基于光纤通信的井下瓦斯浓度检测网络

摘 要：本文设计了一种应用于矿井下的光纤通信传感网络，该网络在矿井下工作，可以克服恶劣的工作环境，同时保障瓦斯浓度信息、人员位置信息等实时地传递给主机，从而保证安全生产的要求。

关键词：光纤通信网络 矿井环境 瓦斯浓度信息 人员定位信息

中图分类号：TN818 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（a）-0034-01

我国是煤炭资源大国，而我省又是煤炭主要生产地。作为基本的能源材料，开采煤炭的过程成为人们关注的热点。近年来，随着经济的飞速发展，煤炭的需求也日益增长，而在追求产量的同时疏忽安全问题也是常见的现象，导致全国煤矿事故频发，给人民生命财产带来严重损失[1]。在中国，每百万吨死亡率在0.9左右，而相比国外发达国家，这个比例实在是太高了，在美国，每百万吨死亡率大约0.04左右，印度为0.4，俄罗斯为0.3，南非为0.12。因此，加强矿井下安全监控非常重要[2]。

煤矿安全监控是复杂系统工程，监测系统是安全管理的重要部分，在防灾、减灾等方面提高生产效率。随着矿井安全的不断提高，研究一套实时监测瓦斯浓度、人员定位的通信网络势在必行。

光纤通信的发展速度非常快，其单位时间内传输信息量大是其主要特点。而其建设费用也随着数量的增多而大大减小，并且具有体积小、质量轻、抗电磁干扰能力强、保密好、抗干扰能力强等多种优点[3]。本文研究设计了一种用于矿井下工作的光纤通信网络，用于传输瓦斯浓度、气压、湿度、人员位置信息等多种信息，有效地满足实时监控的要求。

1 光纤通信网络系统

在整个矿井下，设置多个信标节点和矿帽节点，矿帽节点就是对应的人员位置，每个人员位置上的瓦斯浓度信息以及湿度、位置等信息通过无线传输模块传个与之相近的信标节点。而信标节点实际上就是光纤通信输入端，采用光纤传输完成相应信息的交流，系统设计如图1所示。

2 在井下应用光纤通信网络的特点

光纤通信的传输容量大、抗电磁干扰能力强、损耗小等优点得到重视。井下光纤通信与地面光纤通信是不同的，由于井下环境恶劣、湿度大、巷道曲折、距离短等情况复杂，所以在具体应用过程中比较困难，而其将电信号转换为光信号，不存在防爆、电磁干扰等特性有适合井下的特殊环境。

（l）矿井光纤通信的优点。

光纤通信容量大，通信能力强。满足矿井瓦斯、人员位置等信息的传输要求。光纤损耗低，一般几十公里才需要考虑放大，可靠性高。而电缆一两公里就要中继放大，在空间狭窄的井下是十分不利的；抗电磁干扰性能强。光纤本身不导电，避免了电缆间的电磁干扰，而别的电磁信号也很难影响光信号。抗噪声干扰能力强，在井下照明等电噪声不能影响光信号。而众多电气设备的闭合电弧等均不会影响光纤通信；适应环境能力强。对于潮湿、多灰、瓦斯等气体对光纤网络基本没有影响。光纤随温度变化小、抗腐蚀、氧化性能强。由于光纤不导电，使用光纤通信安全，不存在接地等问题；防爆性能好。井下含有易燃易爆气体，井下工作需要有防爆性的器件，光纤不会引起环境爆炸等问题；经济性。光纤质量轻、体积小，操作、运输方便，节省大量的铜、铝等金属，且损耗低，总成本低。

（2）矿井光纤通信的缺点。

光纤采用光信息，而终端设备为电处理器，所以需要光电转换，增加了应用成本。与电缆相比，抗拉强度小、而脆性又大，敷设过程复杂。光纤的维修、检测需要专用设备，维修复杂，护理成本高。

3 井下光纤通信网络实施步骤

针对井下巷道变化的特点，敷设光纤时，采用专用设备，保持光纤的平直，曲率半径不小于50 cm，减少损耗。由于井下通信量低，数据信息单一，可以不采用复用技术，降低技术实现成本。针对井下工作距离短、分支多的问题，可以省略对光纤距离衰减的计算，直接采用通信数据。采用技术成熟、价格低廉的C.652光纤就能满足设计要求，还可以将路由器、集线器以及交换机设备组网，既增加了网络灵活性，又对维护及管理带来方便。

4 结语

设计了一种应用于矿井下的光纤通信传感网络，分析了井下光纤网络的特点，并给出了井下光纤网络的实施步骤。

参考文献

[1]郝丹，闫柏旭.光纤通信概述[J].中国科技信息，2010，11（7）：112-113.

[2]刘中奇，王汝琳，周明.基于光纤通信的矿井通信应用策略研究[J].煤炭机械，2004，2（2）：39-40.

[3]Michael Buchwitz. Retreval of CH4，CO，CO2 total column amounts from SCAMACHY near-infrared nadir spectra： Retrieval algorithm and first results[J].SPIE，2004，5235：375-388.