Сибирский федеральный университет

Тип публикации: отчёт о НИР

Год издания: 2019

Ключевые слова: аварийная связь, телекоммуникации, шахта, безопасность, электромагнитный, сейсмический, горная выработка, глубокое обучение, детектирование

Аннотация: В ходе работ 2019-2020 гг. был проведен большой объем экспериментальных работ, в частности, опытных полевых работ на реальном производственном объекте, а также ряда сопутствующих вычислительных экспериментов. При этом, предварительно был проведен анализ геологического и структурного строения подземного рудника с целью максимально подробной обусловленности параметров, входящих в задачу определения уровня ЭМ поля в заданной точке пространства, влияющих на точность ее решения. В результате было дано экспериментальное обоснование оптимизации антенных электромагнитных систем, включая скважинные, индукционные, а также вариант заземления дипольной антенны непосредственно в рудное тело. Важным результатом стала оценка эффективности покрытия пространства шахты в зависимости от применения дипольных антенн, магнитной рамки (размеры и количество витков уточняются в процессе исследования), а также применения скважинных антенн, влияния глубины и точки их заземления на уровень поля под антенным диполем. Разработана методика оптимального выбора диапазона частот для ЭМ каналов.?По результатам проведенных экспериментальных и теоретических исследований в рамках 2-го этапа Проекта был получен результат в виде разработанной методики оптимального выбора диапазона частот для ЭМ каналов. В качестве научного результата представлено то, что оптимальный диапазон частот зависит от ряда факторов, характеризующих объект. Выбор несущей частоты должен производиться исходя из предъявляемого критерия качества связи и требуемой зоны покрытия подземного рудника или шахты. Можно полагать, что приемлемое качество в канале передачи информации обеспечивается на частоте 2-3 кГц, например, при проводимости рудных тел и горных пород от 0.001 См/м до 0.01 См/м. При более высоком процентном содержании и ином качественном составе руд, насыщенных полиметаллическими отложениями, параметры электропроводности могут достигать 1-10 См/м. В этом случае оптимальным можно принимать диапазон от 300 Гц до 1 кГц и искать локальный минимум в этой частотной области. Снижение частоты еще ниже приводит к сильному возрастанию уровня шума и усложнению приемно-передающего тракта аппаратуры. В целом же, как показал анализ реальной производственной обстановки задачу выбора оптимальной частоты нельзя решать в отрыве от ряда факторов, в том числе, производственно-экономического характера, а также правил и допустимых норм безопасности. Может оказаться, что более эффективным подходом при построении системы будет являться поиск оптимального решения по подбору частоты за счет выбора более подходящей конфигурации антенн, либо наращивания мощности передатчика. Таким образом, проблема выбора оптимального частотного диапазона в реальных условиях представляет собой отчасти технико-экономическую задачу оптимизации с учетом ряда факторов, которые не исследовались в рамках настоящей НИР.?Также в Проекте разработаны и научно обоснованы оптимальные аппаратные решения и алгоритмы формирования и обработки сигнально-кодовых конструкций в приемно-передающем тракте. Представлены полевые экспериментальные результаты по использованию СДВ-канала связи на основе фазовой манипуляции с миниатюрными цифровыми приемниками, разработанными на 1 этапе. Показано, что дальность действия в режиме ФМн будет до 20% выше в условиях реального рудника в сравнении с ЧМ-2. Дана оценка предельной чувствительности приемника с нелинейным фильтром на базе сверточной нейронной сети (НС) в сравнении со схемами реализации на базе линейного обнаружения сигналов, в том числе согласованной фильтрации. Показаны преимущества применения методов нелинейной фильтрации для приема сообщений в условия импульсных помех. Впервые дано научно-техническое обоснование эффективности применения НС-приемника для системы поиска под завалами. ?В заключительной части Проекта произведена серия теоретических работ путем создания имитационных 3-мерных моделей реального рудника, на котором были проведены эксперименты и проведено моделирование процессов передачи аварийных сообщений на основе комплексного использования ЭМ сигналов различных диапазонов длин волн (СВ, ДВ, СДВ) на подземных рудниках и шахтах для решения задач поиска под завалами (СВ, ДВ, СДВ) с различными условиями, а также передачи аварийных сообщений на глубину до 1000 м. Показана хорошая сходимость расчетных и экспериментальных результатов при условии хорошей обусловленности задачи, в первую очередь с точки зрения введения в модель данных о геологическом строении, а также токопроводящей инфраструктуры. Модель была проверена на большом количестве точек наблюдения на рабочих и нерабочих подземных горизонтах, в модель введены соответствующие поправочные коэффициенты для уточнения созданных математических и регрессионных моделей. Разработаны алгоритмы, программ и методики позиционирования горнорабочих под завалами с использованием поискового устройства. Сделаны исследования и программно реализованы оптимальные алгоритмы определения координат шахтеров в условиях неоднородной проводящей среды. Дана оценка точности позиционирования людей в подземных горных выработках и под завалами на базе многочастотного метода, которая обеспечивает точность до 1 м с дистанции 50 м.?Полученные в результате выполнения Проекта научные и научно-технические результаты имеют важное прикладное значение для развития систем аварийной сигнализации, связи, а также для повышения безопасности работ в горнодобывающей отрасли.

• Кудинов Данил Сергеевич

• РИНЦ (eLIBRARY.RU)