CC BY
412 Национальная ассоциация ученых (НАУ) # 41, 2018
ПЕЙЖДЕР ДЛЯ ШАХТ.
Сахтеров Владимир Иванович
кандидат физ.-мат. наук, старший научный сотрудник ИЗМИРАН г. Москва
PAGER FOR UNDERGROUND MINE
Sakhterov Vladimir
PhD, senior researcher IZMIRAN, Moscow
Аннотация: В данной статье рассматривается возможность создания цифровой системы связи для подземных сооружений на основе существующих технологий георадиолокации.
Abstract: This article discusses the possibility of creating a digital communication system for underground structures based on existing technologies of georadar.
Средства связи и сигнализации подземных сооружений реализованы в основном на проводных линиях. В ряде шахт применяются радиосистемы связи на основе протяженного перфорированного кабеля, используются обычные радиостанции дециметрового диапазона с ретрансляторами. Также в последнее время появились радиосистемы на основе Wi-Fi. При любом из этих способов связь прерывается при чрезвычайных ситуациях, как то: обвал шахты, затопление. Поэтому проблема оперативного оповещения остаётся актуальной. Хотя есть много публикаций о проведенных экспериментах и полученных в ходе их результатах [1], однако реализованной и применяемой системой связи остается предлагаемая фирмой ООО "Уральские Технологические Интеллектуальные Системы" [2]. Их система аварийного оповещения и селективного вызова СУБР-Ш имеет низкоскоростной канал связи (единицы бит/с). Она реализована по классической узкополосной схеме, имеющей мощный передатчик со сложной антенно-фидерной системой.
Автор предлагает проект низкоскоростной цифровой связи для шахт, на начальном этапе односторонней, для циркулярного оповещения, реализованной на основе импульсного широкополосного передатчика повышенной мощности 1 -5 МВт. На чем основано такое предложение: автор долгое время занимался разработкой и изготовлением систем георадиолокации подповерхностного зондирования [3,4]; на данный момент достигнутые глубины зондирования составляют свыше 200 метров, и есть предпосылки их увеличения. В то же время из теории радиолокации известно, что на просвет сигнал распространяется в несколько раз дальше, чем на отражение, т.е. теоретически имеем одностороннюю связь дальностью 600-750 метров [5].
По поводу мощности передатчика надо сказать следующее: он формирует импульсы амплитудой 5-15 кВ и длительностью 5-20 нс, скорость передачи - 50-100 бит/с. Пиковая импульсная мощность такого передатчика от 1 до 5 МВт. По сравнению с мощностью переносной радиостанции, равной примерно 5 Вт, величина впечатляющая, но 5 кило-вольтовый передатчик потребляет порядка пяти Вт, что сопоставимо с мощностью потребления переносной радиостанции. Конструктивно передающие
антенны выполнены в виде резистивно-нагружен-ных диполей и имеют наземное расположение, и уровень их излучения не превышает допустимых значений для безопасной работы человека.
Динамический диапазон системы. Для георадиолокации чувствительность приемника составляет около 100-150 мкВ, для широкополосных систем с рабочими полосами в 350-500 МГц это оправдано, уровень промышленных шумов при такой полосе очень высокий. Для приемника, работающего в изолированной шахте, чувствительность необходимо повысить. Промышленные шумы сосредоточены в низкочастотной области — электрооборудование шахты, моторы. Есть помехи и выше 1 ГГц, например Wi-Fi. Таким образом, диапазон частот от 300 кГц до 10 МГц чист, и чувствительность приемника можно повысить до десятков микровольт при рабочих полосах до 20-30 Мгц. В результате для радиосистемы с чувствительностью приемника 10 мкВ и амплитудой сигнала передатчика 5 кВ получаем динамический диапазон равным 174 дБ.
Затухание сигнала при распространении в грунте линейно зависит от частоты и повышается до 3 дБ на 1метр на частоте 1 ГГц. При использовании частот ниже 1 МГц затухание составляет менее 1 дБ. Таким образом, говоря о дальности предлагаемого способа связи можно сделать вывод, что на частоте 10 МГц имеем дальность связи 300-350 метров, а на частоте 1МГц — свыше 1000 метров.
Разумеется, на начальном этапе необходимо провести натурные эксперименты. Из-за жёстких требований по сертифицированной аппаратуры для шахт с газовыми выбросами для экспериментальных целей лучше всего подойдут, например, шахты для добычи соли и удобрений. Расстояния и глубины те же, но требования к экспериментальной аппаратуре ниже.
Шахта очень сложное технологическое сооружение. Проблема многократного переотражения, конечно, будет присутствовать, но опыт решения таких задач с допустимым уровнем ошибок уже наработан.
Организация обратной связи от абонента немного сложнее, и реализовать связь на расстояние более 100 метров с короткими антеннами можно
Национальная ассоциация ученых (НАУ) # 41, 2018
13
только через ретрансляторы. Также возможно реализовать получение данных о состоянии абонента, например, о температуре тела, наличии сердцебиения, дыхания. При использовании нескольких приемных антенн можно вычислить геоданные абонента, используя различные методы обработки, включая накопление принимаемого сигнала.
Выше приведенные примеры и простейшие расчеты позволяют говорить о возможности создания низкоскоростной надежной системы подземной связи.
Список литературы:
1. Е.Д. Терещенко, В.А. Люблич, А.Н. Мили-ченко, С.В. Пильгаев Использование электромагнитных волн экстремального низкочастотного диапазона для аварийной связи в шахтах // Вестник Кольского научного центра РАН 2013 №1 стр.37-43
2. Комплекс аварийного оповещения и селективного вызова СУБР-1П. ООО "Уральские Технологические Интеллектуальные Системы"
режим доступа к изд.:
http://uraltexis.ru/production/subr-1p
3. Волкомирская Л.Б., Ибрагимов И.В., Ибрагимова Е.И., Варенков В.В., Сахтеров В.И., Резников А.Е., Руденчик Е.А. Решение трехмерной обратной задачи георадиолокации по данным георадара ГРОТ12. 4-я международная научно-практическая конференция по инженерной и рудной геофизике 25-30 апреля 2008г. Геленджик
4. Варенков В.В., Волкомирская Л.Б., Резников А.Е., Руденчик Е.А., Сахтеров В.И. Георадар «Грот-12». Результаты глубинного зондирования // Сборник докладов четвертой Всероссийской научной школы и конференции «Радиофизические методы в дистанционном зондировании сред». Муром, 30-июня - 3 июля 2009 г. - Муром: Изд.- полиграфический центр МИ ВлГУ, 2009.- С 153-157.
5. Л.Б. Волкомирская, О.А Гулевич, В.В Варенков, В.И Сахтеров К вопросу о требованиях к техническим характеристикам георадара при поиске полостей методом георадиолокации // Геология и геофизика 2018 Т.59 №4 С. 541-552
