煤矿无线通讯新技术的应用

文/边文宇

由于煤矿工作的空间范围广，且地理条件相对较差，在井下作业时，复杂的环节和简陋的环境使得员工之间的通讯较为不便，一方面会影响到工作效率，一方面会引发安全问题，所以提高煤矿通讯的质量是十分重要的任务。在当前信息时代，如何运用新型的无线网络通讯技术，提升井下通讯质量，是非常重要的问题。

1 煤矿无线通讯的特点分析

1.1 通讯效率较低

在煤矿井下工作时，传播介质一般为半导体，这导致无线通讯的频率相对较低，另外会大幅影响到电波的辐射能力，所以在实际的煤矿通讯中，如果不加入先进的技术，无线通讯的效率并不高。

1.2 接收点信号薄弱

电波信号会随着无线电的长距离传播渐渐减弱，煤矿下面的电波信号减弱速度会比地面更快。另外在矿井下电波信号会受到各种折射和阻挡，衰减的程度增加。在上述情况下，接收点的电波信号会十分薄弱。

1.3 煤矿信号受到严重干扰

电波信号在煤矿井下传递时，不仅会因为折射和穿透阻挡等原因发生减弱，还会受到多重的干扰。因为矿井下用电设备较多，电源网络较为复杂，在工作过程中会影响到无线通讯的网络信号，所以矿井下使用无线通讯时，对其质量和功能的要求更高。

1.4 通讯设备要求较高

矿井下面相比较地面来说，会有更多的灰尘杂质，且更为潮湿，这些简陋的环境条件都对无线通讯设备的质量提出了更高的要求，相关单位需要对此提高重视，不要为了节省开支而购买质量不达标的通讯设备。

2 传统煤矿无线通讯技术

2.1 感应通信技术

感应通信技术很早就在国外被采用，它是一种利用电磁感应原理借助传感线传输信号的通信方法，频率通常高于几十千赫兹。基站发送电信号在感应线上传输，然后会在感应线周围形成一个以感应线为中心的交变同心圆磁场，如果移动台处于磁场的有效距离中，就会感测到相应的电压，放大并检测后便可获得发送的信号。相反的，当移动台发送信号时，在感测线路中产生相应的电流信号，并通过感测线路将其发送到基站。由于感应通信耦合衰减和传输衰减都比较高，所以通信距离不能过远，一般情况下不大于两千米。为了在整个矿井中实现无线通信，需要串入中继器，我国在几个矿山进行了试验后，发现电力不足和干扰较强使得该方法暂时没有普及。

2.2 漏泄技术

漏泄通讯技术最早在我国发明并被运用在矿井工作中，是一种解决有限空间内（如矿井）通信问题的新技术。此技术利用高频的信号，借助矿井中铺设的漏泄电缆实现矿井中车辆和工作人员的双向通讯，可以克服矿井下面高强度的电磁干扰，解决高频信号无法在矿井巷道中自然传播的缺陷，此技术的发明使得有线电话通讯成为了历史，是当前矿井无线通讯的一种重要手段。但它也存在一定的缺点，其只能进行人员间的通信联络，却并不能定位施工人员的位置，不能提高工作的安全性，需要进行一定的技术改进。

2.3 井下小灵通

矿用井下小灵通通讯技术是为了保证矿井工作安全而使用的多功能无线通讯技术。该技术与漏泄技术相比更系统化全面化，可以实现有线、无线系统之间的通信，矿井下的手机和手机至今、矿井下手机和地面手机之间、矿井下手机和地面固定电话之间等都可实现双向通信，更为方便快捷。现在国内的很多矿产企业都在使用井下小灵通通讯技术，便捷的沟通提高了矿井工作的效率。该技术的一大优点是后期维护的成本较为低廉，使企业的运营和效益得到了大幅的提升。

2.4 Wi-Fi技术

Wi-Fi 技术是基于互联网的通讯技术，在矿井操作中的主要优势是较为灵活且成本低廉，此方式终端接收类型也较多，但是和上述的井下小灵通通讯技术相比，其没有宽带的数据业务，在数字化通讯发展方向上没有前景。

2.5 透地通信系统

透地通信是一种用于紧急通讯的无线电通信方法，以大地作为电磁波的传播介质。透地通信系统由地面设备和井下设备组成，且双方都含有独立的主机和收发天线，另外矿井所用的透地通信系统采用了一种特殊的低频信号，可以穿透到较深的地下，信号经由矿石和土地传播，从而实现井下和地面的双向通讯，当发生突发灾害时，井下工作人员可使用此技术与地面取得联系。透地通信的优点是系统性能良好，体积小重量轻，操作方便，但其缺点是施工难度较高，且应用范围受限，所以一般只用于灾难发生时的紧急通讯情况。

3 煤矿无线通讯新技术

3.1 拓展的Wi-Fi技术

随着人们对无线网络依赖性的增强，Wi-Fi逐渐成为了新时代的发展方向，但是传统的Wi-Fi技术只能满足居民小范围的网络需求，对于远距离的信息传输来说，需要改进传统的Wi-Fi 技术，所以拓展的Wi-Fi技术应运而生。该技术是基于Mesh系统的新型无线网络通讯技术，Mesh系统是一种具有移动宽带特征，并可以动态拓展和平衡，且稳定性更高的新型网络结构，与传统的Wi-Fi技术相比，Mesh无线系统中每个节点都能与一个甚至多个对应节点直接通讯，且成本更低，通讯效果更强。拓展的Wi-Fi技术的一大优势是，如果近处的Ap 信号被堵塞，数据信号会及时辨别并把信号快速切换到流量更小的 Node 上，在煤矿行业中运用拓展的Wi-Fi技术能提供更广阔的网络覆盖范围，且能连续不断地进行无障碍的信号传输，提高了煤矿行业信息通讯的质量。

3.2 全球微波接入互操作性技术

全球微波接入互操作性技术简称WiMAX技术，该技术是一种无线城域网技术，它可以实现一对一、一对多的信息传输，且其信号传输范围十分广，此种远距离传输的优势使得该技术不仅能实现无线网络的接入，还可以成为有线网络的无线拓展，拓宽了无线网络的传输面积。此技术不仅信号传输范围广，还能保证信号传输的稳定性，当前煤矿生产企业已将其作为一种大力推广的无线通讯技术。

3.3 国内自主研发的Mc Will技术

Mc Will技术，全称多载波无线信息本地环，是我国自主研发的新型无线通讯技术，它是一种宽带数据和窄带语音的融合接入系统，该技术的主要优势是实现了语音通信。国内目前开发的McWiLL系统主要有两个版本（R4版本和R5版本），其中R4版本主要应用于固定无线接入系统，服务于高速传输的宽带数据业务；R5版本则是面向移动的无线接入系统，能满足高速的数据和语音传输需求。该技术覆盖范围广、数据吞吐量高、并发用户容量大、能承载多种服务项目，在煤矿开采工作上能提高语音通讯的效率。

4 煤矿无线通讯技术的优化方向

4.1 构建新型的移动通信系统

上文中可知，电波信号在矿井中的减弱程度较高，通信距离成为了制约矿井通讯的问题，传统的数据和语音通信技术已不能满足当前矿井工作的通讯需求。当前研究的目的便是构建新型的移动通信系统，来解决矿井工作的范围广、信号弱等问题。可以引用全新的网络结构，采用WiMAX技术和Mc Will技术等新型煤矿无线通讯技术，实现信号的远距离、高效率、稳定性传输。

4.2 构建自动化的数据共享系统

当前矿井的无线通信系统多为封闭式系统，通信协议和信息传输不兼容，想要与矿井中的其它监测设备关联十分困难，这时无法实现数据的大范围共享，对工作的开展起不到更大的帮助作用。所以矿产企业可以构建自动化的数据共享系统，实现数据的自动化上传和部分是设备的自动化操作，省却了管理人员下达指令的通讯时间，提高了工作的效率和全面性。

4.3 实现工作人员的定位和监督

除了提高无线通讯技术，在具体的管理内容上，也应该加以重视。可以对地下操作员工进行实时定位，不仅可以监督其工作情况，还能保证其人身安全。另外还可以对矿井下工作人员的工作情况进行全面监控，这样可以合理规划开采线路，科学布局工作内容，这也是上述无线通讯的目的之一，可以通过此种管理方式实现。

5 小结

本文介绍了几种传统的煤矿无线通讯技术，如感应通信技术、漏泄技术、井下小灵通、Wi-Fi 技术、透地通信系统等，并提出了几种新型的煤矿无线通讯技术,包括拓展的Wi-Fi技术、全球微波接入互操作性技术、Mc Will技术等，并在最后提出了煤矿无线通讯技术的优化方向。