淺析數(shù)字通信在煤礦井下應(yīng)用的發(fā)展

1、淺析數(shù)字通信在煤礦井下應(yīng)用的發(fā)展 【摘要】“安全生產(chǎn)”一直是生產(chǎn)工程中的核心話題之一?？墒?，近期煤礦產(chǎn)業(yè)頻繁出現(xiàn)礦業(yè)事故或災害，人員、經(jīng)濟損失慘重。根據(jù)案例分析，大多事故是由于預警不及時，礦井上下信息通信不流通，加之事故災害發(fā)生后，聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)極易被破壞，加劇了井上調(diào)度中心救援的難度。因此，建立健全良好的數(shù)字通信網(wǎng)是煤礦安全生產(chǎn)的迫切需求。加大相關(guān)技術(shù)的研究力度，分析案例從中吸取經(jīng)驗教訓，避免重蹈覆轍。本文就數(shù)字通信在煤礦井下的應(yīng)用進行了現(xiàn)狀及難點的分析，并作出了相關(guān)建議。 【關(guān)鍵詞】煤礦井下；數(shù)字通信；安全生產(chǎn) 1.前言 伴隨著現(xiàn)代信息通訊技術(shù)的發(fā)展，煤礦的井下信息通信也不斷地進行著改革。各類信

2、息通信系統(tǒng)已經(jīng)被大量地運用到煤礦生產(chǎn)中，這一應(yīng)用在提高礦業(yè)生產(chǎn)工作質(zhì)量的同時，也一定程度上降低了煤礦井下的事故發(fā)生概率，并且為事故后救援帶來了繼續(xù)進展的可能。盡管很多煤礦井下也配備了監(jiān)控設(shè)施和瓦斯檢測系統(tǒng)，但是這些設(shè)備的聯(lián)絡(luò)網(wǎng)不完善，設(shè)備功能和使用方法相對單一。例如全國各地的煤礦生產(chǎn)地的地貌都存在著較大的差異，設(shè)備架設(shè)不到位、對于巖層的穿透勘探測試不準確，這也為礦業(yè)生產(chǎn)埋下了隱患。 2.煤礦井下通信現(xiàn)狀 就國內(nèi)的現(xiàn)狀來看，我國的煤礦行業(yè)井下通信的可靠性較差，通信設(shè)施落后，方法單一。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計所得，大多數(shù)的煤礦井下只是在主要干道簡單地架設(shè)基本的有線聯(lián)絡(luò)網(wǎng)。盡管較大，較先進的礦廠設(shè)有瓦斯或者視頻監(jiān)

3、控系統(tǒng)，若是考慮再周全些的話，還會為礦井下工作人員設(shè)有定位系統(tǒng)。即使這樣，它們的聯(lián)絡(luò)網(wǎng)還是無法全面覆蓋，用途也是一對一進行，沒有充分利用好網(wǎng)絡(luò)的先進性、實時性，由于網(wǎng)絡(luò)過于單一，所以無法給礦廠帶來足夠的經(jīng)濟效益信息。分析現(xiàn)有的有線通信設(shè)施，基本上都是依賴于人工語音程序。煤礦井下的通信模式基本都是模擬通信，雖然在基礎(chǔ)構(gòu)建方面，很多都是使用的光纜或者是銅纜線路，但并沒有起到改善或提高的作用。沒有為煤礦產(chǎn)業(yè)的信息通信系統(tǒng)構(gòu)成縝密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。當遇到臨時突發(fā)情況，如天災或者人禍時，井上井下不能及時地相互交換信息，地面的調(diào)度中心，無法切實了解井下情況，以至于遇到災害時，及其容易造成人員受困的情況，短則幾天

4、，長則幾十天，使得救援工作受阻受礙，嚴重威脅到礦井工作人員的生命安全。因此現(xiàn)在迫切地需要我們改進現(xiàn)有的通信技術(shù)，先進的綜合數(shù)字通信技術(shù)便是解決此難題的關(guān)鍵。 3.數(shù)字通信技術(shù)對于煤礦井下的重要性 數(shù)字通信技術(shù)對于煤礦安全生產(chǎn)，有著無可取代的作用。數(shù)字通信技術(shù)有著它的獨特性，它可以起著通信和監(jiān)測監(jiān)控等作用，同時還兼顧抗、容、救災三大功能，充分展示了現(xiàn)代通信的重要性。具體闡述：抗災性，有完善的應(yīng)急系統(tǒng)，能夠在災難發(fā)生時有效地采取應(yīng)急措施；容災性，在平時可以進行預災、防災，而當面臨災害時也不會被災害所擊垮，并且事后更是可以經(jīng)簡單處理便恢復到全面正常工作的狀態(tài)；救災性，第三點的前提是要具備前兩點。只有

5、將抗災、容災相結(jié)合起來，才能實際保障救災的可靠性。無論面臨何種程度的災害，地面的調(diào)控中心都可以和礦下工作人員保持及時聯(lián)系，以便于救援工作順利進行。綜上可見，一個良好的數(shù)字通信系統(tǒng)，不只具備普通的語言聯(lián)絡(luò)功能，而且還要擔當井下與井上通信的橋梁，對礦下的每個工作隱患處進行實時監(jiān)督、監(jiān)測、監(jiān)察，實時反饋井下的監(jiān)控信息，經(jīng)科學地統(tǒng)計分析，預測防范災害，達到安全第一的基本原則。另外，從經(jīng)濟角度看，有效的監(jiān)控工作，還能提高安全生產(chǎn)的工作效率，降低生產(chǎn)成本，避免偷工減料的事件發(fā)生。數(shù)字通信技術(shù)還能準確反映地下礦產(chǎn)情況，大大地節(jié)約了工作量，降低了工作人員的工作強度。因此，數(shù)字通信系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)中不可或缺的重要

6、環(huán)節(jié)，更是煤礦行業(yè)進行安全、高效生產(chǎn)的基本保障。 4.煤礦井下數(shù)字通信的難點分析 技術(shù)方面：當今是一個信息發(fā)達的網(wǎng)絡(luò)時代，網(wǎng)絡(luò)通信已經(jīng)融入我們生活、生產(chǎn)的每一個方面，給我們帶來革命性的變化。隨著科技的進步，通信技術(shù)也已經(jīng)逐漸成熟。但是這些先進的通信技術(shù)，在煤礦井下的應(yīng)用率卻極低，沒有能覆蓋井下的通信網(wǎng)。根據(jù)國內(nèi)近些年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，我國的煤礦產(chǎn)業(yè)急劇增加，雖然這一定程度上解決了一大部分人的就業(yè)問題，但是這些人員從事的卻是一份高危行業(yè)。我國政府陸續(xù)出臺了若干關(guān)于煤礦產(chǎn)業(yè)安全的政策，可在國家的如此重視下依然頻頻出現(xiàn)重大的安全事故，并且對井下的工作人員造成了不小的傷亡。這不僅對煤礦行業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟

7、損失，對傷亡人員的親屬造成了巨大的傷害，還對社會帶來了潛移默化的危害。察其根源，還是因為煤礦井上調(diào)度中心對井下施工情況的監(jiān)控不到位、預警不及時而導致的。事故發(fā)生后通信聯(lián)絡(luò)網(wǎng)也是不堪一擊，嚴重地阻礙了救援人員及時了解井下災況，延誤了救援的最佳時機。 環(huán)境因素：煤礦井下的環(huán)境極為惡劣，井下環(huán)境黑暗、潮濕并且對設(shè)備具有很強的腐蝕性，在不同區(qū)域有著不一樣的環(huán)境阻礙。另外，井下的空間狹小，不能大面積架設(shè)通信設(shè)施，如果選擇無線通信的話，井下又有著許多阻礙信息傳遞的屏障。在種種環(huán)境因素的影響下，煤礦井下通信技術(shù)的發(fā)展受到了阻礙。 就以上的分析來看，對于煤礦井下數(shù)字通信技術(shù)的研究要注意幾點要求： （1）要保證

8、煤礦井上、下通信的流暢性。合理安排“三區(qū)”的帶寬分配，即采區(qū)，采場，作業(yè)區(qū)。分析礦場的地理環(huán)境因素，盡量排除環(huán)境的干擾，一方面可以保證通信質(zhì)量，一方面可以降低架設(shè)設(shè)施的成本。 （2）完善數(shù)字通信網(wǎng)。因地制宜建設(shè)環(huán)形，串型，星型或者總線型的數(shù)字通信結(jié)構(gòu)網(wǎng)，做到語音通信有保障，視頻監(jiān)控實時可靠。預測系統(tǒng)準確及時，并且各設(shè)備間信息交換自由通暢，及時得到煤礦生產(chǎn)的實時情況。 （3）實時應(yīng)用。在煤礦開采中，當開采新區(qū)域時，數(shù)字通信網(wǎng)可及時有效地延伸覆蓋。 （4）在規(guī)范化煤礦數(shù)字通信的同時，也要簡化數(shù)字通信流程，以適應(yīng)生產(chǎn)或者應(yīng)急的快節(jié)奏。 （5）增強通信設(shè)施的抗腐蝕性，降低設(shè)施對環(huán)境的敏感度。 4.1

9、線路分支多，并且復雜地摻有高低壓的線路 煤礦井下結(jié)構(gòu)復雜，工作繁瑣。礦下采區(qū)，采場，作業(yè)區(qū)基本不在一個水平面上，就算在一個水平面，它們的各個支、干道又長短不一。長的可達到幾千米，并且巷道崎嶇不平，分支較多。礦井下的設(shè)施品種繁多，因生產(chǎn)作業(yè)的要求，設(shè)施也多屬于大功率的，交直流電并存。除此之外，在不同水平面，不同區(qū)域間，還要架設(shè)變壓器，以便于高低壓線路的轉(zhuǎn)換。架設(shè)這么多的變壓器，對數(shù)字通信的信號有非常大的干擾。嚴重阻礙了井下數(shù)字通信信號的傳輸。 4.2 數(shù)字信號強度隨傳輸距離增加遞減 數(shù)字信號耦合于信道中后，在信道中傳輸與井上的指揮中心相交換數(shù)據(jù)。返回的數(shù)據(jù)往往信號較弱，反饋信息不完整（漏缺）。為

10、緩解此現(xiàn)象，也會為各節(jié)點安裝中繼器，補償信號衰減。但是這些也無濟于事，在井下只有少部分區(qū)域可以架設(shè)線路，井下作業(yè)是不定向地開拓新區(qū)域的，多數(shù)區(qū)域還是要基于無線通信。井下的信號傳輸問題還有待繼續(xù)研究。 4.3 脈沖噪聲的干擾 一種脈沖噪聲的頻率為100赫茲，這種噪聲的振幅偏高，持續(xù)度偏低。另一種脈沖噪音是隨機噪聲，它與前者相反，它的振幅偏低，持續(xù)度偏高。兩種脈沖又加劇了信號的惡化程度，因此選擇煤礦井下數(shù)字通信的頻率是一項非常關(guān)鍵的任務(wù)。 5.關(guān)于煤礦井下數(shù)字通信應(yīng)用難題的解決方案 5.1 建立完整的傳輸系統(tǒng) 煤礦井下環(huán)境復雜多變，一個完整的傳輸系統(tǒng)能使得生產(chǎn)線運轉(zhuǎn)的更流暢。在各個支、干道的運輸系

11、統(tǒng)中架設(shè)數(shù)字通信的視頻、語音通信等監(jiān)控設(shè)備，此外，還要與排水、供電、通風等輔助生產(chǎn)系統(tǒng)聯(lián)系在一起。這樣一整套完整的系統(tǒng)環(huán)環(huán)相扣，相輔相成，不僅在日常生產(chǎn)中保障安全、高效生產(chǎn)，而且還可以為數(shù)字通信的抗、容、救災三大功能奠下基礎(chǔ)。 例如：建立吉比特級sdh環(huán)形數(shù)字信息通信平臺，以光纜為傳輸媒介架設(shè)在主井和其他重要井的出入口，也可以根據(jù)支、干道的實際情況變通架設(shè)。把媒介架設(shè)在各關(guān)鍵道和各生產(chǎn)區(qū)的節(jié)點處，形成若干閉合環(huán)形的網(wǎng)絡(luò)線路。當事故（災害）發(fā)生時，不會導致井下全部通信方式破壞，并且加上sdh環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的良好自我恢復能力。為救援工作帶來了非常大的幫助，更加有效地保障了井下工作人員的生命安全。 5.2

12、 建立良好的預警系統(tǒng) 數(shù)字通信系統(tǒng)能夠及時反饋地形地貌地質(zhì)的異常情況。將異常的次聲波監(jiān)測信息反饋到井上的調(diào)度中心，以便指揮中心當即通知工人停止生產(chǎn)，關(guān)閉大型設(shè)備，疏散人員。 5.3 提高信號傳輸質(zhì)量 在傳輸節(jié)點增設(shè)中繼器，另外在低壓線路上可選擇擴頻與正交頻分復用等方法來提高井下數(shù)字通信的抗干擾性。例如：使用ofdm調(diào)制通信的方法。 6.結(jié)束語 在數(shù)字通信技術(shù)上我們花費了大量的人力物力來進行研究，但這種技術(shù)在煤礦井下作業(yè)中的應(yīng)用卻嚴重不足。就近些年頻頻發(fā)生的煤礦災害事件來看，我們需要的是更先進的技術(shù)來減少煤礦事故的發(fā)生。首先我們需要派專業(yè)人員到井下進行實地考察，將通過科學的調(diào)查研究得到的數(shù)據(jù)，反饋到管理中心，這樣不僅能以此為依據(jù)建立更好的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)保證井下工作人員的生命安全，而且還可以使用科學的方法提高生產(chǎn)效率。數(shù)字通信技術(shù)在煤礦井下的充