煤矿井下通信技术的探索范文

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1井下通信的要求

1．1井下通信功能上的多样性

1)矿井生产调度人员在矿井通信系统中应拥有相对的优先权，拥有群呼、选呼、强插、录音等功能，目的是及时指挥井下人员在灾变时撤离到安全区域内;在某些关键通信点上需具备自动报警、双向报警及紧急呼叫的功能，同时提高通信设备应变能力。2)井下通信设备所处巷道狭长且环境潮湿，因此要求井下通信系统须具备适应恶劣环境的能力，且井下通信系统中的故障设备不影响其余非故障设备的正常工作。3)煤矿井下工作环境时常变动，随着井下通信设备可靠性的完善、成本的降低、通信质量的提高，矿井移动通信系统将承担主要救灾通信与生产调度的任务，故要求井下通信系统的信道容量足够大。

1．2井下通信系统性能上的要求

1)在井下通信系统自身的通信效果比较理想的基础上，井下通信设备要适应井下恶劣环境、满足矿井动态生产的要求。同时，井下通信设备自身运行过程不会对安全生产造成不良影响。2)井下通信系统需满足系统结构简单、通信设备移动方便，能适应采掘工作面等通信区域的变化，能在相关区域快捷、迅速地建立井下通信系统。3)井下用电设备较多，电磁辐射随着用电设备的频繁启动而大量产生，这对井下通信质量产生较大的影响。因此要求在井下运行的通信设备必须能适应较差的信道条件且拥有较强的抗干扰能力。

1．3井下通信安全上的要求

1)煤矿井下空气中含较多煤尘和可燃性气体，极易发生矿井煤尘及瓦斯爆炸事故。故要求构成井下通信系统的电气设备、通信设备拥有本质安全型级别的防爆功能。2)煤矿井下电源负荷大，电压波动一般在额定电压的75%～100%之间，波动范围大，因此要求井下通信设备所用电源拥有较强适应电压波动的能力，一旦发生事故，井下电网遭到破坏，要求备用电源应维持不小于24h的正常工作。

2我国井下通信方式

多年以来，对于井下无线通信技术，国内外进行了许多试验。虽然研制出了一些井下通信设备，效果却不理想，因此井下通信较地面通信发展缓慢。与发达国家相比，中国的煤炭工业信息化水平低，装备制造技术还很落后。20世纪90年代，我国开始组建煤矿井下计算机管理系统，提出矿井生产自动化系统与管理系统相连接，从而实现资源共享的信息系统集成设想。

2．1低频导引通信低频导引通信工作在低频段通常只有几百千赫兹，其传输媒介为同轴电缆。每隔数百米需在电缆上布置一个辐射器，从而电波向电缆内外辐射，最终实现煤矿井下通信的目的。通常情况下低频导引通信信号覆盖范围为1km左右，在加接中继器的基础上，通信范围可进一步扩大。优点:低频导引通信系统造价低且简单实用。由于频率低、电缆的传输损耗小(2～4dB/km)，故信号传输距离大。缺点:由于低频处人为噪声很强，数据误码率高，可靠性低;波长较大，导致天线收发信号效率低下，同时由于井下巷道的限制，所以天线规格就受到限制;且低频导引通信为模拟通信方式，由于其频率低，故不适合高速数据通信方式。

2．2动力线载波通信动力线载波通信方式作为一种较早应用于井下的通信方式，在煤矿井下控制、语音及信号监测等方面都有广泛应用。其原理是利用矿井机车架空线或动力电缆作为信道，将语音信号调成频率为数万赫兹的载波通过信道进行信号传输。优点:使用简单方便，借助于已有的电缆或者机车架空线，无需铺设专用线路，是煤矿早期实现电机车移动调度通信的主要手段。缺点:煤矿井下机车架空线及动力电缆分支较多，且由于各种机电设备的频繁启动，不易使信道参数保持信号传送需要的稳定状态，且架空线及动力电缆载波频率相对较低，架空线及动力电缆的传输阻抗不易与通信机匹配。

2．3井下光纤通信技术井下光纤通信技术是利用光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式，被称之为“有线”光通信。目前井下光纤通信技术已在不同领域发挥作用，在监测监控系统中，光纤是仅次于语音通信的较为理想的高速信道。优点:其容量大、中继距离远、防爆性能好、抗干扰能力强。缺点:质地脆，机械强度差，不适于井下特殊的工作环境;光纤光缆的弯曲半径不能过小，在安装过程中需要专业技术人员指导。

2．4感应通信技术感应通信是以普通金属导体为媒介，通过移动电台与普通导体间的静电耦合、电磁感应的方式实现通信的目的。具体做法是通过架设专用感应线或利用巷道内已有的导体(如电缆、管道、轨道等)进行导波的通信方式。由于它自身与无线电相似，人们又把这种通信方式称为“感应无线电”，其通信方式与普通电台十分相似。优点:价格低廉、构成简单、无需中继器且感应线敷设简便。缺点:感应通信方式选择较低传输频率来减小传输衰减，但井下通信在低频段的噪音较大，所以通信噪声大，质量不高;井下感应线一般敷设在巷道壁旁，会使感应信号发生较大损耗，从而影响实际传输距离。

2．5漏泄通信技术漏泄通信技术的基本原理是人为地在同轴电缆的外导体开孔、开槽或采用疏织的方式破坏外导体的完整性，在巷道中起天线的作用，实现移动基站或电台之间的可逆耦合，达到较好的通信质量。具体做法为巷道中架设同轴电缆，等间距在电缆上开槽孔，槽孔周围可形成连续电磁波漏泄信号场，当无线电信号在开槽孔电缆上传输时，信号既可轴向传播，又能沿径向产生电磁波漏泄场漏泄信号场。优点:传输媒介为电缆，传输质量高、抗干扰能力强、工作频率高、频带宽、容量大，可满足井下无线式的数据、图像、话音的传输。缺点:灾变事故发生时漏泄电缆可能被挤压发生变形、断裂、短路及中继放大器的损坏都会造成系统的损坏，影响通信安全;在条件恶劣的采掘工作面及掘进头等地，无法架设电缆。

3国外井下通信方式

与国内相比，国外发达国家矿井通信技术起步早、发展快，现场监控系统体系结构相对成熟，已经在安全、生产监控领域得到广泛应用。

3．1矿用小灵通矿用小灵通是针对井下作业环境和安全作业要求研制的一种无线调度通信系统。能实现有线、无线使用者的调度功能，井下手机与手机，地面与井下手机，调度电话与井下手机，地面固定电话与井下手机间均能够实现双向通话，还能根据实际需要对无线及固定用户进行统一编号、混合组网。美国UT斯达康公司于1995年率先设计制造了矿用小灵通通信系统，能实现矿区移动通信网与公众移动通信网的汇接联网，实现了矿区移动用户、固定用户的统一调度和指挥。

3．2分布式天线分布式天线系统(DAS:DistributedAntennaSys-tem)是一个由分布于某个建筑物内、专门用于提供无线室内覆盖的多个天线组成的网络。这种系统既可以是有源系统，也可以是无源系统。一个无源DAS系统是一个由同轴电缆、耦合器和功分器(用于将RF信号分配给建筑物内的各个天线)组成的网络。无源DAS系统使用的是漏泄同轴电缆，而不是离散天线。使用漏泄同轴电缆还是使用离散天线通常取决于建筑结构和安装条件。加拿大最先将分布式天线系统应用到井下移动通信服务，采用无线电调制/解调技术原理，工作频段设置在851－891MHz(基站发)和700－825MHz(基站收)，将天线布置在巷道中并以一定的间隔距离周期地排列，工作频率为800MHz左右，利于电磁波在巷道中的传播。此种通信方式适用于较长直巷道的矿井，对于拐弯巷道多的矿井，则存在着通信盲区等问题。

3．3透地通信方式NicolaTesla在1899年就提出采用极低频(ELF)电磁波，通过大地作为介质进行通信的假想，这是透地通信的最早理论构想。2006年，美国研究人员提出了透地语音通信系统，构建了双路语音透地模型，提出了电磁干扰的容许性、限制的要求和透地深度范围。国外研发的井下无线通信与急救系统(PED)是目前最先进的透地通信系统，已应用于井下急救。

4结语

在煤矿井下安全避险系统中，通信系统是不可或缺的六大系统之一，是矿井生产调度、安全避险和应急救援的重要工具。与国外相比我国井下移动通信系统及设备抗灾能力弱，在发生特大灾害后井下通信设施失效，无法与井下工人取得联系，影响救援速度。井下通信是目前都在研究的课题，如中国矿业大学徐钊教授、山东科技大学李恒文教授，坚信通过研究人员的不懈努力，更多高效的通信方式将广泛应用于矿井井下通信。

作者：王岳斌单位：潞安环能股份公司五阳煤矿