探讨煤矿井下无线通信技术应用

摘　要：随着经济的发展，先进的无线通信技术已被广泛运用。由于近几年煤矿安全事故的频发，解决煤矿的安全生产问题已经迫在眉睫，无线通信技术在煤矿井下的应用已经成为煤炭开采时实时掌握井下工作人员的分布及设备作业情况，实时监测井下数据、提高抢险救灾，安全救护效率和及时搜救的必备系统。

关键词：煤矿　井下无线通信　技术应用

中图分类号：TN92

文献标识码：A

文章编号：1007-3973（2012）006-001-02

1 引言

煤炭是我能重要能源之一，也是各行业的基础燃料。随着我国经济的飞速发展，对于煤炭的需求也与日俱增，随之而来的是煤矿开采规模的加大、对井下工作人员的需求增多，致使井下的安全系数及保证井下工作人员的安全问题已经不容忽视。近几年我国对煤炭行业的安全生产也越来越重视，我国由于地质条件限制，煤炭的开采主要以井下为主，一个矿井深达几百米，要想解决井下的安全生产问题，实现矿井的安全调度和通信保障是首要问题。而矿井作业地点分散，地形复杂造成监控区域的流动性较大，相比有线通信系统，无线通信在井下的可移动性，不但方便系统接入，也能更实时地把监控数据发送至地面监控中心，最大限度地提高安全生产效果。

2 煤矿井下无线通信技术的应用

2.1 PED井下无线通信系统

PED井下无线通信系统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。PED井下无线通信系统由传输系统、PED软件、PED接收机三部份组成。该系统主要用于井下急救，在矿井发生突变或紧急情况时，发射PED系统运用其超低频信号可以穿透岩层至井下任何位置，并与井下工作人员取得联系，可以使井下工作人员在最短时间内采取应急措施或迅速撤离，最大限度地减少伤亡和保障井下工作人员的生命安全。由于 PED系统全部置于地面，即使发生安全事故时还是不会影响系统的正常工作，可靠性较强。但也因为信道容量小、电磁干扰大、应用范围受限制致使PED系统只能用于传呼、简单遥控等工作内容。

2.2 CDMA无线通信系统

CDMA无线通信系统是在扩频通信技术的基础上发展起来的无线通信技术。CDMA技术的原理是基于扩频技术，将需要传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。CDMA无线通信系统在2007年才获得认准进入煤矿无线通信领域，所以目前来说普及率并不高，但因为CDMA无线通信系统不但具备井上下作业人员语音通信还具备数据和图像的传输功能，通话及语音质量都较高。该系统由服务器、操作维护子系统、无线交换机、基站控制器、基站、功率分配器、功率合成器、近端光模块、矿用无线信号变换器、线路耦合器、无线功分器、数据终端、视频终端、手机等组成。

2.3 VHF漏泄无线通信系统

VHF漏泄无线通信系统是指利用漏泄电缆的漏泄原理实现煤矿井下无线通信。目前世界上漏泄系统产品较好的是加拿大的FLEXCOM，我国也于上世纪末引进并使用。

尽管漏泄无线通信系统具有信号稳定、电磁干扰小等优点但是由于每隔一段距离便要放置1个中继器，而中继器越多，信号越不好，而且安装的线路放大器和中继站都需要配备蓄电池，各个通道也只能用于固定的设备，利用率不高。

2.4 KT14型矿井无线通信系统

KT14型矿井无线电蜂窝状全双工移动通信系统利用感应传输的原理，选择高于一般感应通信的频段，把感应通信中无法解决的大区域问题，划分为若干个稳定可靠的小蜂窝区域，从而较好地解决了纵向衰耗与耦合衰耗的关系，既保持了感应通信投资费用低的特点，又实现了漏泄通信中的信道稳定的优点，同时独创性地实现了全双工、双向全自动进出中继及等位拨号的功能。KT14无线通信系统由KTJ6型移动通信程控交换机、KT8013型安全耦合器、KLT3型小区中继站、KDW16型不间断电源、KTW1型手机及矿井现有的电话线、信号电缆等组成。该系统将井下分成若干个无线电小区，每个小区有1个小区中继站，5个小区为一个区群，区群内信道频率值不同，区群与区群之间的频率可以重复使用。

KT14型无线电通信系统具有以下特点：

(1)因为是蜂窝状组网，致使信道可以重复使用而且也使该系统可以有更多的通信频道。

(2)实现全双工无线语音通信，节约费用。

(3)KTJ6移动通信程控交换机因为与上一级高度交换机相连，使该系统无论对新矿或老矿都适用。

但该系统的缺点是只能用于语音通信，不能用于图像传输。

2.5 WIFI无线通信系统

WIFI是Wireless Fidelity的英文缩写，即无线保真。WIFI无线通信系统由AP（Access Point）和无线网卡组成。其最大的优点就是传输速度快，在应用于煤矿井下时，煤矿工作人员可以在井下无线通信、人员定位、监测数据收发、视频信号无线传输、多媒体通信及构建井下无线局域网。但WIFI的信号及易受到外界干扰，使数据的精确度受到影响，而且因为WIFI收发器不能覆盖超过半径90M以外的区域，致使如果深距离的矿井则必须安装大量的基站，致使安全成本过高。

2.6 超宽带（UWB）无线通信系统

超宽带（UWB）通信是一种利用纳秒级窄脉冲发送信息的技术。该技术于2002年2月14日首次获得美国联邦通信

委员会批准后用于民用通信，因为之前仅限于军事等方面的限制，导致很快便成为了各国研究无线通信技术的新热点，在煤矿井下的应用也成为该无线系统的另一个范围。由于井下的环境复杂，导致如今煤矿井下的通信系统设备制造成本过高、抗干扰能力差、携带不便、使用范围受限制等诸多问题。而现有的超宽带技术则有传输速率高、功耗低、抗多径衰落能力强、系统结构简单、体积小、成本低、灵活性强、系统复杂性低等特点。

UWB无线通信系统技术在应用于煤矿井下时由于窄脉冲信号波中的单周期脉冲因为会影响到通信系统性能，所以选择简单的一阶高斯波形窄脉冲信号不但可以避免采用技术难度高的五阶高斯波形还降低了对系统的设计要求，而且超宽带（UWB）在应用时不受地面条件限制也不存在对其它窄带通信的干扰问题。基于这一特点超宽带还可以分为短距离高速通信和远距离低速通信。短距离高速通信主要是用于传输煤矿井下视频监测信号、机械设备振动故障监测、地音信号、煤与瓦斯突出时的电磁辐射信号等信息的无线接入，所以在传输时针对地是对采样频率高而且是对移动设备或移动地点的监测。而远距离低速在煤矿井下传输的数据一般用于井下移动电话、临时地点或设备的工况监测和环境参数监测等。

超宽带（UWB）无线通信技术在井下的应用给煤矿井下无线通信技术带来一种全新的通信技术手段。要使超宽带（UWB）更好地适应于在煤矿井下的运用，不但要结合其低功耗、高数据率、抗多径能力强、系统复杂性等特点还要根据煤矿井下的复杂环境来研制出应好更先进地适合煤矿井下的超宽带无线通信系统。

3 结束语

综上所述，每种无线通信系统不管是距离、成本、速率等都有其自身的优缺点，但是为了煤矿井下生产的安全，即使在一个煤矿井下出现多种无线通信系统也是为了生产安全所需。

随着社会的进步和我国煤矿事业的不断发展，加上我国的煤矿开采条件又比较复杂，煤矿自动化不够普及、井下作业人员文化水平偏低导致煤炭生产力水平也整体偏低。进一步研究和实现煤矿井下无线通信技术，对于创造安全生产环境、保障井下工作人员的生命安全与提高应急通信系统都是一项极为重大的任务。

参考文献：

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