现代化矿井通信技术与系统

提出了由矿用有线调度通信系统、矿井移动通信系统、矿井广播通信系统和矿井救灾通信系统等组成的煤矿井下通信技术体系。提出矿用调度通信系统应采用矿用有线调度通信系统。提出全矿井移动通信系统宜采用WiFi、3G、4G等通信技术。提出矿井广播通信系统既可采用矿用有线调度通信系统远程供电广播技术,也可采用基于以太环网和无源光网络的IP通信技术。提出矿井救灾通信系统应采用无线多媒体通信技术,宜采用WiFi和MESH等通信技术。提出矿井移动通信系统应满足手机脱网通信、基站脱网通信、无线自组织网络、接入煤矿井下有线宽带传输平台等要求。指出在手机脱网通信、接入煤矿井下有线宽带传输平台、无线自组织网络、矿用无线摄像机、基站脱网通信、多功能矿井移动通信系统、矿井无线宽带传输等方面,WiFi优于WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。提出多功能矿井移动通信系统和矿井无线宽带传输宜采用WiFi。     

矿井应急通信系统

分析了现有矿用通信系统用作应急通信系统的可行性:漏泄通信、感应通信、多基站移动通信、广播通信和救灾通信系统不能用作应急通信系统;矿用有线调度通信系统可用作矿井应急通信系统;透地通信系统可用作应急通信系统,但事故会造成长达百余米的井下发射天线损坏,影响井下向地面通信。提出了无线中继矿井应急通信系统:采用多级无线中继,无线传输距离不小于10km;井下电网停电或事故后,由备用电源供电;将基站、基站电源、基站电缆设置在机电硐室或加以防护;天线馈线埋入巷道,天线采用弧形或流线型结构紧贴巷帮或顶板;天线、基站及其电源、天线馈线、电缆等采用防水、防高温、防冲击设计;基站采用冗余布置。提出了无线+有线双链路矿井应急通信系统:具有有线和无线路由自动选择功能;有线网络结构宜选用抗故障能力强的星形结构、双树形结构或树形结构;双树形结构的电缆或光缆应设置在不同的巷道,或采用不同的电缆或光缆;基站与地面调度室之间没有需要供电的设备;采用树形或双树形结构的光缆时,应选用无源光网络。     

煤矿事故特点与煤矿通信、人员定位及监视新技术

分析了2009—2013年全国煤矿较大及以上瓦斯、水害和顶板事故特点:发生在采掘工作面事故最多,事故起数和死亡人数分别占78.54%和78.80%。提出移动通信、广播通信、救灾通信系统不宜用作矿井应急通信系统;矿井透地通信系统可用作矿井应急通信系统,但性价比低。提出将矿用有线调度通信系统用作矿井应急通信系统,具有性价比高的优点:将电缆埋入巷帮与底板夹角处;将井下电话机设置在硐室内,并加强防护;减少电缆接头,提高电缆接续的防水性能。分析了煤矿井下"智慧线"通信存在的问题:无中继传输距离短;本质安全型防爆制约供电距离;不能用于大容量主干传输;易发生短路等故障;外护套不耐爆等。     

煤矿井下安全避险“六大系统”的作用和配置方案

研究了煤矿安全监控系统在瓦斯、火灾等重特大事故监控与预警和事故调查中的作用,提出了系统的配置方案及基于煤矿安全监控系统的煤矿瓦斯爆炸等事故直接原因的认定方法;研究了煤矿井下人员位置监测系统在遏制超定员生产、事故应急救援等方面的作用,提出了系统设置方法;提出了以矿用调度通信系统和矿井广播通信系统为基础、矿井移动通信系统为补充的矿井通信联络方案,提出了严禁采用矿用IP电话通信系统和矿井移动通信系统替代矿用调度通信系统的观点;提出了高瓦斯矿井的入井人员宜携带隔离式自救器,且隔离式自救器宜选用压缩氧隔离式自救器的方案;提出了避难硐室的装备要求和避难硐室性能价格比优于救生舱的观点;介绍了矿井压风自救系统和供水施救系统。     

《煤矿安全规程》监控、通信与监视修订意见

提出了《煤矿安全规程》修订应增加矿井移动通信、广播通信、视频监视、人员定位、煤炭产量监测、矿井火灾监控、矿山压力监测、水文监测、远程监控等内容。提出了严禁矿井监控系统与视频监视系统共用信道;矿井有线调度通信系统的电缆必须专用;主干网络应采用具有冗余功能的千兆或千兆以上矿用以太光网络;矿井移动设备和无线接入等应优选WiFi、ZigBee、4G等技术。提出了煤矿安全监控系统和矿井有线调度通信系统等的关键光缆和电缆应分设两条,从不同的井筒或一个井筒的不同位置进入井下;系统光缆和电缆应具有防护措施;底鼓不严重的矿井,系统光缆和电缆应埋入巷道底板与巷帮夹角处。提出了煤矿安全监控系统应具有主要通风机监控、瓦斯抽采监控功能;具有呼吸尘浓度、总粉尘浓度实时在线监测功能;具有风向监测功能;具有瓦斯变化率等分析功能;具有煤与瓦斯突出报警功能;高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井应选用全量程和高低浓度甲烷传感器,优选激光或红外甲烷传感器;采用载体催化元件的甲烷传感器、便携式甲烷检测报警仪等甲烷检测设备,必须定期使用校准气样和空气气样调校,每15d至少调校1次;甲烷超限断电功能每15d至少测试1次;高瓦斯和煤(岩)与瓦斯突出矿井的采煤工作面,必须在上隅角设置甲烷传感器,报警浓度为1.0%CH4,断电浓度为1.5%CH4,复电浓度为1.0%CH4等。     

《煤矿安全规程》监控、通信与监视修订意见

提出了《煤矿安全规程》修订应增加矿井移动通信、广播通信、视频监视、人员定位、煤炭产量监测、矿井火灾监控、矿山压力监测、水文监测、远程监控等内容。提出了严禁矿井监控系统与视频监视系统共用信道;矿井有线调度通信系统的电缆必须专用;主干网络应采用具有冗余功能的千兆或千兆以上矿用以太光网络;矿井移动设备和无线接入等应优选WiFi、ZigBee、4G等技术。提出了煤矿安全监控系统和矿井有线调度通信系统等的关键光缆和电缆应分设两条,从不同的井筒或一个井筒的不同位置进入井下;系统光缆和电缆应具有防护措施;底鼓不严重的矿井,系统光缆和电缆应埋入巷道底板与巷帮夹角处。提出了煤矿安全监控系统应具有主要通风机监控、瓦斯抽采监控功能;具有呼吸尘浓度、总粉尘浓度实时在线监测功能;具有风向监测功能;具有瓦斯变化率等分析功能;具有煤与瓦斯突出报警功能;高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井应选用全量程和高低浓度甲烷传感器,优选激光或红外甲烷传感器;采用载体催化元件的甲烷传感器、便携式甲烷检测报警仪等甲烷检测设备,必须定期使用校准气样和空气气样调校,每15d至少调校1次;甲烷超限断电功能每15d至少测试1次;高瓦斯和煤(岩)与瓦斯突出矿井的采煤工作面,必须在上隅角设置甲烷传感器,报警浓度为1.0%CH4,断电浓度为1.5%CH4,复电浓度为1.0%CH4等。     

煤矿智能化与矿用5G

针对煤矿井下电气防爆、无线传输衰减大等特点,分析了矿用5G技术和适用范围:矿用5G宜采用本质安全型防爆;用于控制的矿用5G应具有较强的抗干扰能力;采煤工作面和掘进工作面地面远程控制宜选用矿用5G;煤矿井下车辆无人驾驶地面远程控制宜选用矿用5G;没有针对矿井移动通信特点研发的矿用5G性价比低于矿用WiFi移动通信系统;严禁用矿用5G移动通信系统替代矿用有线调度通信系统;没有针对煤矿安全监控特点研发的矿用5G不能替代煤矿安全监控系统;没有针对矿井动目标精确定位特点研发的矿用5G定位精度低于矿用UWB精确定位系统;450～6 000 MHz频率范围的矿用5G传输速率低于矿用WiFi6;没有针对煤矿井下固定设备监控特点研发的矿用5G可靠性低于矿用有线监控系统。指出了亟需针对煤矿井下安全生产特点,研发矿用5G,而不仅仅是对现有地面5G产品进行防爆改造。     

基于SIP的矿用应急通信业务系统设计

设计了一种基于SIP的矿用应急通信业务系统,详细介绍了系统架构设计及紧急呼叫、通信终端区域定位、多路对讲和语音广播等业务流程的设计。该系统遵循标准SIP协议及3GPP提出的标准SIP协议扩展框架,实现了具有较高集成度的矿用调度通信与应急通信业务系统,为矿山井下通信联络、安全生产提供了有效的联络手段与通信保障,提高了井下通信系统的综合利用率。     

煤矿井下有线宽带信息传输研究

指出要实现煤矿井下固定岗位无人值守、综采和综放等采煤工作面少人作业,应装备具有地面远程控制功能的煤矿监控系统、监视系统、矿用调度通信系统和矿井移动通信系统等;提出矿井信息传输系统应满足传输带宽宽、有线与无线相结合、抗故障能力强、传输距离远、可靠性高、标准化、安全性好等要求;在分析星型、环型、树型和总线型等煤矿井下有线传输网络结构优缺点的基础上,提出了双巷双缆、单巷双缆、单缆双树冗余结构,认为理想的煤矿井下有线传输网络应采用双巷双缆或单巷双缆双树冗余结构;提出煤矿井下有线宽带传输应采用基于无源光网络的矿用以太网或基于有源光网络的矿用以太网的观点,并提出了这两种矿用以太网的主要性能与技术指标要求。     

KT280型矿用救灾无线通信系统

<正>KT280型矿用救灾无线通信系统由中煤科工集团常州自动化研究院研制推出,可用作为矿井救援通信、应急通信、局部通信等装备,实现井下救援现场和指挥中心之间无线通信网络的快速部署与组网,提供包括语音、视频、数据在内的移动多媒体通信联络与调度指挥通道。     

煤矿应急通信保障系统的设计

提出了一种煤矿应急通信保障系统的设计方案。该系统的核心即应急救援软件平台通过中继网关、专用转换器等设备整合井下扩播电话机、小灵通、WiFi手机、调度电话机、井下广播系统,从而实现各通信系统间的互联互通;该系统通过应急救援软件平台实现与矿井人员定位系统的互联互通、与矿井工业以太网的综合接入。实际测试结果表明,该系统具有线路管理、音频播放、一键通、广播及应急通信救援等功能,提高了应急救援工作的效率。     

解决航天员不能随时打电话问题的构想

本文首先概要说明了手机的通信原理,提出了航天员不能随时和地面保持通信的原因。其后提出并分析了航天员随时与地面保持通信联系的设想。设想在地球同步卫星上建立太空基站,使“太空基站”之间、“太空基站”和近地轨道卫星之间、“太空基站”和地面接收站之间的通信畅通．并指出航天通信和地面通信网络实现有效连通的关键技术。     

数字矿山通信网络无线基站的设计与实现

针对现有矿井通信系统各自封闭、相互之间不能兼容的现状,提出基于WiFi的数字矿山通信网络系统的设计方案,设计开发用于构建通信网络系统的无线基站。该无线基站采用先进的可编程片上系统技术,实现WiFi语音通话、WiFi视频监视、人员定位等多种功能,为矿山资源开采的可视化、可知化和生产过程的可控化提供技术支持。测试结果表明,该基站网络性能好,能满足实际应用的要求。     

终端基站定位的GPRS通信方案设计

为了满足电网公司对自动化计量终端的安全管理要求,通过移动通信技术采集位置信息对计量终端及其内部安装的SIM卡进行定位,设计了基于移动通信技术的两种计量终端定位监测方案,使用移动基站来对计量终端进行定位,阐述了两种方案的通信结构并进行研究比较,旨在选择出一种具有推广价值的方案,为终端基站定位技术的大规模推广应用的可行性提供依据和实施途径。     

DS/FH混合扩频通信应用于矿井移动通信系统的研究

矿井移动通信系统是矿井安全生产、抢险救灾的重要保障。为了提高矿井移动通信系统的可靠性和稳定性,文章提出将DS/FH混合扩频技术应用于矿井移动通信系统的方案,从理论上对DS/FH混合扩频技术进行了详细分析,在此基础上,基于Systemview建立了通信系统的仿真模型。仿真结果和系统的误码率特性分析证明了DS/FH混合扩频技术应用的可行性,为矿井移动通信的发展提供了重要的理论依据。     

矿井广播系统及其在煤矿应急通信中的应用探讨

介绍了矿井广播系统的发展历程和基于IP技术的矿井广播系统、基于CAN总线的矿井广播系统和基于无线Mesh网络的矿井广播系统的研究现状,分析了3种广播系统的特点:基于IP技术的矿井广播系统实现了从地面调度室向井下工作面可靠而快速地下达紧急通知,但是光缆主要铺设在大巷中,网络覆盖率低,并且使用IP广播需要大量IP空间,而矿井环境复杂,设备布设困难,不易接收信号,抗灾变能力差;基于CAN总线的矿井广播系统具有传输距离远、通信速率快、通信方式灵活、传输稳定等优点,但由于各节点不平等共享总线带宽,会出现多个节点同时竞争总线的情况,影响通信的稳定性和实时性;无线Mesh网络具有可靠性高、覆盖范围广、组网灵活等优点,但由于无线Mesh的多跳机制,随着无线Mesh网络规模的扩大,跳接越来越多,积累的总延迟也越大。指出随着煤炭行业转型升级,煤矿安全生产技术的不断完善,矿井广播系统将朝着提高抗灾变能力、功能多元化、系统智能化和多系统融合化的方向发展;从安全监测、调度指挥、信息传输3个方面总结了矿井广播系统在煤矿应急通信中的应用前景,指出矿井广播系统与人员定位系统结合是未来煤矿调度指挥的典型模式,有线和无线路由自适应功能将极大地提升应急通信系统的抗灾变能力和可靠性。     

矿用TD-SCDMA无线通信系统在绿水洞煤矿的应用

详细地介绍了矿用TD-SCDMA无线通信系统的方案选型、系统组成及功能特点,阐述了矿用TD-SCDMA无线通信系统在绿水洞煤矿的应用情况。应用结果表明,该系统性能稳定可靠,容量大,通话效果好,基站覆盖范围大,可较好地满足煤矿井下移动通信的需求。