现代化矿井通信技术与系统.doc

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1、工 矿 自 动 化 第 卷 第 期 年 月 檾檾檾檾殧科研成果文章编号：（）：孙继平现代化矿井通信技术与系统工矿自动化，（）：现代化矿井通信技术与系统孙继平（中国矿业大学（北京），北京）摘要：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 、 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 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 和 等通信技术。 提出

2、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，优于 、 和 。 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 。关键词：矿井；移动通信；调度通信；广播通信；救灾通信；应急通信；中图分类号：文献标志码：网络出版时间：网络出版地址：（），）： ， ， ， ， ， 收稿日期：。基金项目：国家自然科学基金重点项目 （）；国家自然科学基金项目 （）；国家高技术研究发展计划 （ 计 划 ）资

3、助 项 目（）。作者简介：孙继平（），男，山西翼城人，教授，博士，博士生导师，中国矿业大学（北京）副校长；获国家科技进步二等奖 项（其中第 完成 人 项、第 完成人 项）；作为第 完成人获省部级科技进步一等奖 项；作为第 完成人主持制定中华人民共和国煤炭行业和安全生产行业檾殧檾殧， ， ， ， ：； ； ； ；本质安全型 防 爆 电 话 附 近 无 人，将 无 法 实 现 通 话。引言特别是，当发生事故时，地面调度室人员不能及时通知井下作业人员，井下作业人员也不能将险情及时 向调度室人员报告。矿用有线调度通信系统的交换设备宜选用程控 数字交换机、 网络交换设备等，严禁采用矿用 电话通信系统替代

4、矿用有线调度通信系统。 这是因 为矿用 电话通信系统中的矿用本质安全型防爆 电话和矿用防爆交换机设置在井下，均需井下供 电；当井下发生瓦斯超限停电或故障停电等时，会影 响系统正常工作。 矿用 电话通信系统的可靠性 远不如不需井下供电的矿用有线调度通信系统。现代化煤矿的发展方向是机械化、信息化和自动化，其实现目标： 供电、排水、通风、压风、运输、 提升、瓦斯抽 采 等 固 定 岗 位 无 人 值 守，地 面 远 程 控 制； 综采、综放等采煤工作面少人作业，地面远程 控制； 减少煤矿井下作业人员，实 现 煤 矿 安 全 高 效生产。 要实现以上目标，不但需要具有地面远 程控制功能的矿井监控系统、

5、视频监视系统，还需要 及时可靠的矿井通信系统。煤矿井下通信技术体系矿井通信系统是煤矿井下安全避险“六大系统”之一，在煤矿安全生产调度、安全避险和应急救援中 发挥着重要作用。 矿井通信系统包括矿用调度通信 系统、矿井移动通信系统、矿井广播通信系统、矿井 救灾通信系统等。矿井移动通信系统矿井移动通信系统具有通信及时、便捷的优点，提高了井下流动人员通信的及时性，为及时下达调度指令、沟通生产信息、通报安全隐患、事故撤人和 救援提供了通信手段，促进了煤矿安全生产，提高了 生产效率。 但由于矿井移动通信系统的基站等设备 需井下供电，瓦斯超限断电或事故停电会影响系统矿用调度通信系统矿用调度通信系统应采用矿用

6、有线调度通信系 统。 矿用有线调度通信系统中的本质安全型防爆电 话，通过多芯矿用通信电缆中的 芯，经安全栅与地 面调度交换机相连，不需要井下供电。 瓦斯超限断 电或事故停电均不会影响系统正常工作。 当井下发 生事故时，只要电话不坏，电缆不断，系统即可正常 工作。 因此，矿用有线调度通信系统是煤矿井下最 可靠的通信系统，在生产调度、紧急避险和应急救援 工作中发挥着重要作用。由于矿用有线调度通信系统中的本质安全型防 爆电话是有线固定电话，存在着使用不方便、不能满 足煤矿井下移动工作的需求等问题。 采煤工作面和 掘进工作面 等 区 域 的 作 业 人 员 要 向 调 度 室 汇 报 情 况，需行走较

7、远的距离，到装有本质安全型防爆电话 的地点。 调度室人员要与井下作业人员通信，需由正常工作。 虽然基站配有 不 小 于 的 备 用 电 源，但其可靠性远不如不需井下供电的矿用有线调度通信系统。 因此，矿井移动通信系统是矿用有线调度 通信系统的重要补充，但决不允许用矿井移动通信 系统替代矿用有线调度通信系统。矿井移动通信系统分为全矿井移动通信系统和 局部移动通信系统。 全矿井移动通信系统可以覆盖 煤矿井下巷道、硐室和采掘工作面等作业地点，宜采 用 、 等通信技术。矿井局部移动通信系统主要用于未装备全矿井移动通信系统的煤矿，实现电机车调度通信等，与全 矿井移动通信系统相比，其系统投入较少。 矿井局

8、 部移动通信 系 统 宜 采 用 通 信 技 术，也 可 采 用 漏泄通信等技术。本质安全型防爆电话附近的人员转告或呼叫。 如果 年第 期孙继平：现代化矿井通信技术与系统 矿井广播通信系统矿井广播通信系统能及时将调度指令、撤人信 息等通过防爆喇叭和显示屏通知井下作业人员，是 煤矿井下紧急避险的重要工具之一。 但由于矿井广 播通信系统的防爆喇叭等设备需井下供电，瓦斯超 限断电或事故停电会影响系统正常工作。 虽然井下 配有不小于 的备用电源，但其 可 靠 性 远 不 如 不 需煤矿井下供电的矿用有线调度通信系统。 因此， 矿井广播通信系统是矿用有线调度通信系统的重要 补充，但决不允许用矿井广播通信

9、系统替代矿用有 线调度通信系统。矿井广播通信系统除应具有语音广播和显示功 能外，还宜具有井下紧急呼叫地面、双向语音通信等 功能。 广播 通 信 系 统 除 作 为 事 故 撤 人 和 报 警 通 信 外，在正常生产时，还可作为生产调度广播通信。 这 样既提高了设备利用率，又保证应急通信时设备完 好，做到“平战结合”。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 通信技术。用于被困人员的矿井通信系统煤矿井下发生的瓦斯爆炸等事故会造成线缆断缆、设备损毁、供电中断等，因此，矿用有线调度通信 系统、矿井移动通信系统和矿井广播通信系统均难 以保障事

10、故被困人员的通信联络。 参考文献提 出电缆埋入的方法，以减少瓦斯爆炸等事故对通信 系统的影响，但这只适用于矿压和底鼓不严重的矿 井。 技术可以根据正常工 作 的节点自组 织 网络，但当节点被瓦斯爆炸等事故连片摧毁时，也不 能保障被困人员的通信。透地通信系统具有受瓦斯爆炸等事故影响小等 优点，但其传输带宽窄，只能传输短信和指令，不能 传输语音和图像，常用于地面向井下单向通信。 用 于被困人员通信联络的通信系统，不但要指挥被困 人员紧急避险（即地面向井下通信），还要了解被困 人员位置、人数、现状和需求等信息（即井下向地面 通信）。 因此，需要在煤矿井下避难硐室内设置发射 机和天线，实现避难硐室内双

11、向透地通信，这对于开 采深度较深的矿井是比较困难的。适宜地面钻孔的避难硐室，应优选地面钻孔，通 过在钻孔内敷设通信、监测、供风和供水管线，实现 被困人员与地面的双向通信等。 矿压和底鼓不严重 的矿井，可采用通信、监测、供风和供水管线埋入的 方法，减少瓦斯爆炸等事故对通信等系统的影响。矿井救灾通信系统矿井救灾通信系统主要由矿山救护队配备，用 于救护队员与井下救援基地和地面救援指挥中心通 信联络。 矿井救灾通信系统除应具有语音通信功能 外，还宜具有图像监视功能， 、 、温度等环 境监测功能，救护队员心跳、体温、姿态等监测功能。矿井救灾通信系统分有线系统和无线系统。 矿 井有线救灾通信系统将通信电缆

12、兼做探险绳。 矿井 无线救灾通信系统又分为语音救灾通信系统和多媒 体救灾通信系统。 早期的矿井无线救灾语音通信系 统主要采用感应通信等技术，新近研制成功的多媒 体矿井无线救灾通信系统主要采用 和 等通信技术。为满足煤矿井下应急救援对图像监视、环境监 测、语音通信的需求和方便快捷的要求，矿井救灾通 信系统应是 多 媒 体 无 线 通 信 系 统，宜 采 用 和 等通信技术。用于临时施工的矿井通信系统为提高工作效率，保障安全生产，煤矿井下临时施工需要布设方便快捷、使用方便的通信系统。 矿 用有线调度通 信系统和矿井 移 动 通 信 系 统 故 障 期 间，也需要布设方便快捷、使用方便的通信系统。

13、因 此，用于 煤 矿 井 下 临 时 施 工 等 的 通 信 系 统 宜 采 用 和 技术或 技术。矿井通信系统技术体系通过上面分析，不难看出，矿井通信系统应由矿 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。 充分发挥矿 井有线调度通信系统的可靠性、矿井移动通信系统 的实时性、矿井广播通信系统的及时性、矿井救灾通 信系统的便捷性等优点，共同满足煤矿安全生产和 应急救援对矿井通信系统的需求。矿井救灾通信系统由矿山救护队配备，矿用有 线调度通信系统、矿井移动通信系统、矿井广播通信矿井应急通信系统矿井应急通信系统主要用于事故报警、人员撤 离、被困人员通信联络、抢

14、险救灾、临时施工等。 矿 井应急通信系统除上述用于抢险救灾的矿井救灾通自组织网络及手机和基站脱网通信功能的矿井移动通信系统，还可以采用基于 和 的多媒 体矿井救灾通信系统。当然，随着矿井通信技术的发展，矿用有线调度 通信系统、矿井移动通信系统、矿井广播通信系统将 会融合为全矿井综合通信系统，并进一步融合为全 矿井综合监控、监视与通信系统，以便于用户装备、 使用与维护。动重组。在基 于 的 矿 井 移动通信系统 中，采 用 技 术 十 分 方 便。 但 在 基 于 、 的矿井移动通信系统中，采用 技术却异常困难。矿用无线摄像机现代化煤矿要实现：供电、排 水、通 风、压 风、运 输、提升、瓦斯抽采

15、等固定岗位无人值守，地面远程 控制；综采、综放等采煤工作面少人作业，地面远程 控制等。 要实现以上目标，不但需要具有地面远程 控制功能的矿井监控系统和矿井通信系统，还需要 视频监视系统，其中无线摄像机是必不可少的。为提高性 价 比，矿 用 无 线 摄 像 机 宜 采 用 技术。矿井移动通信特殊要求煤矿瓦斯、水、火、顶板等事故威胁着煤 矿 安 全生产，也影响着矿井移动通信系统的正常工作。 因 此，矿井移动通信系统不但要考虑煤矿井下无线传 输的特点，还要考虑瓦斯爆炸等事故对系统的影响。 这就要求矿 井 移 动 通 信 系 统 具 有 手 机 脱 网 通 信 功 能、基站脱网通信功能、可接入煤矿井下

16、有线宽带传 输平台、便于无线自组织网络等。基站脱网通信为减少瓦斯爆炸等事故的影响，矿井移动通信 系统宜具有基站脱网通信功能。 具有基站脱网通信 功能的系统，当 发 生 断 缆 等 故 障 时，没 有 损 坏 的 基 站，在其备用电源有电的时间内，可提供基站无线覆 盖范围内的手机通信。基于 的矿井移动通信系统较易实现基站 脱网通信功能，而基于 、 的矿井移动通信系统要实现基站脱网通信 功能，需在基站中增加软交换功能。手机脱网通信瓦斯爆炸等事故会造成光缆和电缆断缆、设备 损毁、供电中断等，使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 无 法 正 常 工 作。 如果矿

17、井移动通信系统的手机具有脱网通信功能， 在手机无线覆盖范围内，就能满足被困人员与救援 人员、被困人员与被困人员之间的通信联络；还可用 于灾后遇险人员搜救和煤矿井下临时施工通信。基于 的矿井移动通信系统较易实现手机 脱网通信功能，而基于 、 的矿井移动通信系统则难以实现手机脱网 通信功能。多功能矿井移动通信系统手 机 和 基 站 均 具 有 脱 网 通 信 功 能， 技术便于通过无线中继提高传输距离。 因此， 除可用于全矿井移动通信系统外，还可用于多媒体矿井救灾通 信 系 统、临 时 施 工 通 信 和 局 部 通 信 等。接入煤矿井下有线宽带传输平台煤矿井下工作面至地面距离长达 余千米，但 煤

18、矿井下无线传输衰减大，一般无中继无线传输距 离为数百米。 因此，煤矿井下远距离宽带传输应采 用光缆等有线传输，宜采 用 基 于 协 议 的 以 太环网或无源光网络。采用 协议，因此，接入基于 协 议 的 以 太 环 网或无源光网 络 十分方 便，但 、 接入 基 于 协议的以太环网或无源光网络需进行协议转换。、 可用于矿井移动通信系统，但不宜用于多媒体矿井救灾通信系统、临时施工通信和局部通信等。 因此，多功能矿井移动通信系统宜采用 。矿井无线宽带传输传输速率达 或更高，无线传输 距离达 ；具有传输带宽宽、便于接入有线宽带 网络、设备体积小、发射功率小等优点，可满足监控 数据、语音和图像等多种信

19、息实时传输的要求。 在 当今技术条件下，建设煤矿井下一体化无线宽带传 输平台宜采用 。、 和 等 第 代移动通信 系 统 的 数 据 传 输 速 率 分 别 为 （室内）、（室 外）和 （行 车），能无线自组织网络煤矿井下无线传输衰减大。 为延长煤矿井下无 线通信距离，需无线中继。 为减少无线中继器因瓦 斯超 限 停 电、故 障 和 损 坏 对 系 统 的 影 响，宜 采 用 技术实现 剩 余 的 正 常 工 作 的 中 继 节 点 的 自够同 时 传 输 声 音 和 数 据。 、 年第 期孙继平：现代化矿井通信技术与系统 是 个 不 同 的 标 准，存 在 着 难 以 实 现手机脱网通信、接

20、入煤矿井下有线宽带传输平台需 进行协议转换、采用 技术困难、传 输 带 宽 较 窄等问题。 因此，不宜用作矿井无线宽带传输技术。动 通 信 系 统、矿 井 无 线 宽 带 传 输 等 方 面，优 于、 和 。 因 此，多 功能矿井移动通信系统和全矿井综合监控、通信和 监视系统的无线传输技术宜选用 。参考文献：越区切换煤矿井下由斜井（或立井、平硐）、大巷、上下山、 工作面等多个巷道构成，工作面至地面距离可达 余千米。 煤矿井下无线传输距离近，一般为数百米。 因此，全矿井移动通信需在煤矿井下布置大量的基 站。 手机等移动终端在井下移动通信，有时需跨越 基站的无线覆盖区域。 要保证手机等移动终端跨越

21、 基站无线覆盖区域时，仍能正常通信，这就需要越区 切换技术。、 和 是移动 通信技术，具有良好的越区切换性能。 是 无 线 接 入 技 术，越 区 性 能 不 如 、 和 。 但 煤 矿 井 下人员移动速度较慢，即使乘坐胶轮车、人车、电机 车、乘人胶带等运输工具，其移动速度也远不及地面 高速公路上的小汽车的移动速度。 因此，基于 的矿井移动通信系统越区性能差的问题，并不影响 其在煤矿井下使用，这已被大量的现场使用所证明。孙继平煤矿安全生产理念研究煤炭学报，（）：孙继平煤矿物联网特点与关键技术研究煤炭学 报，（）：孙继 平煤矿安全监控技术与 系 统 煤 炭 科 学 技术，（）：孙继平煤矿安全监控

22、系统联网技术研究煤炭学 报，（）：孙继平煤矿井下人员位置监测技术与系统煤炭科学技术，（）：孙继平煤矿井下人员位置监测系统联网煤炭科 学技术，（）：孙继平安全高效矿井监控关键技术研究工矿自动化，（）：孙继平煤矿井 下 紧 急避险关键技术 煤 炭 学 报，（）：孙 继 平矿 井 通 信 技 术 与 系 统 煤 炭 科 学 技 术，（）：孙继平煤矿井下有线宽带信息传输研究工矿自 动化，（）：孙继平煤矿井下宽带无线传输技术研究工矿自动化，（）：孙继 平矿井移动通信的现状及关键科 学 技 术 问 题工矿自动化，（）：孙继 平煤矿安全生产监控 与 通 信 技 术 煤 炭 学 报，（）：结语现代化煤矿安全生

23、产迫切需要可靠、及时和便捷的矿井通信系统。 矿井通信系统应由矿用有线调 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。 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、多功能矿井移檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿粉尘在线监测与自动喷雾除尘装置粉尘在线监测与自动喷雾除尘装置由中煤科工集团常州自动化研究院研制推出。 该装置利用粉尘传感 器检测环境中的粉尘含量，当粉尘含量达到或超过设定值时，控制箱发出开启电磁阀信号，实施洒水降尘，并 自动控制防尘水幕；当粉尘含量降到设定值以下时，控制箱关闭电磁阀，降尘结束。 在洒水过程中，如果有人 员通过，则光电传感器发出电信号，控制箱发出关闭电磁阀信号，暂停洒水，人员通过后自动回复洒水状态。 该装置主要用于煤矿井下进回风大巷、采掘工作面进回风巷道、车场、煤仓及其他需要对粉尘含量设限喷雾降尘的场所，可以单独自成系统使用，也可与矿井安全监测系统联网使用，实现粉尘在线监测。