礦井安全防護(hù)監(jiān)控應(yīng)急通信設(shè)計方案

1、礦井安全防護(hù)監(jiān)控應(yīng)急通信設(shè)計方案 摘要：介紹一種以長波通信原理在礦井下實現(xiàn)監(jiān)控和移動通信，利用鋼絞線電纜具有良好的感應(yīng)導(dǎo)體傳送，將感應(yīng)電臺的400KHz載波信號感應(yīng)到鋼絞線上，用鋼絞線做波導(dǎo)線傳輸信號，實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)傳輸和語音對講等功能。如果遇礦井塌方或鋼絞線電纜斷線，仍然保證通信信號暢通，里面對講機能和地面上指揮人員聯(lián)絡(luò)對話，有利加速營救工作準(zhǔn)確，設(shè)備能通話是最大的安全優(yōu)勢。關(guān)鍵詞：安全防護(hù)監(jiān)控 應(yīng)急通信 感應(yīng)電臺 鋼絞線電纜1 概述煤礦井下瓦斯爆炸、頂板冒落、透水等事故時有發(fā)生。如何在事前做好防護(hù)、事后將損失降到最低，如何實現(xiàn)更好地?fù)尵裙ぷ鳎沟孛婕皶r了解井下事故現(xiàn)場，實施對井下?lián)岆U工作的指

2、揮，礦井安全防護(hù)監(jiān)控應(yīng)急通信系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)煤礦井下通信系統(tǒng)裝備一直采用固定防爆電話方式，它覆蓋面小，只能在定點之間通話，且不具備移動性，這使得緊急情況下調(diào)度指揮無法在第一時間完成，主要負(fù)責(zé)人不能在第一時間趕到現(xiàn)場了解和處理緊急事務(wù)。然而，礦井巷道為非自由空間，無線電波在井下巷道的傳輸受到根本性制約，多年來國內(nèi)外諸多專家學(xué)者在這一領(lǐng)域進(jìn)行了積極的探索和研究。本文采用長波通信原理在井下移動通信系統(tǒng)正得到推廣應(yīng)用。礦井安全防護(hù)監(jiān)控應(yīng)急通信系統(tǒng)主要解決礦井突發(fā)事件時的地面與井下的通信，保證井下人員能夠及時的與地面取得聯(lián)系。系統(tǒng)通過有線和無線通信方式實現(xiàn)井下和地面的語音數(shù)據(jù)傳輸，同時接入P

3、STN，既保證了煤礦系統(tǒng)內(nèi)的通信，又能很好的實現(xiàn)與外界的通信，為搶險救助提供了資源保證。為井下特殊工作環(huán)境中存在的生產(chǎn)、安全等問題提供先進(jìn)、經(jīng)濟適用通信設(shè)備。2 系統(tǒng)設(shè)計方案系統(tǒng)主要包括生產(chǎn)調(diào)度通信、計算機安全監(jiān)測、井下有線無線通信三大功能。生產(chǎn)調(diào)度通信功能在煤礦安全生產(chǎn)管理中起著重要的作用，井下各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的信息主要通過調(diào)度中心來傳遞，同時保證井下的信息及時反饋給地面調(diào)度中心，對調(diào)度中心的統(tǒng)一指揮提供保障。計算機安全監(jiān)測主要實現(xiàn)井下環(huán)境參數(shù)（瓦斯?jié)舛取囟鹊龋┑膶崟r監(jiān)控。井下有線無線通信實現(xiàn)井下作業(yè)人員之間的通信，同時在發(fā)生緊急情況時，及時與地面調(diào)度中心取得聯(lián)系。整個系統(tǒng)以調(diào)度總機為核心，調(diào)度

4、總機既負(fù)責(zé)煤礦系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸和語音通信，又能接入PSTN，與外部網(wǎng)絡(luò)通信。系統(tǒng)設(shè)計方案如下圖所示： 3 系統(tǒng)組成系統(tǒng)主要包括地面調(diào)度子系統(tǒng)和井下子系統(tǒng)兩大部分。地面調(diào)度子系統(tǒng)主要有調(diào)度臺、調(diào)度總機、調(diào)度分機、電源自動切換裝置、錄音設(shè)備、監(jiān)控計算機、打印機和電源等。井下子系統(tǒng)主要有感應(yīng)電臺、煤礦本質(zhì)安全型自動電話機（簡稱電話機）、溫度傳感器、瓦斯傳感器和電源等。4 各功能和實現(xiàn)方案系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)度功能、井下與地面/井下用戶間通話、錄音功能、井下環(huán)境參數(shù)采集記錄和打印等。4.1 調(diào)度功能調(diào)度設(shè)備主要由調(diào)度總機、調(diào)度臺、調(diào)度分機等組成。主要功能：（1） 直呼：調(diào)度臺可以直接呼叫調(diào)度分機或井下電話機

5、。呼叫信令采用雙音多頻信令，通過電話線傳給調(diào)度總機，由調(diào)度總機實現(xiàn)程控交換。（2） 強插、強拆：調(diào)度臺可強行插入或拆除本系統(tǒng)內(nèi)所有用戶間的通話。（3） 調(diào)度組呼 /群呼：調(diào)度預(yù)先將常用用戶編組，并賦予代碼，需要時按組呼鍵、代碼鍵將所要呼叫的用戶一次性呼出，也可以按群呼鍵呼叫本系統(tǒng)內(nèi)所有用戶。（4） 監(jiān)聽：對于本系統(tǒng)內(nèi)任意用戶間的通話，調(diào)度臺摘機按監(jiān)聽鍵，再按通話用戶中任一用戶鍵即可監(jiān)聽通話，調(diào)度臺掛機退出監(jiān)聽狀態(tài)。（5） 轉(zhuǎn)接：調(diào)度臺可按轉(zhuǎn)接鍵將井下用戶呼入轉(zhuǎn)接到調(diào)度分機上。（6） 通話狀態(tài)顯示：調(diào)度臺可以顯示當(dāng)前通話的用戶和用戶狀態(tài)。（7） 催掛：用戶話柄未掛時，調(diào)度可對其發(fā)催掛音，提示用戶

6、掛機。（8） 電源自動切換功能：當(dāng)交流斷電時，自動切換到備用電源，同時調(diào)度臺上顯示“電源故障”。交流恢復(fù)正常后，備用電源自動切斷，調(diào)度臺液晶屏回到待機狀態(tài)。4.1.1 調(diào)度總機調(diào)度總機是系統(tǒng)的核心，主要實現(xiàn)調(diào)度功能和交換功能。調(diào)度總機采用雙機備份方式，當(dāng)主調(diào)度總機故障時，備用調(diào)度總機自動啟用，并報警通知調(diào)度臺，調(diào)度臺顯示“調(diào)度總機故障”，當(dāng)主調(diào)度總機恢復(fù)正常后，備用調(diào)度總機退出并返回備份工作狀態(tài)。調(diào)度總機采用交直流供電方式，正常工作時，交流220V/50Hz供電，當(dāng)交流電源出現(xiàn)故障時，備用電源（直流48V）自動投入，調(diào)度臺有相應(yīng)顯示，交流電源恢復(fù)正常時，備用電源自動切斷，處于待用狀態(tài)。（1）

7、調(diào)度與井下電話機通話：調(diào)度總機摘機后，聽到撥號音后撥呼叫用戶的號碼，液晶屏顯示被叫用戶號碼，被叫用戶聽到振鈴，調(diào)度臺聽到回鈴，摘機建立通話，調(diào)度臺聽到的回鈴截止，調(diào)度臺液晶開始計時，顯示通話時間，掛機通話完畢，液晶屏回到待機狀態(tài)；若被叫忙，主叫聽到忙音。（2） 用戶與調(diào)度通話：主叫用戶摘機，聽到撥號音后撥調(diào)度號碼，調(diào)度臺聽到振鈴、液晶屏上有來電號碼顯示，主叫用戶聽到回鈴，調(diào)度摘機建立通信，主叫聽到的回鈴截止，調(diào)度臺液晶開始計時，顯示通話時間，掛機通話完畢，液晶屏回到待機狀態(tài)。若被叫忙，主叫聽到忙音。（3） 用戶之間通話：主叫用戶摘機，聽到撥號音后撥被叫用戶號碼，調(diào)度臺顯示被叫用戶號碼，被叫用戶

8、聽到振鈴，主叫用戶聽到回鈴，被叫摘機，主叫聽到的回鈴截止，建立通信，調(diào)度臺液晶開始計時，顯示通話時間，掛機通話完畢，液晶屏回到待機狀態(tài)。若被叫忙，主叫聽到忙音。（4） 調(diào)度緊呼用戶：調(diào)度按下緊呼鍵，緊呼鍵上方指示燈亮，撥用戶號碼，液晶屏上顯示“緊呼”+被呼用戶號碼，被呼用戶聽到區(qū)別于正常呼叫的振鈴，被叫用戶摘機建立通信，若被叫用戶不摘機，10秒后打開被叫用戶揚聲器，調(diào)度可進(jìn)行喊話。通話過程中，自動啟動錄音設(shè)備。（5） 用戶緊呼調(diào)度：用戶緊呼時，調(diào)度臺上顯示“緊呼”+用戶號碼，并能聽到區(qū)別于正常呼叫的振鈴。通話過程中，自動啟動錄音設(shè)備。（6） 通播：按下通播鍵，調(diào)度臺上顯示“通播”。4.1.2

9、調(diào)度臺調(diào)度臺是管理人員進(jìn)行具體操作的平臺，調(diào)度員通過調(diào)度臺完成調(diào)度相關(guān)操作，調(diào)度員通過調(diào)度臺統(tǒng)一對用戶進(jìn)行管理，如：群呼、直呼、監(jiān)聽、插入、強拆、顯示和錄音等。調(diào)度臺通過電話線與調(diào)度總機連接，完成生產(chǎn)調(diào)度指揮和調(diào)度總機工作狀態(tài)的監(jiān)控。調(diào)度臺配有揚聲器輸出。4.2 井下與地面通話、井下用戶間通話井下與地面、井下用戶間通話主要通過調(diào)度總機實現(xiàn)。主要有調(diào)度與井下用戶通話、調(diào)度分機間通話和井下用戶間通話。4.2.1 感應(yīng)電臺感應(yīng)電臺主要完成主巷道與支巷道間的通信轉(zhuǎn)接，通過感應(yīng)電臺將支巷道的話音和環(huán)境參數(shù)傳到地面，由井下電源供電（AC127V）。井下主巷道鋪設(shè)光纖，支巷道（延伸到工作面）鋪設(shè)鋼絞線電纜，

10、鋼絞線電纜采用多芯粗線，保證信號的強度，通話設(shè)備和傳感器分別布線，井下的電纜統(tǒng)一用阻燃電纜。在每個支巷道口設(shè)一臺400KHz感應(yīng)電臺，利用400KHz感應(yīng)電臺實現(xiàn)支巷道（延伸到工作面）與主巷道間的數(shù)據(jù)話音傳輸。4.2.2 電話機電話機采用雙音多頻撥號方式，根據(jù)使用地點的不同，井下電話機分為兩種。一種用于支巷道內(nèi)的話音通信，另一種用于主巷道內(nèi)的話音通信。支巷道的電話機在普通電話機的基礎(chǔ)上增加400K發(fā)射接收模塊，主巷道的電話機則為普通電話機。支巷道電話機呼叫調(diào)度時，電話機將話音和撥號音調(diào)制到400KHz頻點上發(fā)給感應(yīng)電臺，感應(yīng)電臺將接收到的信號發(fā)送給調(diào)度總機，建立通信。調(diào)度呼叫支巷道電話時，先呼

11、通感應(yīng)電臺，再通過感應(yīng)電臺呼通電話機，并將接收到話音調(diào)制到400KHz載波發(fā)給電話機，電話機接收到話音建立通信。支巷道間電話機互呼時，電話機將話音和撥號音調(diào)制到400KHz頻點上發(fā)給感應(yīng)電臺，先通過調(diào)度總機呼通另一個支巷道的感應(yīng)電臺，然后通過感應(yīng)電臺呼通電話機，感應(yīng)電臺將接收到的話音調(diào)制到400KHz載波發(fā)給電話機，電話機接收到話音建立通信。主巷道電話機呼叫調(diào)度時，撥號呼通調(diào)度總機，收到回鈴，調(diào)度摘機后建立通信。主巷道電話機間互呼，首先撥號呼通調(diào)度總機，通過調(diào)度總機呼通電話機，電話機回鈴摘機建立通信。井下電話機有下列顯示功能：摘機顯示、發(fā)緊呼顯示。4.3 錄音功能錄音功能由錄音設(shè)備完成。錄音設(shè)

12、備完成對調(diào)度臺呼入、呼出電話的錄音，支持調(diào)度員手動錄音和緊急呼叫時調(diào)度臺自動錄音。4.4 井下參數(shù)采集與記錄井下參數(shù)采集與記錄功能主要由監(jiān)控計算機、瓦斯傳感器、溫度傳感器和打印機實現(xiàn)。4.4.1 瓦斯傳感器瓦斯傳感器采用高低濃度甲烷傳感器，為礦用本安兼隔爆型，可用于連續(xù)檢測煤礦井下空氣中的甲烷含量。該傳感器是一款智能型檢測儀器，具有半自動調(diào)零、調(diào)精度和高補償?shù)裙δ埽瑢崿F(xiàn)了紅外遙控調(diào)校零點、精度、高端補償、報警點等功能。瓦斯傳感器通過RS-485接口將采集到的瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)傳送給感應(yīng)電臺，感應(yīng)電臺將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給調(diào)度總機，調(diào)度總機通過RS-232接口把數(shù)據(jù)送給監(jiān)控計算機。同時，瓦斯傳感器面板上

13、有瓦斯?jié)舛蕊@示，當(dāng)濃度達(dá)到不同等級報警點時（高、低濃度），有相應(yīng)不同的聲音提示，提示井下現(xiàn)場人員及時采取行動。4.4.2 溫度傳感器溫度傳感器為本質(zhì)安全型，主要用于煤礦井下，測量環(huán)境溫度，用于監(jiān)視火災(zāi)的發(fā)生。該傳感器采用數(shù)字化溫度探頭，性能好、可靠性高。溫度傳感器通過RS-485接口將采集到的溫度數(shù)據(jù)傳送給感應(yīng)電臺，感應(yīng)電臺將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給調(diào)度總機，調(diào)度總計通過RS-232接口把數(shù)據(jù)送給監(jiān)控計算機。4.4.3 監(jiān)控計算機監(jiān)控計算機主要完成井下環(huán)境參數(shù)（瓦斯?jié)舛?、溫度等）的采集和記錄，對?shù)據(jù)文件統(tǒng)一管理，必要時可以打印輸出，為以后事故原因分析、總結(jié)搶險過程的經(jīng)驗和教訓(xùn)提供基礎(chǔ)資料。5 系統(tǒng)在礦井發(fā)揮的作用該系統(tǒng)大大提高礦井安全事故應(yīng)急能力，縮短事故處理時