关于矿井救援通信保障的几点思考

王 明

（山东省消防救援总队，济南 250102）

0 引言

某日，某县的一煤矿发生一起火灾事故，经过34小时的紧张救援，11名被困矿工全部被救出。此次通信保障任务，传统消防通信装备显得捉襟见肘，表现为：一是当前消防队伍配备应急通信装备无法在井下搭建有效的通信网络；二是井下环境十分复杂，无人机不能进行地下飞行，机器人也难以抵达一线救援现场，实现图像回传；三是井下有线通信网络破坏严重，无法有效利用固定通信网络。

想要建立稳定可靠的井下通信链路，笔者认为需从两个方面下手，一是建立稳定可靠的现场应急通信网络，二是利用机器人、无人机等侦查装备进行图像回传，解决最后一米的问题。

2 当前解决矿井通信的几种通信技术对比

2.1 常见矿用通信技术

就目前来看，我国矿用通信以有线为主，国内外现有的煤矿井下无线通信技术有透地通信、感应通信、漏泄通信、矿用载波通信、矿井CDMA 通信、WIFI 通信、ZigBee 通信技术等。其中前4种无线通信技术因为通信效率低下、铺设难度大、维护成本高等问题，导致应用效果不佳。而矿井CDMA 通信、WIFI 通信、ZigBee 通信三种通信技术，需要在布设大量固定基站，适合于煤矿建设时同步推进建设，不符合消防通信队伍对装备的便携性要求。

2.2 Mesh 网络

通过对Mesh 网络的研究发现，Mesh 技术能够满足在复杂密闭空间内的应急通信需求。

无线Mesh 网络又被称为无线网状网（Wireless Mesh Networks，WMN），与无线局域网有相同的传输标准。无线Mesh 网络具有自我修复与管理、连续动态扩展、传输速率高且可快速部署等特点。这种多跳网络可自动配置，具有学习性和自愈性。

无线Mesh 网络的拓扑是点对点的网状结构，是一种对等式网络结构，单个节点与相邻节点互相通信，是一种自组织网络。

2.3 Mesh 网络在消防通信领域的应用

目前，部分消防队伍已配备了基于Mesh 网络的城市重大灾害及地质性灾害应急通信系统，用于解决地下、隧道等复杂环境下的通信网络问题，具有较强的便携性及稳定性。

但是，就矿井通信网络搭建而言，目前消防队伍的Mesh 网络设备不具备防爆性，在矿井各种易燃易爆气体环境下，难以确保绝对的安全。另外，消防队伍的Mesh设备多依靠人工架设，在大多数矿井救援条件下，难以延伸至救援一线。

3 机器人在矿井救援中的应用

近十年来，国内外救灾机器人的探索研究成果显著，在通信、安全、控制、照明、能源、传感等重点需求上取得了较大成就。但是，成功深入井下进行救援任务的案例屈指可数。

3.1 部分矿井救援应用案例

较为典型的案例有2006年美国西贡山矿难救援、新西兰派克河矿难的军用机器人和西澳水务机器人、俄罗斯沃尔库塔“北方”煤矿矿难的机器人。

因新西兰派克河矿难使用的机器人较多，环境更为复杂，比较具有代表性，下面进行简要介绍。

3.2 新西兰派克河矿难机器人应用案例

2010年11月19日，新西兰西海岸的派克河煤矿发生瓦斯爆炸事故。救援人员打通了一个长度为162m、直径为15cm 的救援孔，将摄像机、空气成分探测仪和声音探测仪等送入井下，未发现任何生命迹象。

救援队将新西兰军方提供的2台排爆机器人、西澳大利水务公司的1台管道机器人和由美国运来的1台机器人送入矿井开展搜救，均未达到预期效果，并在多次爆炸中全部损毁。

救援结束后，派出了第五台水务机器人进行事故调查。该机器人拍摄了大量巷内的视频资料，但由于自身过于笨重，也被留在了矿井中。

3.3 救援机器人发展现状

目前，救援机器人设计中普遍存在灵活性、防水性、防爆性难以兼顾，具备良好防护性能的机器人通常也比较笨重，在复杂的井下环境难以达到预期。同时续航能力和传感器复杂度设计之间也存在一定的难题。

从世界范围内看，煤矿救灾机器人目前只是初步使用，效果并不理想，只能对非常有限的巷道环境和刚发生矿难后的快速调查、矿难之后的灾后调查等阶段使用，达不到预期的效果。

3.4 无人机井下飞行侦查的可行性

就目前无人机技术而言，由于无人机飞控技术、电池续航能力、防爆防水及井下复杂环境对飞手心理素质等方面的重大难题，无人机井下救援方案不可行，同样条件下，使用机器人效果更好。

4 几点思考及建议

下面，提出一种研发思路及解决方案：

（1）研发新一代基于Mesh 网络的井下救援应急通信系统。该系统应在目前消防队伍Mesh 装备的基础上，具备搭建速度快、搭建方式简单、适应能力强、鲁棒性强、节能省电和良好扩展性等特点，便于在现场快速有效的建立稳定高效的无线通信网络。

（2）研发适合井下救援通信的机器人。井下救援机器人研发设计过程中，应着重对新能源动力系统、智能化行走、防爆材料轻量化、多种传感器融合等方面进行考虑，同时采取无线加有线的通信方式，建立稳定可靠的传输机制。

（3）将应急通信无线网络与机器人进行自适应融合，利用无线网络为机器人提供通信及控制网络，并在条件允许的前提下，研发井下救援机器人群组，形成井下救援机器人编组，并可按照职能不同进行分别设计，高效解决井下侦查、通信、救援、灭火等一系列问题。

5 结束语

目前在井下救援通信方面，无论是无线网络搭建还是救援机器人的研发，均处于相对空白期，究其原因主要是市场需求不足、政策许可限制和技术发展屏障。因此，想要较好的解决井下救援通信问题，需协同高校、企业等进行自主研发，作出真正符合消防队伍应急通信特点的解决方案。