时间：2014年04月11日 分类：推荐论文 次数：
摘要：近几年煤矿安全事故频发，安全问题日益受到人们的关注。随着技术的发展，无线通信技术也逐渐被应用于煤矿井下作业中，这就一定程度上避免了一些煤矿安全事故的发生，保障了井下工作人员的人身安全，同时也保障了作业的安全进行。本文主要探讨了几个主要的无线通信技术在煤矿井下的应用。
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鉴于煤矿安全事故造成的巨大经济、人员损失和严重的政治社会影响，国家的“十一五”规划中，提倡通过自主创新和集成创新的模式推动煤矿重大灾害防治关键技术的研究，坚持以人为本，提高发展质量，建设高产高效的现代化矿井。煤矿的安全生产被提高到了一个新的高度，其中矿井安全调度与应急通信保障是首先需要解决的问题。由于矿井地形复杂以及综采面等监控区域的流动性大，与有线生产调度系统相比，无线安全调度系统“即铺即用”，随时随地可在矿井构建移动通信网络，方便流动接入，可实时把监控数据发至地面监控中心，极大地提高了调度和监控效益;并且在矿难的应急通信中，即使现有通信系统遭到破坏，也可利用无线通信设快速组网，接收传输监控数据，动态掌握井下人员的分布及设备作业情况，并保证地面指挥中心与井下抢险工作面的实时通信，提高抢险救灾、安全救护效率和搜救效果。随着近些年我国煤矿无线通信市场的迅速发展，众多专网无线通信技术纷纷涌入了该领域，如：PAS、无线电泄漏通信技术、 WIFI无线局域网、以及今年最新出现的基于全球第四代移动通信标准之一的Next Generation Advanced PHS(简称NGP)技术。
一、WIFI技术介绍及应用
1、WIFI技术介绍
WIFI(Wireless Fidlity)又称为802.1lb标准，使用2.4HGz直接序列扩频，最大传输速率为54bit/s，并可根据信号强弱把传输速率调整为5.5bit/s、2bit/s及1bit/s。在2.4GHz及5GHz频段上免许可，具有成本低、终端便携、宽带等特点，组网系统主要包括无线站点、AP节点及网络服务器，站点和节点问可以实现级联连接或组建局域网，站点可以实现几乎Hub的所有功能。WIFI技术在地面的短距离无线通讯中已有多年的应用，相对其他无线宽带技术来说比较成熟可靠。由于WIFI协议本身限制其设备的功率，使这类设备可以设计成符合煤矿安全要求的本质安全型设备，增加在井下的使用范围，并且可以改变井下无线通讯长久以来一直徘徊在窄频范围的现状。
2、WIFI技术应用到煤矿井下主要解决的关键技术
2.1节点有线信号远距离传输技术。
2.2节点本安供电技术。
2.3节点无线信号天线及覆盖方式。
2.4手持机本安处理及电池安全保护技术。
2.5适应井下工业以太环网传输的信号节点技术。
2.6系统组网方式及拓扑结构研究。
二、无线电漏泄通信技术
无线电漏泄通信技术完全适应煤矿井下巷道、装备和作业的特点,是近年来国际上在煤矿井下采用的最先进的通信技术。
1、无线电漏泄通信技术的基本原理
利用漏泄电缆及双向中继放大器技术，解决了无线电波在井下巷道非自由空间不能远距离传输的难题。漏泄通信就是在巷道中敷设一条开放式的射频同轴电缆，射频电磁波信号沿着它一边传输，一边向周围空间幅射，从而该电缆同时起着传输线和天线的作用，在电缆周围形成一个连续无线电波漏泄场，使巷道任何截面都有足够的无线电波场强。实现漏泄电缆长天线和流动天线之间的双向可逆藕合。使流动台和基地台之间复杂的远距离电磁波传播转化为流动台与漏泄电缆之间简单的近距离传播。无线电波沿电缆传输时，必然带来传输损耗，必须对其电波损耗进行补偿，这就需要增加中继放大器，通过漏泄电缆加中继放大器构成矿井巷道中无线电波传输的通道，是无线电波传播的媒介。
2、无线电漏泄通信系统的特点
目前煤矿井下所应用的比较成熟的通信技术有：有线通信系统、光纤通信系统、无线电漏泄通信系统三种。三种通信系统在煤矿井下的使用都比较普遍，各具优势。
有线通信系统：是较早采用现今仍普遍应用的通信技术，应用比较广，接线简单，故障排查方便，但使用不灵活，只能用于固定场所或作业地点，对移动设备和流动作业等不能适应。
光纤通信系统：现今比较先进的通信技术，其具有传输速率快，频带宽，误码低，但存在初期投入大，接续困难，故障排查、处理不便，只能适用于固定点和场所等缺点。
无线电漏泄通信系统：较有线通信和光纤通信系统而言，综合以上两种通信技术的特点，接续及故障排查、处理方便，传输速率快，频带宽，误码低，初期资金投入适中，特别是使用方便灵活，非常适合于井下移动设备或移动作业岗位。随着矿井自动化水平的不断提高，固定岗位、固定岗位人员不断减少，取而代之的将是大量流动性巡检、维护人员，因此移动性通讯装备是首选，也是必须配备的。无线电漏泄通信系统将在煤矿井下发挥巨大的、不可替代的作用。
3、无线电漏泄通信技术的应用
矿井无线电漏泄通信系统与地面上的无线电通信系统主要区别在于无线电波传输的通道，地面无线通信是以地球表面无限空间作为无线电波传输的媒介。无线电传输到的地方，通过无线电接收机实现话音通信以及图像、文字、数据信息的交换，而矿井无线电漏泄通信是以漏泄电缆加双向中继放大器作为传输通道。利用这个信道，不仅实现话音通信，而且能与地面无线通信一样实现图像、文字、数据信息的传输与交换，经过多年来漏泄通信的实践证明是成熟的技术。目前煤矿井下瓦斯、风量等环境参数以及工作面机组和胶带机工况监测控制数据传输到地面进行数据处理，从而了解和掌握井下瓦斯、风量参数以及生产工况等情况，这些数据完全可以纳入漏泄传输信道来实现。
三、井下“小灵通”系统的可行性
小灵通，又名无线市话PAS(Personal Access Phone System)，是目前我国电信市场上一种新的通信手段，它是一种新型的个人无线接入系统;采用了微蜂窝技术，以无线方式接入固定电话网，依托固定电话网提供通信服务。具有移动电话的便利，固定电话的价格，发展空间非常广阔。
1、无线通信系统功能
1.1主要功能
1)全双工通话实现本系统与调度通信系统并网，解决系统部井上、下点对点的全双向通话。
2)井下人员定位监视井下携带手机人员的动态位置，突发事件时可判断险区人员、数量、位置、身份。
3)统计报表、考勤提供监视区域内的人数、身份、工作区间历史记录和实时记录的统计报表。4)短消息、语音信箱系统具备向携带手机人员发送短信指令功能和实现语音信箱、语音留言查询功能。
5)系统能根据实际需要覆盖井下巷道
6)交换机支持的附加业务
1.2设计原则
1)信息查询平时为高级管理人员提供考勤作业、人员定位等多方面信息查询;
2)高效动作发生事故可通过系统及时获悉巷道作业人员的数量、位置、身份，保证抢险救灾和安全救护工作的高效运作;
3)安全可靠系统设计确保安全性、可扩容性、易维护性和易操作性。
四、NGP(新一代PHS)
1、NGP作为全球第四代移动通信的技术平台之一，符合国际电信联盟ITU标准，有国家电信公网商用运营的历史，全世界在网用户人数1亿，企业专网用户人数已超过500万，其技术先进性、标准性、成熟性、可靠性和实用性当然不言而喻。在我国煤矿通信领域，已有煤炭科学研究总院、天地科技常州自动化分院、中国矿业大学、重庆梅安森等多家著名煤炭科研企业采用了NGP技术解决方案进入了矿井无线通信市场。NGP技术综合了传统矿井小灵通移动语音组网通信质量好和WIFI宽带数据接入传输能力强的优势，实现了语音视频数据的并网传输，完成了矿井人员定位、井下综合自动化监控、移动通讯调度等系统的光纤环网无缝对接和多网合一，彻底解决了困扰煤矿多年的全网数据统一通信和信息孤岛的问题，为广大煤矿生产企业节省了多网重复建设的巨额成本，代表了我国未来煤矿多网IP融合和无线一体化通信的发展方向。
2、NGP技术在煤矿井下应用的主要特点和技术优势如下：
2.1与传统矿井小灵通系统依靠电话线通讯传输不同，NGP系统中的基站、基站控制器和移动交换机全部依赖以太网平台传输，可直接与井下光纤环网无缝对接，实现了全网一体化统一通信，为煤矿节省了大量的通信电缆!同时，也为煤矿RFID人员定位、井下视频监控、煤矿综合自动化监控、矿井无线通讯调度等多系统的多网合一奠定了通讯传输基础。
2.2 传统矿井小灵通手机定位必须依靠系统不断地向其发起虚拟呼叫和轮流查询，才可保证矿工位置信息的及时更新，严重影响正常的手机呼叫;而新一代PHS的空口协议支持手机主动定位，无需系统任何操作，手机即可实时准确地把自己的位置信息自动上报移动交换主机，也可与成熟的RFID技术结合，实现矿工在井下的精确定位和移动跟踪。
2.3 NGP技术的最大亮点就是支持基于手机键盘平台操作的移动指挥调度，使调度员彻底摆脱了传统的固定调度台的束缚，调度员可随时随地及时便捷地完成对全矿生产的指挥调度与通讯管理，是真正意义上的移动生产调度系统。
2.4 NGP技术除了提供传统矿井小灵通的短信服务功能外，还可支持系统短信告警群发与手机短信内容分析，以及SMS内容自动匹配后联动终端声光电报警。
2.5 NGP基站具有宽带视频接入和窄带串口数据采集监测分控功能，其接收灵敏度和井下直线通信距离较比传统矿井小灵通更远。
五、结束语
随着社会的进步和我国煤矿事业的发展，加上煤矿井下开采条件又比较复杂，所以为了加强井下作业人员的安全，应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：
[1] 蔡涛，李旭，杜振民.无线通信原理与应用[M].电子工业出版社，2004.
[2] 孙维.基于WIFI技术的矿井无线通信系统的设计与应用[J].煤矿安全，2010.