淺述我國礦山應急救援通信裝備的發(fā)展

1、淺述我國礦山應急救援通信裝備的發(fā)展鄭學召"2,王偉峰2(1.西安科技大學 能源學院，陜西西安710054；2.西部礦井開采及災害防治教育部重點實驗室，西部煤礦安全教育部工程研究中心)摘要:根據我國礦山應急救援的現(xiàn)狀，闡述了現(xiàn)有礦山應急救援通信裝備的功能及特 點。提出并介紹了目前急需研制開發(fā)的應急救援通信裝備的關鍵技術，使應急救援通信 裝備更好有為礦山救護人員和遇險礦工服務。關鍵詞：礦山救援；多媒體通信；無線傳輸0引言礦山應急救援通信裝備是礦山救護隊搶險救災過程中不可缺少的設備，隨著數(shù)字視、 音頻編解碼技術的fi益成熟，無線傳感器網絡技術的快速發(fā)展為多媒體信息系統(tǒng)在礦山上的 應用提供了

2、堅實的技術基礎。同時我國政府對礦山應急救援工作的高度重視，對礦山應急救 援裝備的發(fā)展起著強有力的推動作用。但近年來隨著經濟的高速提升，對能源的需求量大幅 度的提升，部分礦山超生產能力開采、不遵守煤礦安全規(guī)程生產，使的礦山事故頻發(fā)，為減 少礦山事故人員傷亡和財產損失、促進礦山安全生產。還需進一步加強礦山應急救援通信技 術研究和裝備的研制。1礦山應急救援通信設備的發(fā)展目前礦山應急救援通信設備按傳輸介質不同分為有線和無線通信及有線/無線自適應三 大類。1.1有線應急救援通訊設備有線應急救援通訊設備就是在信號的傳輸過程中是依靠線路進行傳輸，其小傳輸線也有 多種，有雙絞電話線、同軸線纜、網線、光纖等，按

3、在其上傳輸?shù)臄?shù)據分又有單純咅頻傳輸、 和多媒體信息同時采集傳輸裝置。(1) 音頻通訊系統(tǒng)目前使用的有pxs-1型聲能電話機和kjt-75型救災通訊設備。pxs-1型聲能電話機為礦用防爆型設備，有效通話距離24km,該機由發(fā)話器、受話器 械、聲頻發(fā)電機、擴大器等組成。在搶險救災時，進入災區(qū)的人員可選用發(fā)話器、受話器全 裝在面罩中，擴大器固定在腰間的安裝方式。kjt-75型救災通訊設備由主機、副機和袖珍發(fā)射機進入災區(qū)的救護隊員使用。救護隊 員通過副機楊聲器收聽主機傳來的話音，使用袖珍發(fā)射機向主機發(fā)話。救護隊員隨身攜帶纏 制好的放線包，救災作業(yè)時邊放線，并隨時和基地的主機保持井下聯(lián)系(主、副機間的通

4、訊 距離為2km)o通訊導線兼做救護隊員的探險繩?；赝ㄓ嵵鳈C可同時對三路救災隊員實現(xiàn) 救災指揮。(2) 多媒體通訊系統(tǒng)目前使用的較為廣泛的有kte5型礦山救援可視化指揮裝置kte5型礦山救援可視化指揮裝置具有傳輸語咅和視頻的便攜式本安型礦井應急救援通 訊裝置。它主要采用計算機通信網絡技術和対稱數(shù)字用戶線sdsl(symmetrical digital subscriber line)寬帶接入技術，用一對礦用雙絞電話線為傳輸介質，利用局域網傳送音 頻和視頻，進行實時的信息交互實現(xiàn)“即鋪即用”的應急多媒體通信服務。其具體技術方案如圖1所示:前端設備1前端設備2基地設備本安電源走女電瀝i外延設備地

5、面設備圖1 kte5型礦山救援可視化指揮裝置系統(tǒng)結構圖礦山救援可視化指揮裝置開機后，木安紅外攝像機自動捕捉井下事故現(xiàn)場圖像，并將捕 捉到的視頻信號連同耳麥小的音頻信號一起送至視音頻合成壓縮模塊。視音頻合成壓縮模塊 首先將模擬的咅頻、視頻信號轉換成數(shù)字信號，然后采用mpeg-4壓縮方式進行壓縮編碼送 至sdsl線路接入模塊；sdsl線路接入模塊將壓縮后的數(shù)據采用2btq的調制方式，通過礦 用雙絞電話線以ip包的形式傳送給基地設備的sdsl線路接入模塊。兩塊sdsl線路接入模 塊z間的距離w4千米，調制編碼數(shù)字信號通過一對0. 5mm線徑的電話線在4千米的距離內 可以達到1.4mb/s的對稱速率，

6、且性能穩(wěn)定，抗噪聲能力強，能達到ddn專線品質?；卦O 備目前可以同吋接收兩路前端設備的視咅頻信號，這兩路視咅頻合成后在基地臺分兩路輸 出，一路輸出至井下數(shù)字信息終端還原語音、圖像信號并存儲數(shù)據；另一路再通過井下現(xiàn)有 的電話線路資源輸出至地面數(shù)據交換隔離模塊。如果基地設備與地面設備之間的傳輸距離 4千米，中途需要加屮繼放大器將信號放大。地面數(shù)據交換隔離模塊首先將井下本質安全電 路與地面電路隔離，然后信號送入sdsl線路接入模塊解碼，sdsl線路接入模塊解碼提供一 個rj45用戶端接口，用計算機觀察信號；也可通過提供的10m/100m自適應快速以太網口高 速上傳。1. 2無線應急救援通訊設備目前

7、使用的有sc2000災區(qū)電話和ktw2型礦用救災無線電通信裝置sc2000災區(qū)電話工作于損耗較小的低頻（100kiiz100lz,救災通信系統(tǒng)的工作頻率為 340 khz）。這些頻率信號能被簡單、低成本的長線天線系統(tǒng)傳輸，甚至述可以在大多數(shù)礦井 巷道中所存在的管道和電纜中傳輸。無線感應信號通過便攜手機上的環(huán)形天線（稱為子彈帶 天線）、基站側的環(huán)形天線和生命線與管道、電纜之間的耦合而建立。如果巷道內無管道和 電纜存在，則手機彼此之間的通信距離僅為50m。在一個斷面較小的巷道中，通信距離為 500800m。ktw2型礦用救災無線電通信裝置為第三代礦用專用救護無線電通信設備，主要用于礦 山救護隊，也

8、可以用于井口運輸、機巷檢修設備調試時聯(lián)絡使用。裝置由ktw2. 1型便攜機、 ktw2.2型井下基地站、ktw2. 3型井下指揮機、ktw2. 4型井上指揮機等組成。系統(tǒng)設備布置如圖2所示圖2 ktw2型礦用救災無線電通信裝置組成框圖a井上指揮機 b井下指揮機c井下基地站d便攜機井上指揮機、井下指揮機、井下基地站、便攜機組成一個有線/無線通信系統(tǒng)，井上指 揮機、井下基地站之間采用兩芯電纜連接，井下基地站、便攜機之間為無線通信方式。井上 指揮機、井下指揮機話音信號通過井下基地站發(fā)射，便攜機接收；便攜機發(fā)射通過井下基地 站接收，向井下指揮機、井上指揮機傳送話音信號。1. 3有線/無線自適應急救援通

9、訊設備目前國內外具有代表性的有線/無線自適應應急救援通信裝備是礦井救災機器人，在 煤礦井下發(fā)生災害時，由于存在各種有害氣體、高溫等情況，如果救災人員貿然進入，就會 造成救護人員的傷亡，這是煤礦安全規(guī)程中嚴明禁止的。因此，利用救災機器人及時深入災 害現(xiàn)場探明情況，對煤礦井下?lián)岆U救災十分必要。井下救災機器人必須能夠與地面控制主機 之i'可建立實時、可靠的通信信道，以保證災區(qū)視頻、音頻、環(huán)境參數(shù)和控制信號等各種信息 通暢傳輸。救災機器人也和普通機器人一樣，主要也是由下下兒大部分組成即：機械本體、驅動伺 服單元、計算機控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、輸入/輸出系統(tǒng)接口，同時它還增加了防爆部分。在 本文主要

10、討論它的信號采集傳輸技術。其信號采集傳輸主要由機器人通信接口、無線自組網通信模塊、有線/無線自適應通信 模塊、上位機通信接口和遙控主機控制與顯示模塊組成，其中機器人通信接口、無線自組網 通信模塊和計算機通信接口以硬件電路為主，是構成信息傳輸通道的關鍵部分。上位機控制 與顯示模塊為軟件模塊，用于控制通信的方式、傳輸速度等，并顯示井下機器人通過紅外攝 像儀和拾咅器、多功能氣體采集器來采集來的圖像和數(shù)據。系統(tǒng)結構如圖3所示：圖3救災機器人系統(tǒng)構成2目前急需研制開發(fā)的應急救援通信裝備（1）遇險人員準確定位技術裝備（2）災區(qū)繼發(fā)性爆炸危險性判定技術裝備（3）高可靠度井下多媒體無線傳輸技術裝備（4）區(qū)域預

11、測預警、模擬仿真和推演技術與裝備（5）礦山應急救援通信多功能裝備車2.1遇險人員準確定位技術和裝備目前，我國礦山地質部門的精查數(shù)據不是十分準確，各礦山企業(yè)的井下巷道圖也有一定 的出入，歷次救援工作中按圖紙打井下鉆孔時均有較大的偏差，給救援工作帶來了一定的閑 難。要想準確定位井下遇險人員的位置，若有可用的電話等方式進行聯(lián)系是一種途徑，但大 部分情況下，需要通過遇險人員敲擊巷幫、頂板以及鐵軌等設施，產生地震波以供地面救援 人員進行定位。為此，可以rfidb （radio frequency idcnt i f icat ion）技術為基礎，應用 于井下惡劣環(huán)境中的rssi （received si

12、gnal strength indicator）人員定位原理和方法, 同時結合超低功耗設計技術和高集成度、低功耗的cc11oo射頻芯片，電源管理，msp430超 低功耗單片機數(shù)據處理技術和嵌入式計算機技術相結合的礦山應急救援搜救系統(tǒng)的設計方 案。設計111能夠實現(xiàn)主動發(fā)送定位信號，海量自動存儲，rssi定位信息實時顯示，同步顯 示被困人員身份信息等功能。2.2災區(qū)繼發(fā)性爆炸危險性判定技術裝備礦山救護是一項極具危險性找作，近年來多有指戰(zhàn)員犧牲在礦山救護現(xiàn)場，其中有近一 半的隊員犧牲在繼發(fā)性的瓦斯爆炸事故中，教訓極為深刻。由于井下災區(qū)環(huán)境復雜，災區(qū)氣 體成分和通風參數(shù)多變，研發(fā)用于井下災區(qū)繼發(fā)性爆

13、炸危險性的判定技術和裝備一直是一個 難題，亟待研究解決。2.3高可靠度井下多媒體無線傳輸技術裝備在應急救援工作中，災區(qū)現(xiàn)場多媒體資料的獲取與傳輸是非常重耍的，一方面有利于 地面救災指揮部和各級應急指揮機構決策指揮，另一方面有助于事故調查和救援案例的分 析。目前，雖然我國已經研制了井下有線（或屮繼）多媒體傳輸設備，但其體積大、導線（或 中繼站）重量大、布線費吋費力，給救援人員增加了許多工作量，影響救援進度與效果。為 此，研制井下高可靠度井下多媒體無線傳輸技術裝備是當務之急2.4區(qū)域預測預警、模擬仿真和推演技術與裝備國家安全監(jiān)管總局正在全力推進國家安全生產應急平臺體系建設，其目的是要在建立一 套包

14、括有關部委應急機構、中央企業(yè)、各省、市等地方安全生產部門應急機構以及應急救援 隊伍的互聯(lián)互通、信息共享的應急平臺體系，從而掌握應急資源，實現(xiàn)異地會商和決策指揮。 然而，在應急平臺體系建設過程中，區(qū)域預測預警、模擬仿真以及模擬推演是應急平臺體系 建設的關鍵技術，如何建立健全區(qū)域預警、仿真和推演模型，并與事故企業(yè)(包括煤礦井下) 三維圖像相結合，自動采集環(huán)境參數(shù)，疊加顯示在各級指揮屮心的屏幕上，供領導決策指揮, 是一個亟待解決技術裝備難題。2.5礦山急救援通信多功能裝備車礦山應急救援多功能裝備車應該是具有以下幾大系統(tǒng)，車載束管式礦井安全監(jiān)測系 統(tǒng)；復合式救災專用束管纜線；礦井救災無線通信系統(tǒng)；低照

15、度礦用工業(yè)電視系統(tǒng); 礦井人員定位系統(tǒng)；衛(wèi)星通信系統(tǒng)；智能化專家系統(tǒng)軟件役車內裝有：快速氣相 色譜分析儀、煤礦束管監(jiān)測系統(tǒng)、災區(qū)移動電話、呼吸器、紅外測溫儀、傳真機、復印機等。 系統(tǒng)可實現(xiàn)自動采樣，連續(xù)監(jiān)測，具有實時數(shù)據查詢、趨勢數(shù)據查詢、實時曲線、趨勢曲線 顯示、打印等功能，并進行爆炸危險性的智能判別及災害預測，為救援指揮決策提供科學的 依據。3結束語我國礦山作業(yè)安全生產已經擺到了至關重要的位置,礦井應急通信保障是迫切需要解決 的問題?，F(xiàn)有成熟的可視化技術，智能機器人技術、網絡會議技術、衛(wèi)星通信技術為礦山應 急救援通信裝備的發(fā)展提供技術保障。結合礦山救護工作特點，礦山應急救援通信設備應該 具備“救災通訊可視化、救災指揮專家化、事故分析科學化、信息傳遞網絡化”等特色，使 礦山應急救援通信裝備更加適應現(xiàn)有礦山救援的需求，有效保障廣大救護隊員和遇險礦工的 生命安全。參考文獻1 國家安全生產監(jiān)察管理總局.煤礦安全規(guī)程m.北京：煤