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地下矿井通讯技术及其应用探讨

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摘要:主要分析地下矿井通信技术的特点,介绍几种常见的地下矿井通讯技术,并详细探讨WIFI无线网络在矿井中的具体应用。

关键词:地下矿井;通讯技术;无线通讯网络

引言

由于煤矿开采的环境十分复杂,煤矿开采过程中遇到瓦斯泄露、突水、冒顶等现象,很容易导致安全事故,严重威胁到煤矿工人的生命安全。因此,为了确保煤矿生产的安全性,矿井一般安装了监控系统和传感设备,及时掌握地下矿井作业人员的位置。然而传统的定位系统无法实现对井下作业人员精确定位,所以无法确保井下作业人员的安全。将现代通信技术应用于地下矿井的开采过程中,可以实现对井下作业人员精确定位,通过通信设备及时将矿井人员的位置信息和煤矿运行数据信息发送到矿井管理中心,管理中心和地下矿井人员随时保持联系,一旦发生异常情况,立即通知地下矿井人员进行撤离,确保地下矿井人员的生命安全。因此,通信技术在地下矿井广泛应用。

1地下矿井移动通信系统特点

地下矿井的工作环境复杂,普通的公共通讯系统已经无法满足地下矿井的通信环境要求。因此,地下矿井移动通信系统具有自身特点[1]。

1.1具备防爆功能

由于地下矿井生产过程中会产生大量的瓦斯、甲烷等易燃易爆的气体,通信设备在运行过程中如果遇到甲烷或者瓦斯很容易发生爆炸现象。所以通信设备必须具备防爆功能,这样才能保证通信设备正常运行。

1.2发射功率小

由于地下矿山的通讯设备长期运行,设备温度不断提高,如果超过了设备温度限值,则可能导致高温爆炸或者起火等现象。为了避免通信设备运行过程中出现爆炸现象,尽量选择功率比较小的设备。一般设备功率不能超过25W。

1.3抗干扰能力比较强

地下矿井生产过程中需要生产设备、电气设备、探测设备等一系列与矿井生产相关的设备,这些设备在运行过程中对通信系统造成一定的困扰,比如电力设备运行过程中,可能产生电力磁场,从而影响到通信系统的发射频率。同时,由于地下矿井的空间比较狭窄,需要大量的挖掘设备、探测设备,为了避免电磁干扰,所以通信设备必须具备一定的抗干扰能力[2]。

1.4抗故障性能好

我国地下矿井生产已经进入深井作业,矿井生产过程中,很容易出现粉尘、瓦斯、突水等现象,所以设备运行过程中很容易出现故障。一旦设备出现故障,可能影响到通信系统的正常运行。因此,地下矿井必须具备一定的抗故障能力,一旦通信系统出现故障,自身必须具备一定的愈合能力,确保整个通信系统正常运行。

2地下矿井通讯技术

我国地下矿山通讯技术从最开始的特定生产部门向全矿转变,从单一的语音功能到现在的语音、视频、数据通往传输的综合通信系统,从固定的有线通讯网络向无线综合通讯网络转变。当前地下矿井通讯技术主要有漏泄通讯、有线通讯、无线通讯系统以及网络电话四种。

2.1漏泄通讯

漏泄通讯是无线通讯最早的雏形,它主要由传输设备、移动设备、通信基站构成,这种通讯系统采用泄露电缆传输通讯信号,并覆盖到矿井所有的巷道。泄露电缆指在稀疏编织的同轴管外导体上开挖一系列的槽空或者缝隙,通信基站发射的无线信号一边沿着电缆进行传输,另外一边向周围人泄露,让矿井工作人员可以用特定的移动通信设备接收信号并进行通话[3]。

2.2有线通讯

矿井最早使用的通讯方式是有线通讯,有线通讯指利用电力电缆或者通信电缆进行通讯,由于地下矿井地质条件复杂,地下水比较丰富,区域电缆很容易受到损耗,发生腐蚀、损坏现象,信号质量不是很稳定。

2.3井下无线通信系统

无线通信系统是目前井下矿山使用最广泛的通讯系统,该系统主要由信号传输设备、传输基站、供电设备、控制设备、移动终端等构成。其中通信基站作为信号传输终端,采集移动终端的数据信息并将信息进行编码传输。交换机和控制器通过电力光缆通信信息传输到地面交换机;供电设备主要为通信系统提供电源。为了确保通信安全,所有矿井的电源系统使用空气开关,便于井下电源检修。通讯系统采用蜂窝式组网方式,以通信基站作为覆盖点,周围多个基站共同组成一个通信网络系统。井下无线通讯系统具有以下特点:第一,无线通信系统结构复杂、基站基数比较大、成本比较高,一般适合大型矿山。第二,无线通信系统使用蜂窝式组网,适合巷道分布比较复杂的矿山。第三,无线通信系统施工比较复杂,对维修管理要求比较高。第四,电子元件很容易腐蚀,线路容易被挂断。这种无线通信系统有利于矿山作业,员工不需要从巷道出来跑到几百米外的地方打电话,也不会因为通信系统不便利,导致矿难发生以后无法及时救援[4]。

3WIFI通讯技术在矿井通信系统中的应用

随着无线通信技术的快速发展,为了满足智能手机、移动终端网络需求,无线WI-FI技术快速发展,WI-FI是一种可以允许电子设备连接到一个无线局域网的技术,一般使用2.4GUHF或者5GSHFISM射频频段,它通过无线电波进行联网,这种无线通信技术部需要布线、传输速度快、组网方便,是当下使用最广的一种无线网络传输技术,将其应用在矿山生产中,可以满足矿区移动办公需求[5]。

3.1矿区无线局域网设置

某矿区需要在全矿区范围覆盖移动通讯网络,因此分别在监控中心、矿场、沙泵站3个地方安装了3个网桥,这三个网桥通过光纤接入到中心机房的交换机上,监控中心的交换机通过路由器和因特网链接,所有的办公设备通过监控中心的交换机链接IPPBX语音网关,矿区的程控交换机和中国电信公用数字交换网连接。通过这些硬件设备,可以实现全矿区范围内WIFI语音通信要求,通过无线局域网就可以实现VOIP的功能,不需要支付其他的语音通信费用,就可以实现语音通话,从而节省了整个矿区的通讯费用。

3.2井下定位跟踪系统

由于矿区的生产环境比较恶劣,为了确保矿井工作人员的生命安全,需要对矿区的工作人员进行精确定位。将WIFI网络结合GPS全球卫生定位系统和传感技术,在每一个矿井作业人员身上安装接收器,定位跟踪系统根据煤矿工人的工作场地自动定位,并实时对工作环境进行监视、控制,一旦出现异常情况,定位跟踪系统立即发出警报,矿井及时安排工作人员和设备进行撤离,从而确保煤矿生产安全[6]。

3.3智能化控制系统

随着现代采矿业的发展,将煤矿通信系统引入PWM和MCU等技术,将物联网、控制器、传感器、红外线、感应器等应用到煤矿监控系统,可以实现对煤矿的生产过程进行实时监控,了解煤矿生产过程中的温度、湿度、二氧化碳浓度、瓦斯浓度等参数。监控系统将采集到的数据信息传递到煤矿监控系统,地面监控中心的工作人员通过手机、电脑等移动客户端就可以了解矿井生产情况,并通过移动端进行远程操作控制,及时调整矿井温度、湿度,降低通信设备运行温度,防止通信设备因为温度导致起火或者爆炸等现象。

4结语

安全是采矿企业的生命线,地下矿井作业过程中,必须采取有效的措施,确保矿井生产安全。当前,大量先进技术和设备广泛应用在矿区生产过程,极大提高了采矿工作效率。但是与此同时,井下作业环境越来越复杂,对通信质量要求更高。因此,必须结合实际情况,选择合适的通讯网络[7]。

参考文献

[1]顾登贤.地下矿山通讯技术分析及其应用研究[J].通讯世界,2015(15):2-3.

[2]陈在明.矿山电子设备及数据通讯的防雷措施[J].信息化建设,2015(12):214-216.

[3]吴佰侠.基于WIFI通信技术的地下矿山生产调度系统设计[J].科技风,2015(16):61-62.

[4]贾安民,黄寿元.GPRS无线通讯技术在矿井通风监控系统的应用[J].现代矿业,2016(11):211-213.

[5]景占杰.地下矿山智能化采掘基础系统的规划设计[D].西安:西安电子科技大学,2014.

[6]杨旭,余学祥,张迎伟,等.煤矿开采沉陷自动化监测系统设计与实现[J].测绘工程,2015(9):39-43.

[7]胡东涛.基于物联网的非煤地下矿山安全监测预警决策平台研究[D].武汉:武汉理工大学,2014.

作者:肖雄 单位:中煤科工集团重庆研究院有限公司

光通信研究杂志责任编辑:张雨    阅读:人次