Радиоакустический комплекс поиска и спасения погребенных под обширными завалами людей
Автор: Демидюк Андрей Викторович, заместитель генерального директора ОАО «Концерн «Орион», доктор военных наук, профессор, действительный член академии военных наук, Демидюк Евгений Викторович, начальник кафедры Военной академии ВКО, кандидат технических наук, доцент
Источник: http://davavn.complexdoc.ru/3.html
Инфраструктура современного российского топливно-энергетического и металлургического комплексов рассчитана на потребление до 80% твердого углеводородного топлива – каменного угля различных марок. При этом ожидаемого в ближайшее время массового сокращения потребления, а следовательно и добычи каменного угля и замены его на газовое или жидкое углеводородное сырье по мнению экспертов ожидать не стоит по следующим причинам:
используемые запасы нефти и газа в РФ будут исчерпаны до середины текущего столетия, между тем, как мировые запасы угля составляют до 87,5% прогнозных ресурсов ископаемого топлива Земли. Доля России в мировых запасах каменного угля составляет более 30%. Этого хватит не менее, чем на 400 лет добычи и потребления;
разведка и освоение новых источников нефте и газодобывающим компаниям обходится слишком дорого, что в перспективе неизбежно будет приводить к еще большей стоимости барреля нефти и кубометра газа. При этом себестоимость добычи угля на порядок ниже, чем газа или нефти, даже с учетом высокой стоимости ликвидации последствий аварий. По прогнозу Международного энергетического агентства (EIA), в период с 2011 по 2025 гг. потребление угля в мире будет увеличиваться в среднем на 1,5% в год. При этом потребление газа снизится на 5-7 %;
новые технологии (гидрогенизация угля с образованием жидкого топлива)уже сейчас позволяют существенно повысить КПД технологических циклов, использующих каменный уголь, сократить вредные выбросы в атмосферу, что в перспективе может привести к заметному повышению доли угольного сектора в ТЭК России;
технологический цикл металлургического комплекса России в перспективе не может отказаться от каменноугольного кокса как восстановителя железной руды и топлива при производстве чугуна и стали. В 2007 г. была утверждена генеральная схема размещения энергообъектов в России на период до 2020 г. Согласно ей, доля станций, работающих на газе, уменьшится до 30-35%, а на угле, напротив, вырастет до 31-38%;
средняя стоимость угля на мировых рынках в 2010 г. находилась на уровне $10 — 150 за т, в зависимости от региона, вида и качества угля и производительности труда. По оценке Тройки Диалог, в ближайшей перспективе мировые цены на энергетический уголь продолжат расти и дальше благодаря его дефициту. Это означает, что прибыльность экспорта угля будет расти. Продолжится рост развивающихся экономик, следовательно, будет расти и спрос на уголь. В качестве примера можно привести Китай с его самой развивающейся экономикой в мире, в ТЭК которого доля потребления угля составляет 66%.
Вместе с тем, отсутствие надежных систем мониторинга состояния условий горнорудной среды, нахождения горнорабочих, а также средств поиска и спасения неизбежно и будущем будут приводить к массовой гибели горнорабочих. Существует печальная статистика, свидетельствующая о том, что профессия шахтера является самой опасной в стране, один мл. т. добытого угля оплачивается одной жизнью шахтера. При этом наиболее трагичным в этой статистике является рост пропавших без вести, то есть тех, кого найти так и не удалось.
При проведении поиска и спасения горнорабочих сразу после аварии критически важным является поэтапное и быстрое решение следующих задач:
оповещение и вывод на поверхность всех способных самостоятельно передвигаться горнорабочих;
поиск и эвакуация раненых (потерявших сознание, кантуженных, находящихся в состоянии психологического стресса) не способных самостоятельно передвигаться, оказавшихся в очаге аварии;
поиск и подъем на поверхность погибших.
Решение первой задачи возлагается на систему управления шахтой. Вторая и третья задача возлагается на военизированные горноспасательные части (ВГСЧ) и МЧС.
Анализ аварий на шахтах Кузбасского угольного бассейна 2007-2010 г.г. с наиболее тяжкими последствиями показал, что их причинами являются:
отсутствие системы эффективного оповещения горнорабочих при возникновении аварийных ситуаций. До сих пор сообщения с шахтоуправления в забой и обратно во многих шахтах поступают по системе электрической телефонной связи, отвечающей уровню 30-40-х годов разработки. При этом информацию принимает один горнорабочий (например дежурный у телефона или мастер), и криком или свистом через грохот работающего комбайна и конвейера, против воздушного потока подаваемого вентиляционной системой со скоростью 18-20 м/с, пытается дать знать своим товарищам, (работающим нередко в шумоподавляющих наушниках о том, что ему сообщили. Наиболее распространен метод общения посредством вращения или кивания головой, на которой расположен шахтерский головной светильник. На это уходят драгоценные минуты. О том, что произошел взрыв в соседней лаве шахтеры нередко узнают по грохоту обваливающейся кровли лавы и крепежа на своем участке. То есть отечественной системы одновременного оповещения всех работающих в лаве о произошедшей аварии не существует;
отсутствие эффективных технических средств поиска горнорабочих попавших под завал. При этом подразумеваются не только погибшие, но и находящиеся в беспомощном состоянии, но живые люди. Здесь счет может идти на минуты-часы, а площади завалов таковы, что последовательно продвигаться, откапывая пострадавших времени нет. При этом для ускорения поисков наибольшую проблему представляет процесс выяснения того факта (чаще в виде гипотезы), где и в каком месте лавы ( забоя) находился ( мог находиться) тот или иной шахтер и откуда наиболее быстро можно добраться до пострадавших. Нередки случаи, когда шахтеров просто не находят и поиски заканчиваются объявлением их пропавшими без вести. При этом семьи шахтеров не получают в полном объеме всех причитающихся страховых выплат;
отсутствие эффективной сертифицированной и недорогой отечественной электронной системы учета спустившихся, поднявшихся, и местонахождения в шахте имеющим доступ шахтерам, а также блокирования доступа в шахту посторонних лиц. В настоящее время на многих шахтах учет людей осуществляется по наличию или отсутствию на ККП перед шахтным подъемником индивидуальных жетонов, которые выдаются вместе с амуницией и должны строго идентифицировать их владельцев.
В настоящее время разработаны разнообразные по физическому принципу приборы поиска и спасения людей. К ним, в частности относят приборы, использующие оптические, акустические, тепловизионные, радиолокационные, химические, биолокационные принципы работы. Практические все они используют принцип обнаружения либо по различным признакам человеческой активности (биение сердца, дыхание, тепло) либо по наличию имеющихся пассивных маркеров, заблаговременно взятых с собой пострадавшим. Рынок предложений представлен как зарубежными, так и отечественными приборами, существенно различающимися по цене, однако обладающими общими недостатками:
малое быстродействие и эффективность, так как люди могут погибнуть и не проявлять признаков жизни;
небольшая дальность обнаружения, поскольку признаки и маркеры, по которым происходит обнаружение погребенных под завалом людей имеют незначительные энергетическое поле излучения;
низкая точность определения местоположения погребенных под завалом;
возможность поиска только по одному признаку.
Не менее разнообразны и системы мониторинга, построенные на основе СВЧ излучающего кабеля или активных радиомаркеров, использующих принцип кодового ответа- запроса. Общим недостатком таких приборов является невозможность их использования после взрыва и образования завала в следствие образования разрывов электрической цепи.
Вместе с тем в экстремальных условиях подземного завала приборы поиска горнорабочих должны обеспечить:
высокое быстродействие и широкую площадь охвата;
высокую точность обнаружения;
возможность поиска по нескольким – акустическому, оптическому, радиолокационному полям излучения.
Для решения задач оперативного и точного поиска
горнорабочих разработан способ и устройство обнаружения
погребенных под обширными завалами людей, на которые получено два
патента ( на полезную модель и изобретение). Принцип работы
комплекса основан на локации радио и акустических сигналов, излучаемых
активными маркерами в ответ на провоцирующий запросный сигнал
приемопередатчика. Излученные радио- и оптические сигналы
имеют индивидуальную кодовую модуляцию, отождествляющие активный маркер
с его носителем- горнорабочим принимаются приемо-передатчиком.
Приемо-передатчик реализует известный в радиолокации метод
определения местоположения источника излучения по измеренным из
нескольких позиций пеленгам или дальностям.
В комплект приемопередатчика входит высоконаправленный малошумящий микрофон, позволяющий по акустическому сигналу активного маркера определить пеленг источника излучения. Схема, поясняющая принцип работы комплекса показана на рис.1.
Рис.1 Схема работы радиоакустического комплекса
Активный маркер, размером не более спичечного коробка, размещается на амуниции горнорабочего. Крепление маркера желательно осуществлять на предметах амуниции, которые по опыту поиска и спасения шахтеров остаются при них, а не отлетают в сторону при взрыве. Например, коробка аккумулятора шахтерского головного светильника или противогазная коробка, при любом случае остается на погибшем шахтере. При этом маркер готов к приему запросного сигнала и защищен от механических воздействий и ударов высокопрочным радиопрозрачным пеналом. При возникновении аварии и завала горнорабочих в шахту спускается группа поиска с приемо-передатчиком, который включается в зоне завала. Запросный сигнал инициирует активный маркер, который излучает кодированный ответный радио и акустический сигнал. По запросному сигналу инициируются все активные маркеры, которые излучают радио и акустические сигналы, коды которых отождествляются с их носителями- горнорабочими. Таким образом, по сигналам активных маркеров определяется пеленг и личность находящихся под завалом. Далее путем измерения пеленгов, полученных из нескольких позиций, определяется координата местоположения каждого горнорабочего, погребенного под завалом. Время проведения всех измерений по одному пеленгу ( погребенному) не должно превышать 10-15 мин.
Применение комплекса возможно для решения других задач.
Активный маркер может быть использован как коммуникатор, звуковой сигнал которого подаст горнорабочему команду тревоги и срочного подъема на поверхность. При этом приемопередатчик должен находиться у дежурного смены, находящегося у телефона. Последний, при получении команды на подъем, от шахтоупраувления задействует приемопередатчик и по нему контролирует процесс получения ответных сигналов.
В другом случае активный маркер может быть использован как дистанционный сигнализатор тревоги, активизируемый по сигналу передатчика от датчика метана, через радиопередатчик всем горнорабочим, работающим в данной лаве.
Избыточность конструкции активного маркера может открыть и другие способы реализации системы обеспечения безопасности.