礦井通訊系統(tǒng)的研究

1、礦井通訊系統(tǒng)的研究煤炭行業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱行業(yè) ,煤礦安全亦是當(dāng)今工作中 的重點(diǎn)與難點(diǎn)。環(huán)境條件的制約導(dǎo)致通信不暢 ,是井下高危特點(diǎn)的主 要原因。本課題針對這一情況 ,對井下通信技術(shù)進(jìn)行研究。本論文是 在國家以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上 ,并結(jié)合井下特殊條件進(jìn)行分析與研究 的。首先 ,將我國目前五種常用的現(xiàn)場通信技術(shù)進(jìn)行對比分析 ,由于井 下對通信距離、傳輸速度、 通信可靠性以及實(shí)時(shí)性等特殊要求。結(jié)合 我礦目前在安全救援時(shí)對通信系統(tǒng)的需求， 我們主要研究與透地通信 系統(tǒng)相關(guān)的通信技術(shù)。井下通信系統(tǒng)應(yīng)具有防爆性、抗干擾性、電源 本質(zhì)安全性以及抗沖擊、抗交變濕熱等性能。本文針對這些要求 ,提 出了能夠有

2、效加強(qiáng)通信質(zhì)量的措施。一、礦井通信系統(tǒng)礦井通信系統(tǒng)又稱礦井通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)， 是煤礦安全生產(chǎn)調(diào)度、 安 全避險(xiǎn)和應(yīng)急救援的重要工具。礦井通信系統(tǒng)包括礦用調(diào)度通信系統(tǒng)、 礦井廣播通信系統(tǒng)、 礦井 移動通信系統(tǒng)、礦井救災(zāi)通信系統(tǒng)。煤礦應(yīng)裝備礦用調(diào)度通信系統(tǒng)， 積極推廣應(yīng)用礦井廣播通信系統(tǒng)和礦井移動通信系統(tǒng)。 救護(hù)隊(duì)?wèi)?yīng)裝備 礦井救災(zāi)通信系統(tǒng)。1. 礦用調(diào)度通信系統(tǒng)礦用調(diào)度通信系統(tǒng)一般由礦用本質(zhì)安全型防爆調(diào)度電話、 礦用程 控調(diào)度交換機(jī)（含安全柵） 、調(diào)度臺、電源和電纜等組成。礦用程控 調(diào)度交換機(jī)（含安全柵） 、調(diào)度臺和電源設(shè)置在地面，礦用本質(zhì)安全 型防爆調(diào)度電話設(shè)置在煤礦井下。礦用調(diào)度通信系統(tǒng)除用于日常

3、生產(chǎn)調(diào)度通信聯(lián)絡(luò)外， 煤礦井下作 業(yè)人員可通過通信系統(tǒng)匯報(bào)安全生產(chǎn)隱患、事故情況、人員情況等， 并請求救援等。 調(diào)度室值班人員及領(lǐng)導(dǎo)通過通信系統(tǒng)通知井下作業(yè)人 員撤人、逃生路線等。礦用調(diào)度通信系統(tǒng)不需要煤礦井下供電， 因此，系統(tǒng)抗災(zāi)變能力 強(qiáng)。當(dāng)井下發(fā)生瓦斯超限停電或故障停電時(shí)， 不會影響系統(tǒng)正常工作。 當(dāng)發(fā)生頂板冒落、水災(zāi)、瓦斯爆炸等事故時(shí)，只要電話和電纜不被破 壞，就可與地面通信聯(lián)絡(luò)。 礦用調(diào)度通信系統(tǒng)抗災(zāi)變能力優(yōu)于其它礦 井通信系統(tǒng)。特別需要指出的是， 礦用 IP電話通信系統(tǒng)和礦井移動通信系統(tǒng)等 均不得替代礦用調(diào)度通信系統(tǒng)。2. 礦井廣播通信系統(tǒng)礦井廣播通信系統(tǒng)一般由地面廣播錄音及控制設(shè)

4、備、 井下防爆廣 播設(shè)備、防爆顯示屏、電纜等組成。廣播錄音及控制設(shè)備設(shè)置在地面， 防爆廣播設(shè)備和防爆顯示屏設(shè)置在井下。 防爆廣播設(shè)備和防爆顯示屏 功率較大，需井下供電。當(dāng)井下發(fā)生瓦斯超限停電或故障停電時(shí)，會 影響系統(tǒng)正常工作， 因此，防爆廣播設(shè)備和防爆顯示屏應(yīng)配有不小于 2h的備用電源。行人巷道、 采掘工作面等作業(yè)場所應(yīng)設(shè)置廣播擴(kuò)音設(shè)備。 當(dāng)煤礦 井下發(fā)生瓦斯超限、瓦斯爆炸、瓦斯突出、透水、火災(zāi)、頂板冒落等 事故時(shí)，調(diào)度室可通過礦井廣播通信系統(tǒng)，將事故類別、事故地點(diǎn)、 逃生和撤離路線等通知井下作業(yè)人員。3. 礦井移動通信系統(tǒng)礦井移動通信系統(tǒng)一般由礦用本質(zhì)安全型防爆手機(jī)、 礦用防爆基 站、防爆電

5、源（可與基站一體化，一般有維持基站正常工作 2h 的備 用電源）、系統(tǒng)控制器、調(diào)度臺、電纜（或光纜）等組成。系統(tǒng)控制 器和調(diào)度臺等設(shè)置在地面。 礦用防爆基站和防爆電源設(shè)置在井下， 礦 用本質(zhì)安全型防爆手機(jī)主要用于井下。 當(dāng)井下發(fā)生瓦斯超限停電或故 障停電時(shí)，會影響系統(tǒng)正常工作。因此，嚴(yán)禁礦井移動通信系統(tǒng)替代 礦用調(diào)度通信系統(tǒng)。但礦井移動通信系統(tǒng)具有通信及時(shí)和便捷的優(yōu) 點(diǎn)，特別適合煤礦井下移動的作業(yè)環(huán)境。因此，有條件的礦井，在裝 備礦用調(diào)度通信系統(tǒng)的條件下，應(yīng)裝備礦井移動通信系統(tǒng)。4. 礦井救災(zāi)通信系統(tǒng)礦井救災(zāi)通信系統(tǒng)一般由礦用本質(zhì)安全型防爆移動臺、 礦用防爆 基站（含話機(jī)）、礦用防爆基站電源（

6、可與基站一體化） 、地面基站通 信終端、電纜（或光纜）等組成。礦井救災(zāi)通信系統(tǒng)主要用于煤礦井下災(zāi)后救援。 救護(hù)隊(duì)?wèi)?yīng)裝備礦 井救災(zāi)通信系統(tǒng)。5. 礦用 IP 電話通信系統(tǒng)礦用 IP 電話通信系統(tǒng)一般由礦用本質(zhì)安全型防爆 IP電話、礦用 防爆交換機(jī)、礦用防爆電源（一般有維持系統(tǒng)工作 2h 的備用電源， 可與礦用防爆交換機(jī)一體化） 、調(diào)度臺、地面普通交換機(jī)、光纜等組 成。調(diào)度臺和地面普通交換機(jī)設(shè)置在地面。礦用本質(zhì)安全型防爆 IP 電話和礦用防爆交換機(jī)設(shè)置在井下。 當(dāng)井下發(fā)生瓦斯超限停電或故障 停電時(shí)，會影響系統(tǒng)正常工作。因此，嚴(yán)禁用礦用 IP 電話通信系統(tǒng) 替代礦用調(diào)度通信系統(tǒng)二、礦井移動通訊系統(tǒng)目

7、前，我礦主要采取的是礦用調(diào)度通信系統(tǒng)和移動通信系統(tǒng)相結(jié) 合的通訊方法。 礦用調(diào)度通信系統(tǒng)是必須使用的， 它不需要煤礦井下 供電，系統(tǒng)抗災(zāi)變能力也比較強(qiáng)， 當(dāng)井下發(fā)生瓦斯超限停電或故障停 電時(shí)，不會影響系統(tǒng)正常工作。當(dāng)發(fā)生頂板冒落、水災(zāi)、瓦斯爆炸等 事故時(shí)，只要電話和電纜不被破壞，就可與地面通信聯(lián)絡(luò)。但是會受 到安裝地點(diǎn)的限制， 無法隨時(shí)隨地與地面保持聯(lián)系。 如果井下發(fā)生突 發(fā)事故時(shí)， 事故場所周圍沒有礦用電話， 則無法保證與地面的正常通 訊，將會嚴(yán)重影響到后續(xù)的救援工作，也并不是百分百的可靠。礦井移動通信系統(tǒng)主要是為解決在礦井中人員移動信息的傳輸和 獲取問題 ,以實(shí)現(xiàn)流動人員在任何地點(diǎn)和任何時(shí)

8、刻都能與他們通信對 象保持及時(shí)有效的聯(lián)系。作為礦區(qū)通信技術(shù)的重要組成部分 ,與礦區(qū)的 煤炭專用通信網(wǎng)和礦區(qū)地面通信網(wǎng)一起構(gòu)成了煤礦專用通信系統(tǒng)。目 前,我國礦井通信系統(tǒng)技術(shù)水平低、通信效果差、可靠性低、相互信息 孤立并且防災(zāi)、抗災(zāi)能力差 ,通信技術(shù)水平嚴(yán)重滯后于煤礦安全生產(chǎn)的 現(xiàn)實(shí)需要。因此 ,研究并設(shè)計(jì)全礦井移動通信系統(tǒng)對于促進(jìn)數(shù)字化礦山 建設(shè),滿足煤礦安全生產(chǎn)也具有十分重要的意義。我礦目前主要采用的是 PHS（小靈通 ）礦井移動通信系統(tǒng)，該通信系統(tǒng)主要采用“基站 +交換機(jī)”網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和 PHS 技術(shù)。該通信系統(tǒng)主 要有調(diào)度臺、調(diào)度交換主機(jī)、復(fù)用光端機(jī)、基站控制器、基站、基站 天線、無線手機(jī)組

9、成PHS 礦井移動通信系統(tǒng)具有基站和手機(jī)發(fā)射功率低等優(yōu)點(diǎn)。它支 持多種新業(yè)務(wù)功能，具有完善的網(wǎng)管調(diào)度臺功能，維護(hù)管理方便，方 便實(shí)現(xiàn)與公網(wǎng)對接。在使用方面對于專網(wǎng)應(yīng)用影響不大，但存在基站 控制器和基站非本質(zhì)安全性防爆、抗災(zāi)變能力差、傳輸距離短（井下 分站至地面最大通信距離不滿足井下通信 10KM 的要求）等問題。如 果發(fā)生事故，通訊將會馬上中斷。且由于缺少規(guī)?；瘧?yīng)用，需要考慮 維修備件的供應(yīng)。三、無線通訊的研究現(xiàn)在，國內(nèi)外礦井無線通信方式主要有透地、感應(yīng)、漏泄、 PHS （小靈通）、 CDMA 通信等。本論文根據(jù)我礦的實(shí)際操作情況，主要 討論一下感應(yīng)通訊系統(tǒng)的應(yīng)用。3.1 透地通信系統(tǒng)礦山用無

10、線電透地通信系統(tǒng)主要第大地為電磁波傳播媒質(zhì)，包 括：發(fā)射組件， 用于根據(jù)數(shù)字編碼生成低頻摸擬信號，并對所述低頻 摸擬信號進(jìn)行輸入、發(fā)射；接收組件，用于接收由所述發(fā)射組件所發(fā) 出的低頻摸擬信號， 將其轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字信號， 在對所述數(shù)字信號 進(jìn)行處理后加以顯示； 救援接收組件， 用于接收所述接收組件所發(fā)出 的 SOS 信號其中，所述低頻摸擬信號為超長波信號。本發(fā)明所述礦 山用無線電透地通信系統(tǒng)可瞬間實(shí)現(xiàn)無線電信號穿透巖層、 煤層，將 與礦井安全的有關(guān)信息傳送到井下深達(dá) 1000 米的任何區(qū)位工作面。 在井下無電纜、無基站，不受礦井下供電系統(tǒng)的限制，即使在井下斷 電的情況下，系統(tǒng)仍正常工作，是一個(gè)

11、集預(yù)警、指揮、呼叫、救援功 能為一體的礦山安全無線透地通信系統(tǒng)。但是透地通信系統(tǒng)存在信道容量小、單向通信、電磁干擾大、施 工難度大等缺點(diǎn)。 以我國目前各個(gè)礦井的條件來說還無法進(jìn)行全面科 學(xué)的實(shí)施。3.2 感應(yīng)通信的原理及特點(diǎn)在延伸較長、 結(jié)構(gòu)復(fù)雜的民用與軍事地下建筑中， 在各種隧道及 礦井地下道中， 以及類似的場合， 實(shí)驗(yàn)和理論都證明無線電從幾十千 赫到幾百兆赫很難傳播超過數(shù)百米的距離。 而在拐彎的道中傳播距離 更短，即不存在和地面相類似的上述地下場合中的移動通信。 但是當(dāng) 道中存在著金屬導(dǎo)體（導(dǎo)線）時(shí)，情況會發(fā)生很大的變化，某些波段 的無線電信號可以傳播較遠(yuǎn)的距離（達(dá)數(shù)公里以上），這種無線電

12、信 號借助于沿線導(dǎo)體的誘導(dǎo)傳播完成的通信稱為感應(yīng)通信。感應(yīng)通信可應(yīng)用于礦業(yè)地下道及工作面等環(huán)境中的移動通信。 這 種移動通信不是完全的無線電通信， 而是半有線半無線方式的移動通 信。其在礦山地下道中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2 所示，圖中假設(shè)地下中央廣 場有四個(gè)方向的道延伸， 每個(gè)方向有一專用的感應(yīng)通信基站與感應(yīng)線 直接聯(lián)接，感應(yīng)線向道中延伸。沿途有若干移動手機(jī)，基站與交換機(jī) 相聯(lián)接，完成各手機(jī)用戶間的轉(zhuǎn)接； 交換機(jī)具有與地下通信網(wǎng)的匯接 功能。由于感應(yīng)通信系統(tǒng)可以借助礦原有電話線、 信號線等， 所以若利 用我礦現(xiàn)在已有的皮帶巷道或已有的導(dǎo)線作為傳輸導(dǎo)體， 可以省去架 設(shè)專用的感應(yīng)線。 同時(shí)利用無線電波

13、感應(yīng)場引導(dǎo)電磁波傳輸， 往往頻 率選擇在中低頻（ 3003000KHZ ），中頻信號在一定程度上可以穿 透煤層和巖層傳播。主要可用于井下救援局部范圍通信。感應(yīng)通信沿道（或一定的區(qū)域）設(shè)絕緣導(dǎo)線；當(dāng)?shù)乐袑?dǎo)線（稱為 感應(yīng)線）附近的發(fā)射機(jī)發(fā)射天線電信號時(shí)， 發(fā)射機(jī)天線的信號可以感 應(yīng)到感應(yīng)線上，產(chǎn)生感應(yīng)電流。該電流在感應(yīng)周圍產(chǎn)生信號場強(qiáng)，沿 途的天線接收機(jī)天線可因感應(yīng)而接收信號， 經(jīng)放大和處理， 獲得發(fā)射機(jī)發(fā)出的信息，完成通信過程，這就是感應(yīng)通信的原理。在感應(yīng)通信 中，工作頻率越低，傳輸損耗越小，耦合損耗越大；工作頻率越高， 傳輸損耗越大、 耦合損耗越小。 實(shí)際證明有利于感應(yīng)通信的工作頻率 為 50khz500khz 。感應(yīng)線一般是直徑 1mm2mm 的絕緣導(dǎo)線， 距壁 15cm25cm ，平行于道設(shè)；感應(yīng)線可以是單線（一根導(dǎo)線） 方式與大地構(gòu)成回路； 也可以采用雙導(dǎo)線自成回路方式。 感應(yīng)通信具 有結(jié)構(gòu)簡單、易實(shí)現(xiàn)、投資少、見效快的優(yōu)點(diǎn)， 特別是在