycznej kontroli migracji załogi górniczej w wyrobiskach podziemnych kopalni głębinowej, sterowanego sygnałami radiowymi z osobistych nadajników radiowych lamp górniczych poszczególnych pracowników załogi górniczej niezależnie od ich woli, a zawierającego odbiorniki radiowe podłączone do obwodów transmisji impulsów, rejestrator impulsów oraz komputer. Zgodnie z wynalazkiem na każdym przejściu wyrobisk podziemnych kopalni głębinowej są zainstalowane dwa jednakowe iskrobezpieczne odbiorniki radiowe sygnałów z osobistych nadajników radiowych lamp górniczych, zawierające każdy w swym obwodzie wejściowym po dwa czujniki radiowe stanowiące anteny ramowe. Obwód wyjściowy układu wykonawczego każdego iskrobezpiecznego odbiornika radiowego jest podłączony do obwodu wejściowego odpowiadającego mu separatora transoptorowego obwodów transmisji impulsów, którego obwód wyjściowy jest przyłączony do odpowiadającego mu obwodu wejściowego modułu konwersji odbieranych impulsów, podłączonego do mikroprocesorowego rejestratora impulsów. Obwód wyjściowy mikroprocesorowego rejestratora impulsów jest podłączony poprzez układ optoizolacji z pętlą prądową do obwodu wejściowego komputera z monitorem wyświetlającym żądane dane migracji załogi górniczej. Anteny ramowe czujników radiowych obu iskrobezpie-
4 174 685 cznych odbiorników radiowych są zawieszone na obudowie górniczej z obu stron danego przejścia wyrobiska podziemnego z odpowiednim przesunięciem względem siebie oraz ukierunkowaniem dla optymalnego zróżnicowanego odbioru sygnałów radiowych. Zastosowanie przedmiotu wynalazku umożliwia uzyskanie pełnej i precyzyjnej oraz bezzwłocznej informacji na monitorze oraz urządzeniach peryferyjnych komputera o migracji załogi górniczej w wyrobiskach podziemnych poszczególnych rejonów kopalni głębinowej, która jest magazynowana i rejestrowana w mikroprocesorowym rejestratorze impulsów oraz w komputerze niezależnie od woli poszczególnych pracowników załogi górniczej. Pozwala to na sprawne prowadzenie nadzoru komputerowego ewidencji załogi górniczej w poszczególnych rejonach kopalni głębinowej, a zwłaszcza szybkie i skuteczne wyprowadzenie tej załogi z zagrożonego rejonu w czasie prowadzenia akcji pożarowej lub zawałowej, względnie w przypadkach zagrożeń wodnych. Celowe wprowadzenie w każdym przejściu wyrobiska podziemnego po obu jego stronach bocznych po dwie anteny ramowe zawieszone na obudowie górniczej jako czujników radiowych iskrobezpiecznych odbiorników sygnałów radiowych, które są odpowiednio przesunięte względem siebie oraz ukierunkowane do środka tego przejścia, pozwala na optymalny odbiór zróżnicowany sygnałów radiowych z osobistych nadajników radiowych lamp górniczych poszczególnych przechodzących pracowników załogi górniczej oraz ustalenie kierunku ich ruchu niezależnie od ich woli, co pozwala zgodnie z założonym programem komputerowym jednoznacznie i bezzwłocznie ustalić rzeczywistą ilość pracowników załogi górniczej wchodzących w strefę kontrolowanego rejonu wyrobisk podziemnych oraz wychodzących z niego. Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy układu automatycznej kontroli migracji załogi górniczej w wyrobiskach podziemnych kopalni głębinowej, zaś fig. 2 przedstawia schemat blokowy dwóch iskrobezpiecznych odbiorników sygnałów radiowych z czujnikami radiowymi w przejściu wyrobiska podziemnego. Układ według wynalazku ma na każdym przejściu 1a, 1b,...1k wyrobiska podziemnego kopalni głębinowej zainstalowane po dwa iskrobezpieczne odbiorniki radiowe 2a1 i 2a2, 2b1 i 2b2,...2k1 i 2k2 odbierające sygnały z osobistych nadajników radiowych lamp górniczych. Powyższe iskrobezpieczne odbiorniki radiowe 2a1 i 2a2, 2b1 i 2b2,...2k1 i 2k2 są podłączone swymi obwodami wyjściowymi do odpowiadających im obwodów wejściowych separatorów transoptorowych 3a1, 3a2, 3b1, 3b2,...3k1, 3k2 obwodów transmisji impulsów. Obwody wyjściowe separatorów transoptorowych 3a1, 3a2,3b1, 3b2,...3k1, 3k2, izolujących część dołową od części powierzchniowej układu, są podłączone do odpowiadających im obwód wejściowych modułu konwersji odbieranych impulsów 4 przyłączonego do mikroprocesorowego rejestratora impulsów 5. Obwód wyjściowy mikroprocesorowego rejestratora impulsów 5 jest podłączony poprzez układ optoizolacji 6 z pętlą prądową do obwodu wejściowego komputera 7 z monitorem 8 wyświetlającym żądane informacje o migracji załogi górniczej w danych przejściach 1a, 1b,...1k wyrobisk podziemnych w określonych rejonach kopalni głębinowej. Każdy iskrobezpieczny odbiornik radiowy 2kl, 2k2 w każdym przejściu 1k wyrobiska podziemnego jest podobnej konstrukcji i zawiera dwa czujniki radiowe 21 i 22 stanowiące anteny ramowe, zawieszone odpowiednio na obudowie górniczej z obu stron bocznych przejścia 1k z odpowiednim przesunięciem względem siebie oraz ukierunkowaniem do osi wzdłużnej tego przejścia 1k dla optymalnego zróżnicowanego odbioru sygnałów radiowych. Czujniki radiowe 21 i 22 przyłączone są kablami antenowymi do obwodów wejściowych wzmacniacza wstępnego 23, a następnie poprzez układ oscylatora 24 oraz posobnie poprzez wzmacniacz częstotliwości pośredniej i detektor 26 na układ wykonawczy 27. Obwód wyjściowy układu wykonawczego 27 każdego iskrobezpiecznego odbiornika radiowego 2k1, 2k2 jest przyłączony do obwodu wejściowego odpowiadającego mu separatora transoptorowego 3k1, 3k2 obwodów transmisji impulsów. Wszystkie obwody iskrobezpiecznych odbiorników radiowych 2 k 1, 2k2 danego przejścia 1k są zasilane przez wspólny iskrobezpieczny zasilacz stabilizowany 28. Układ automatycznej kontroli migracji załogi górniczej według wynalazku działa bezzwłocznie i precyzyjnie. Sygnały radiowe odebrane przez anteny ramowe czujników radiowych 21 i 22 obu odbiorników radiowych 2k1 i 2k2 z obu stron przejścia 1k
174 685 5 wyrobiska podziemnego stanowią informację o przejściu danego pracownika załogi górniczej wyposażonego w lampę górniczą z osobistym nadajnikiem radiowym. Powyższe sygnały radiowe zostają w obu iskrobezpiecznych odbiornikach radiowych 2k1 i 2k2 ukształtowane w impulsy prostokątne i przekazane poprzez separatory transoptorowe 3k1 i 3k2 obwodów transmisji impulsów na powierzchnię kopalni do odpowiadających im obwodów wejściowych modułu konwersji odbieranych impulsów 4. Stąd impulsy wchodzą do mikroprocesorowego rejestratora impulsów 5 do dalszej obróbki, gdzie jest ustalany numer czujnika radiowego 21, 22, od którego pochodzi impuls, zaś inform acja jest wzbogacana o datę zadziałania. Na podstawie czasu trwania impulsu następuje ocena, czy jest to zadziałanie danego czujnika radiowego 21, 22, lub zakłócenia w układzie, względnie stan awaryjny. Dzięki możliwości dwukrotnego wychwytywania impulsu przemieszczającego się pracownika załogi górniczej przez czujniki radiowe 21 i 22 układ pozwala na jednoznaczne określenie, czy dany pracownik załogi górniczej wszedł, czy też wyszedł z kontrolowanego rejonu wyrobisk podziemnych. Obwód wyjściowy mikroprocesorowego rejestratora impulsów 5 umożliwia transmisję danych do komputera 7 przez układ optoizolacji 6 z pętlą prądową na łączu szeregowym na odległość do 300 metrów po dwu parach żył linii telefonicznej. Wszystkie obliczenia dokonywane są w komputerze 7. Operator układu ma możliwość przeprowadzenia obliczeń i obserwacji ruchu pracowników załogi górniczej w czasie rzeczywistym zgodnie z programem komputerowym, zaś żądane dane są wyświetlane na monitorze 8. W sytuacji, gdy komputer 7 przewidziany do dokonywania obliczeń jest niedostępny, to mikroprocesorowy rejestrator impulsów 5 jest w stanie przechować rejestrowaną ilość pełnych odczytów. Dzięki takiemu rozwiązaniu składowania danych możliwe jest zachowanie ciągłości danych, a za tym zachowanie ciągłości informacji stanów osobowych we wszystkich dozorowanych rejonach wyrobisk podziemnych kopalni głębinowej. W przykładzie wykonania układ obejmuje 64 iskrobezpieczne odbiorniki radiowe 2a1, 2a2, 2 b 1,2b2,...2k1, 2k2, które mogą obsłużyć 32 przejścia 1a, 1b,...1k wyrobisk podziemnych, zaś ilość kontrolowanych rejonów wyrobisk podziemnych jest ustalana odpowiednio zgodnie z wymaganiami. Operator układu może dokonywać odpowiednich zmian z klawiatury komputera 7 bez przełączeń obwodów w konfiguracji układu, przydzielając do kontrolowanych rejonów wyrobisk podziem nych odpowiednie numery czujników radiowych 21, 22 iskrobezpiecznych odbiorników radiowych 2k1, 2k2 danego przejścia 1k wyrobiska podziemnego.
174 685 Fig. 1 Fig. 2 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł