地下礦井通訊技術(shù)及其應(yīng)用探討范文

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摘要：主要分析地下礦井通信技術(shù)的特點(diǎn)，介紹幾種常見(jiàn)的地下礦井通訊技術(shù)，并詳細(xì)探討WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在礦井中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：地下礦井；通訊技術(shù)；無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)

引言

由于煤礦開(kāi)采的環(huán)境十分復(fù)雜，煤礦開(kāi)采過(guò)程中遇到瓦斯泄露、突水、冒頂?shù)痊F(xiàn)象，很容易導(dǎo)致安全事故，嚴(yán)重威脅到煤礦工人的生命安全。因此，為了確保煤礦生產(chǎn)的安全性，礦井一般安裝了監(jiān)控系統(tǒng)和傳感設(shè)備，及時(shí)掌握地下礦井作業(yè)人員的位置。然而傳統(tǒng)的定位系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)井下作業(yè)人員精確定位，所以無(wú)法確保井下作業(yè)人員的安全。將現(xiàn)代通信技術(shù)應(yīng)用于地下礦井的開(kāi)采過(guò)程中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)井下作業(yè)人員精確定位，通過(guò)通信設(shè)備及時(shí)將礦井人員的位置信息和煤礦運(yùn)行數(shù)據(jù)信息發(fā)送到礦井管理中心，管理中心和地下礦井人員隨時(shí)保持聯(lián)系，一旦發(fā)生異常情況，立即通知地下礦井人員進(jìn)行撤離，確保地下礦井人員的生命安全。因此，通信技術(shù)在地下礦井廣泛應(yīng)用。

1地下礦井移動(dòng)通信系統(tǒng)特點(diǎn)

地下礦井的工作環(huán)境復(fù)雜，普通的公共通訊系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿足地下礦井的通信環(huán)境要求。因此，地下礦井移動(dòng)通信系統(tǒng)具有自身特點(diǎn)[1]。

1.1具備防爆功能

由于地下礦井生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的瓦斯、甲烷等易燃易爆的氣體，通信設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中如果遇到甲烷或者瓦斯很容易發(fā)生爆炸現(xiàn)象。所以通信設(shè)備必須具備防爆功能，這樣才能保證通信設(shè)備正常運(yùn)行。

1.2發(fā)射功率小

由于地下礦山的通訊設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行，設(shè)備溫度不斷提高，如果超過(guò)了設(shè)備溫度限值，則可能導(dǎo)致高溫爆炸或者起火等現(xiàn)象。為了避免通信設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)爆炸現(xiàn)象，盡量選擇功率比較小的設(shè)備。一般設(shè)備功率不能超過(guò)25W。

1.3抗干擾能力比較強(qiáng)

地下礦井生產(chǎn)過(guò)程中需要生產(chǎn)設(shè)備、電氣設(shè)備、探測(cè)設(shè)備等一系列與礦井生產(chǎn)相關(guān)的設(shè)備，這些設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)通信系統(tǒng)造成一定的困擾，比如電力設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，可能產(chǎn)生電力磁場(chǎng)，從而影響到通信系統(tǒng)的發(fā)射頻率。同時(shí)，由于地下礦井的空間比較狹窄，需要大量的挖掘設(shè)備、探測(cè)設(shè)備，為了避免電磁干擾，所以通信設(shè)備必須具備一定的抗干擾能力[2]。

1.4抗故障性能好

我國(guó)地下礦井生產(chǎn)已經(jīng)進(jìn)入深井作業(yè)，礦井生產(chǎn)過(guò)程中，很容易出現(xiàn)粉塵、瓦斯、突水等現(xiàn)象，所以設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中很容易出現(xiàn)故障。一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，可能影響到通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，地下礦井必須具備一定的抗故障能力，一旦通信系統(tǒng)出現(xiàn)故障，自身必須具備一定的愈合能力，確保整個(gè)通信系統(tǒng)正常運(yùn)行。

2地下礦井通訊技術(shù)

我國(guó)地下礦山通訊技術(shù)從最開(kāi)始的特定生產(chǎn)部門向全礦轉(zhuǎn)變，從單一的語(yǔ)音功能到現(xiàn)在的語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)通往傳輸?shù)木C合通信系統(tǒng)，從固定的有線通訊網(wǎng)絡(luò)向無(wú)線綜合通訊網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變。當(dāng)前地下礦井通訊技術(shù)主要有漏泄通訊、有線通訊、無(wú)線通訊系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)電話四種。

2.1漏泄通訊

漏泄通訊是無(wú)線通訊最早的雛形，它主要由傳輸設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備、通信基站構(gòu)成，這種通訊系統(tǒng)采用泄露電纜傳輸通訊信號(hào)，并覆蓋到礦井所有的巷道。泄露電纜指在稀疏編織的同軸管外導(dǎo)體上開(kāi)挖一系列的槽空或者縫隙，通信基站發(fā)射的無(wú)線信號(hào)一邊沿著電纜進(jìn)行傳輸，另外一邊向周圍人泄露，讓礦井工作人員可以用特定的移動(dòng)通信設(shè)備接收信號(hào)并進(jìn)行通話[3]。

2.2有線通訊

礦井最早使用的通訊方式是有線通訊，有線通訊指利用電力電纜或者通信電纜進(jìn)行通訊，由于地下礦井地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水比較豐富，區(qū)域電纜很容易受到損耗，發(fā)生腐蝕、損壞現(xiàn)象，信號(hào)質(zhì)量不是很穩(wěn)定。

2.3井下無(wú)線通信系統(tǒng)

無(wú)線通信系統(tǒng)是目前井下礦山使用最廣泛的通訊系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由信號(hào)傳輸設(shè)備、傳輸基站、供電設(shè)備、控制設(shè)備、移動(dòng)終端等構(gòu)成。其中通信基站作為信號(hào)傳輸終端，采集移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)信息并將信息進(jìn)行編碼傳輸。交換機(jī)和控制器通過(guò)電力光纜通信信息傳輸?shù)降孛娼粨Q機(jī)；供電設(shè)備主要為通信系統(tǒng)提供電源。為了確保通信安全，所有礦井的電源系統(tǒng)使用空氣開(kāi)關(guān)，便于井下電源檢修。通訊系統(tǒng)采用蜂窩式組網(wǎng)方式，以通信基站作為覆蓋點(diǎn)，周圍多個(gè)基站共同組成一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。井下無(wú)線通訊系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：第一，無(wú)線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、基站基數(shù)比較大、成本比較高，一般適合大型礦山。第二，無(wú)線通信系統(tǒng)使用蜂窩式組網(wǎng)，適合巷道分布比較復(fù)雜的礦山。第三，無(wú)線通信系統(tǒng)施工比較復(fù)雜，對(duì)維修管理要求比較高。第四，電子元件很容易腐蝕，線路容易被掛斷。這種無(wú)線通信系統(tǒng)有利于礦山作業(yè)，員工不需要從巷道出來(lái)跑到幾百米外的地方打電話，也不會(huì)因?yàn)橥ㄐ畔到y(tǒng)不便利，導(dǎo)致礦難發(fā)生以后無(wú)法及時(shí)救援[4]。

3WIFI通訊技術(shù)在礦井通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，為了滿足智能手機(jī)、移動(dòng)終端網(wǎng)絡(luò)需求，無(wú)線WI-FI技術(shù)快速發(fā)展，WI-FI是一種可以允許電子設(shè)備連接到一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)的技術(shù)，一般使用2.4GUHF或者5GSHFISM射頻頻段，它通過(guò)無(wú)線電波進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，這種無(wú)線通信技術(shù)部需要布線、傳輸速度快、組網(wǎng)方便，是當(dāng)下使用最廣的一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，將其應(yīng)用在礦山生產(chǎn)中，可以滿足礦區(qū)移動(dòng)辦公需求[5]。

3.1礦區(qū)無(wú)線局域網(wǎng)設(shè)置

某礦區(qū)需要在全礦區(qū)范圍覆蓋移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)，因此分別在監(jiān)控中心、礦場(chǎng)、沙泵站3個(gè)地方安裝了3個(gè)網(wǎng)橋，這三個(gè)網(wǎng)橋通過(guò)光纖接入到中心機(jī)房的交換機(jī)上，監(jiān)控中心的交換機(jī)通過(guò)路由器和因特網(wǎng)鏈接，所有的辦公設(shè)備通過(guò)監(jiān)控中心的交換機(jī)鏈接IPPBX語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)，礦區(qū)的程控交換機(jī)和中國(guó)電信公用數(shù)字交換網(wǎng)連接。通過(guò)這些硬件設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)全礦區(qū)范圍內(nèi)WIFI語(yǔ)音通信要求，通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)就可以實(shí)現(xiàn)VOIP的功能，不需要支付其他的語(yǔ)音通信費(fèi)用，就可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通話，從而節(jié)省了整個(gè)礦區(qū)的通訊費(fèi)用。

3.2井下定位跟蹤系統(tǒng)

由于礦區(qū)的生產(chǎn)環(huán)境比較惡劣，為了確保礦井工作人員的生命安全，需要對(duì)礦區(qū)的工作人員進(jìn)行精確定位。將WIFI網(wǎng)絡(luò)結(jié)合GPS全球衛(wèi)生定位系統(tǒng)和傳感技術(shù)，在每一個(gè)礦井作業(yè)人員身上安裝接收器，定位跟蹤系統(tǒng)根據(jù)煤礦工人的工作場(chǎng)地自動(dòng)定位，并實(shí)時(shí)對(duì)工作環(huán)境進(jìn)行監(jiān)視、控制，一旦出現(xiàn)異常情況，定位跟蹤系統(tǒng)立即發(fā)出警報(bào)，礦井及時(shí)安排工作人員和設(shè)備進(jìn)行撤離，從而確保煤礦生產(chǎn)安全[6]。

3.3智能化控制系統(tǒng)

隨著現(xiàn)代采礦業(yè)的發(fā)展，將煤礦通信系統(tǒng)引入PWM和MCU等技術(shù)，將物聯(lián)網(wǎng)、控制器、傳感器、紅外線、感應(yīng)器等應(yīng)用到煤礦監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，了解煤礦生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、濕度、二氧化碳濃度、瓦斯?jié)舛鹊葏?shù)。監(jiān)控系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)信息傳遞到煤礦監(jiān)控系統(tǒng)，地面監(jiān)控中心的工作人員通過(guò)手機(jī)、電腦等移動(dòng)客戶端就可以了解礦井生產(chǎn)情況，并通過(guò)移動(dòng)端進(jìn)行遠(yuǎn)程操作控制，及時(shí)調(diào)整礦井溫度、濕度，降低通信設(shè)備運(yùn)行溫度，防止通信設(shè)備因?yàn)闇囟葘?dǎo)致起火或者爆炸等現(xiàn)象。

4結(jié)語(yǔ)

安全是采礦企業(yè)的生命線，地下礦井作業(yè)過(guò)程中，必須采取有效的措施，確保礦井生產(chǎn)安全。當(dāng)前，大量先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備廣泛應(yīng)用在礦區(qū)生產(chǎn)過(guò)程，極大提高了采礦工作效率。但是與此同時(shí)，井下作業(yè)環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)通信質(zhì)量要求更高。因此，必須結(jié)合實(shí)際情況，選擇合適的通訊網(wǎng)絡(luò)[7]。

參考文獻(xiàn)

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作者：肖雄 單位：中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司