基于现代化矿井的通信技术

朱德娟

（云南人防建筑设计院有限公司 云南省昆明市 650000）

在现代化的环境下，通信技术在不断的突破与创新，以及机械化是现代化煤矿的发展的主要方向。煤矿企业充分地利用信息技术，不仅实现了供电、通风、运输等工作环节的无人看守，还减少了综采、综放等工作人员，更是保证了煤矿的安全生产与高效生产。然而，真正地实现上述目标，需要我们加强对信息技术的有效利用，充分的发挥出地面远程控制功能，加强视频系统与监视系统，进而为矿井通信系统的发展奠定坚实的基础。如图1所示。

1 现代化矿井通信技术体系

1.1 调度通信系统

调度通信系统要符合矿用标准，在通信系统的搭建过程中，要以矿用有线调度通信系统为核心基础。在矿用有线调度通信系统的配备上，多芯通信电缆是主要的工具，保持安全栅与地面调度交换机的有效连接，防止矿井下断电所带来的消极影响。即便是出现了事故停电也不会，对整个通信系统的运营也起到了安全的保障。换而言之，矿用有线调度通信系统是最可靠且最安全的煤矿井下通讯系统，无论紧急避险，还是生产中的特殊情况，煤矿井下有线系统始终发挥着积极的作用[1]。

有线固定电话是矿用有线通信系统的技术设备，在运行过程中要保证线路的安全性，一旦线路出现问题，会出现使用不便利的现象，无法满足井下移动工作。在掘进与采煤活动中，工作人员要向调度室汇报工作情况，汇报时首先要走到固定电话的区域，调度室在安排工作内容时，也要以固定电话的形式开展，一旦在固定电话的区域内没有工作人员的话，那么消息自然也无法传达。尤其在发生事故时，地面调度室人员无法第一时间联系到井下工作人员，而井下工作人员也不能在第一时间将井下情况汇报给调动室。

所以，有线通信系统的设备选择一定要更加科学、更加合理，同时兼顾通信与方便两个方面，设备的选择上以IP 网络交换设备与程控数字交换机为主。但矿用防爆交换机与矿用IP电话通信系统，要在井下供电的情况下才能使用，一旦出现井下电力系统事故时，直接影响到了系统的正常运转。所以，矿用IP 电话通信系统不能完全代替有线系统。换而言之，有线调度通信系统与IP 电话通信系统进行充分的比较，前者性能要优于后者。

1.2 移动通信系统

移动通信系统一定要具备便捷与及时的特点，便于井下移动人员的通信，方便调度指令的传达，方便生产情况的沟通，有效的降低井下生产的安全隐患，有助于人员撤离与救助，进而提高了井下生产的整体质量与整体效率。然而，矿井移动通信系统基站设备要通过井下供电才能正常工作，一旦出现井下生产事故或者断电的话，整个工作系统会出现瘫痪。无论对生产活动，还是对员工的人身安全都造成了严重的危害，如果不能及时开展施救活动，所造成的后果可能不堪设想。

图1

虽然基站会配备了数小时工作时长的备用电源，但安全性依然得不到充分的保障，安全性能也低于有线通信系统。因此，矿井移动通信系统并不能作为主要的通信方式，更多以辅助系统的形式出现，想完全代替有效通讯系统，还需要科学技术的持续发展。通常情况下，煤矿井下的移动通信系统一般会分为两个基础层面，分别是局部移动通信系统与全矿井移动通信系统，前者实现了整个煤矿井下工作面的完整覆盖，而后者则是通过Wi-Fi，以及3G、4G、5G 网络等通信技术。矿井局部移动通信系统相对全矿井移动通信系统而言，有着投入较少的优势，但是功能方面也有着较大的局限性。现阶段，局部移动通信系统通常采取Wi-Fi 通信手段[2]。

1.3 广播通信系统

广播通信系统是人员调动与信息指令传达的有效手段，以及调度信息等通过显示屏或广播的形式通知井下工作者，也是井下紧急避险的主要工具。然而，矿用广播通信系统也需要井下供电才能实现正常的工作，备用电源也无法保证广播系统的正常运行。尽管广播通信系统在矿下发挥着积极的作用，却依然只起到了辅助功能，不能将其视为系统的核心，防止出现因井下断电对正常的生产经营所造成严重的影响。

在矿井广播通信系统中，不仅要具备显示屏与广播的功能，还要具备地面紧急呼救功能，只有实现双向语音通信，才能保证通信的高效性与可靠性。矿井广播通信系统除了正常的报警与调度外，还会在播放一些生产调度信息，加强了设备的利用率。在矿井广播通信系统的技术选择上，通常情况下会以无源光网络IP 通信技术或以太环网为主。

1.4 救灾通信系统

救灾通信系统更多的应用在救援队伍中，给井下救援打下了坚实的通信系统，保证救援队伍与指挥部门之间的有效联系。在煤矿井下救灾通信系统中，除了具备语音通信功能，还要采取图像监视、环境监测、人员监护等诸多的功能，让整个救援工作能顺利地开展。在矿井救灾通信系统中，主要包含了两个分系统，分别是无线系统与有线系统。

有线救灾通信系统，不仅实现了通信的安全性与可靠性，而且通信电缆还能充当探险绳索。无线救灾通信系统还可以根据通信方式进行细分，多媒体救灾通信系统的有效应用，打破了传统语音救灾系统的束缚，在多媒体救灾通信系统的技术选择方面，多以感应通信为主。此外，MESH 与Wi-Fi 也应用到了无线通信系统中，实现了对井下救援的全面监视。

1.5 应急通信系统

应急通信系统的主要功能是抢险救灾、危险报警、组织人员撤离、被困通信联络等。在正常的生产活动中，当瓦斯爆炸等事故发生后，给整个通信系统带来了破坏性的打击，甚至会出现断缆，停止供电等现象，无论是有效通信系统，还是无线通信系统，都无法保障正常的通信联络。因此，在煤矿井下避难硐室放置天线与发射机，能有效的提高与地面指挥室的相互联络，然而，该种方式也有自身的缺陷，不适合较深的矿井[3]。

此外，应急通信系统应用在临时施工活动中，能有效的提高临时施工的工作质量与工作效率，极大程度地保证了生产的安全性。在煤矿井下临时施工活动中，通信系统要充分的发挥出便捷的作用，在实际生产活动中，一旦出现通信系统的大规模破坏。此时，应急通信系统能充分地发挥出便捷的优势，便于布设通信网络。因此，在煤矿井下临时施工活动中，通常选择MESH、Wi-Fi 等技术手段建设应急通信系统。

1.6 通信系统技术体系

根据上述分析，我们发现矿井通信系统由多个通信系统构成，每个通信系统都有着自身的功能与作用，具体包括有线、移动、广播，以及救灾通信系统，为煤矿井下的安全生产提供着通信基础。例如，可靠是有线系统的主要特性，便捷性与实时性是移动系统的主要特征，而广播系统则充分地发挥着信息传递的作用与功效，救灾系统的等，在多种通信系统的共同作用下，极大程度的满足了矿井的通讯要求。

2 移动通信的特殊功能

2.1 脱网通信

通常情况下，瓦斯爆炸等事故会极大概率地造成设备损坏、断缆，以及井下供电系统损坏等现象，进而导致有线、移动、广播通信系统工作无法正常的运行。手机中脱网通信功能的合理安置，只要在无线范围内，就能发挥求救信号，实现被救人员与被救人员之间的有效联络。此外，不仅能提高矿灾后的搜救效率，对井下临时施工的开展也起到了正向作用。相比传统的CDMA 通信系统，Wi-Fi 有助于手机脱网通信功能的实现[4]。

2.2 井下有线宽带网络

在煤矿井下施工活动中，地上调度室与工作面之间的最大距离高达10 千米左右，较长的距离直接衰减了无线的传输力度。通常情况下，无线传输距离在几百米，因此，宽带在煤矿井下传输，应采取有线传输。同时，根据煤矿井下的具体环境，选择相适应的网络基础。一般会选用基于TCP/IP 协议的无光源网络或者以太环网。

2.3 无线自组织网络

上面我们已经提到，随着煤矿井深度的不断延长，网络信号会出现大幅衰减，为了降低因事故所导致的无线通信系统的损坏，要通过MESH 技术，保证在网络衰减的情况下，实现通信网络的搭建与重组。在Wi-Fi 环境下，MESH 技术能极大程度地提高移动通信系统的整体性能。值得注意的一点是，基于CDMA 矿井移动通信系统，无法发挥MESH 技术的诸多优势，可能会导致无线自组织的网络异常现象。

2.4 无线摄像机

在现代化煤矿的生产过程中，地面远控，以及无人值守等成为了主要的发展趋势。而这些目标的实现，不仅要建设具有地面远程控制功能的通信系统与监控系统，还要充分发挥视频监控系统的作用，无线摄像是最先进的视频监控设备，基于Wi-Fi 技术环境下，无线摄像机发挥着重要的作用。

2.5 基站脱网通信

为了降低煤矿事故而造成的消极影响，一定要加强脱网通信功能的有效建设工作，如果煤矿不幸发生矿难，未被损坏的基站会通过备用电源建设井下通信系统。无论是Wi-Fi 环境下，还是CDMA环境下，都能满足脱网通信功能的建设，相比之下基站脱网通信对网络环境的要求较低，井下适应性较强。

2.6 无线宽带传输

通常情况下，Wi-Fi 的传输距离达到300 米左右，传输速度也会大于54Mibt，同时还有体积小、便于接入、发射功率小等诸多的优势。井下无线宽带传输平台通常基于Wi-Fi 环境。因第3 代移动通信传输系统的参数较低，难以满足手机脱网通信，当有线宽带接入后，要采取协议转换的方式进行优化，然而在带宽的限制下，依然无法满足井下无线宽带传输要求。

2.7 越区切换

构成煤矿井下的巷道较多，工作面与地面之间的距离较远，而无线传输距离又较近，所以需要在煤矿井下布置基站。在煤矿的正常生产活动中，会经常性的出现跨越基站覆盖区域的现象，此时我们要确保移动终端的信号连续性，只有保证信号的连续性，才能实现正常的通信，保证消息传递的有效性，而此时就要使用越区切换技术。在众多的移动通信技术中，CDMA 的越区切换性能较好。而Wi-Fi 属于无线技术，越区切换性能较差，但在煤矿井下环境中，工作人员的运动速度相对较慢，即便是乘坐运输工具，也无法实现快速的移动，因此，在Wi-Fi 环境下，依然能实现越区切换，对井下使用不会造成任何影响。

3 结语

综上所述，随着信息化时代的到来，矿井通信系统为煤矿安全生产奠定了坚实的基础与保障，充分地发挥着及时、安全、高效、可靠的性能。矿井通信系统的组成部分可简单的划分为四大类，分别是有线、移动系统等。煤矿井下实现了手机脱网通信、矿用无线摄像机等多种技术，基于Wi-Fi 环境下的矿井移动通信技术，几乎各个方面都优于第三代移动通信技术。因此，Wi-Fi 逐渐成为了多功能矿井监控、监视、通信系统的最优选择。