煤矿井下无线通讯

矿井无线通信系统的特点煤矿井下就是一个特殊的工作环境,因此,矿井无线通信系统不同于一般地面无线通信系统,具有如下特点:

(1)本安型电气设备。煤矿井下具有瓦斯等可燃性气体与煤尘。因此,无线通信设备要求就是安全性能好的本质安全型、防爆设备。

(2)传输衰耗大。煤矿井下空间狭小、巷道倾斜、有拐弯与分支、巷道表面粗糙,且有风站、机车等阻挡体,传输衰耗大。

(3)发射功率小。本质安全型防爆电气设备的发射功率一般为10mW-40mW左右。

(4)抗干扰能力强。井下空间窄小、机电设备相对集中、功率大,电磁干扰严重,故设备应具有较强的抗干扰能力。

(5)防护性能好。应有防尘、防水、防潮、防腐、耐机械冲击等性能。

(6)抗故障能力强。煤矿井下环境恶劣,设备故障率高,人为破坏事件时有发生。因此,矿井无线通信系统应具有较强的抗故障能力,当系统中某些设备发生故障时,其余非故障设备仍能继续工作。

(7)信道容量大。煤矿井下就是一个移动的工作环境,现有有线调度电话受到局限。随着无线通信系统可靠性、通信质量的提高、功能的完善、成本的降低,它将在生产调度特别就是抢险救灾中起到主要作用,故需具有较大的信道容量。

(8)移动速度慢。矿井无线通信系统中手持机的移动速度较慢,这主要就是矿井人员及运输工具特性确定的。

2矿井无线通讯系统的建设原则

根据山东省安全生产监督管理局、煤炭工业局、煤矿安全监察局统一要求,结合企业实际,我们形成了井下无线通讯系统的建设原则如下:

(1)坚持以《煤矿安全规程》为依据来确定井下无线通讯系统技术方案的原则;

(2)坚持统筹规划,突出重点,量力而行,应用成熟的井下通讯产品的原则;

(3)坚持新老兼顾,避免重复建设,力求少投入、高效益的原则;

(4)坚持网络、数据资源共享,避免出现“信息孤岛”的原则。

3系统应用定位及建设思路

(1)井下无线通讯系统就是当前有线调度通讯系统的有机补充,就是安全生产调度通信系统的一部分,其主要目的就是加强对井下工作人员的管理。因此,新建无线通讯系统要与原有有线调度通讯系统、井下作业人员管理系统等进行有机、无缝结合,已经形成的系统要采取有效技术措施,逐步完成各个系统的集成。

(2)井下无线通讯系统作为调度通讯系统的有机补充,要充分考虑投资承受能力,在保证安全生产的前提下,分析井下场点的重要程度,对信号覆盖点进行提前规划,并结合系统技术参数,提出信号覆盖率要求。

(3)井下无线通讯系统作为调度通信系统的一部分,要重点分析其专用调度功能的提供能力,保证与有线调度通讯系统的统一调度。已经形成无线通讯系统的单位,要统一到这个要求上来。(4)井下无线通讯系统的应用必须与GIS技术有机结合,并深入开发与地质测量、通风防尘等专业信息系统、安全监测系统、井下自控系统的接口,为提高井下工作效率及应急处理能力奠定基础。

4现有系统

煤矿井下的特殊性,制约了矿井无线通信系统的发展。在地面上广为应用的GSM、CDMA以及卫星电话等无线通讯方式,受其自身工作原理、发射功率、建设成本等方面影响,至少到目前来瞧,基本不适合煤矿井下应用。

截止到二十一世纪初,国内煤矿井下采用的主要有用于井筒、工作面、胶带输送、电机车等局部的无线通信系统,可用于全矿井的无线通信均存在着这样或那样的问题。

随着国家对煤矿安全工作的重视,作为井下安全生产指挥调度以及抢险救灾的主要手段的井下

无线通讯技术开始蓬勃发展,目前能够应用到全矿井的无线通信系统主要有感应通信系统、“德洛涅”通信系统、漏泄通信系统、透地通信系统、“小灵通”通信系统。

(1)感应通信

感应通信技术在国外早已应用,就是利用电磁感应原理,由感应线传输信号的一种通信方式,频率一般在几十千赫以上。当基地台发送的电信号在感应线上传输时,在感应线周围以感应线为中心形成了交变的同心圆磁场,只要移动台置于这个磁场的有效距离内,便会感应到相应的感应电压,经过放大、检波便可获得基地台发来的音频信号,反之,当移动台发出信号,在感应线内同样会产生相应的电流信号,由感应线传送到基地台。

感应通信传输衰减与耦合衰减较大,因此通信距离一般不大于2km。为实现全矿井无线通信,需串入中继器,这将降低系统的可靠性。国内曾先后在数个矿井进行了试用,但由于电源不理想及干扰严重等种种原因,没有得到普及推广。

(2)德洛涅通信系统

这项井下通信模式转换技术就是在比利时研发的,有两种模式,一种为单线模式,另一种为同轴模式,这两种模式同时运用相互转换。在同轴电缆线上加入模式转换器,控制电磁波的辐射方向,使其能量覆盖巷道空间,实现无线电通信。这个系统技术要求高,维护、使用较为复杂,且一次性装备费用大、电缆投资高,故国外煤矿中应用也不多。

(3)漏泄无线通信系统

漏泄无线通信,在英、美等国已广泛应用,技术成熟。我国也已开发研制推出了系列无线电漏泄通信系统,系统中漏泄同轴电缆具有传输线与天线两方面特性,实际上就是一种连续型天线,电磁波的传播就就是以电缆内导体作“去线”,外导体作“回线”。电磁波的能量集中在内外导体之间。由于同轴电缆外导体采用疏编结构,金属编织线间隔大,只覆盖全部表面的60%～70％。当基地电台电磁波沿电缆导线传输时,在电缆内传输的电磁波从疏编孔漏泄(辐射)到周围空间,在其外部产生漏泄场,各个移动台或便携台从中获取变频能量从而实现与基地台通话,同样移动台或车载台发出的电磁波,在电缆外部产生漏泄场,也会耦合到电缆内,与基地台通信。在使用中,移动台无须考虑天线与漏泄电缆传输的耦合方式与相对位置。

现有漏泄通信系统为频分多路复用模拟通信,复用路数少(4对),仅能作为有线调度通信系统的补充,不能用作全矿井无线通信系统。

(4)透地通信系统

透地通信就是以大地为电磁波传播媒介,无线电波穿透大地的无线电通信方式。目前实用的透地通信系统就是澳大利亚开发的PED(Personal Emergency Device)个人寻呼系统,该系统可以由地面调度中心导呼或群呼井下的工作人员,可用于生产调度与抢险救灾。该系统由位于地面的信息输入设备、大功率发射机、天线与工作人员携带的传呼机组成。调度人员通过信息输入装置将有关信息输入系统,系统将输入的信息转换成数字基带信号送发射机,发射机将数字基带信号调制成特低频数字信号经天线发射、穿透大地进入井下巷道,井下传呼机接收到特低频信号后,将其转换为工作人员能够识别的文字显示、声光等信号。该系统的天线根据所覆盖区域的大小、形状、接收机离地表深度、大地介质状况等设置,长度达数十公里。发射机功率也较大,达数千瓦。由于系统的信息输入装置、发射机与发射天线都置于地面,当井下发生灾变时,不会影响系统正常工作,系统可靠性高,但存在信道容量小、单向通信、电磁干扰大、应用范围受限制、施工难度大等问题。因此,透地通信系统只适用于调度与救灾辅助通信系统。

(5) “小灵通”通信系统

“小灵通”又叫无线市话,英文缩写就是PHS(Personal Handyphone System),它采用先进的微蜂窝技术,通过微蜂窝基站实现无线覆盖,将用户终端(即“小灵通”手机)以无线的方式接入本地电话网,使传统意义上的固定电话不再固定在某个位置,可在无线网络覆盖范围内实现自由移动通话并且可以在不同的基站控制范围内漫游,就是固定电话的有效补充与延伸。它具有以下特点: