基于光纖通信的井下瓦斯濃度檢測網絡

摘 要：本文設計了一種應用于礦井下的光纖通信傳感網絡，該網絡在礦井下工作，可以克服惡劣的工作環境，同時保障瓦斯濃度信息、人員位置信息等實時地傳遞給主機，從而保證安全生產的要求。

關鍵詞：光纖通信網絡 礦井環境 瓦斯濃度信息 人員定位信息

中圖分類號：TN818 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（a）-0034-01

我國是煤炭資源大國，而我省又是煤炭主要生產地。作為基本的能源材料，開采煤炭的過程成為人們關注的熱點。近年來，隨著經濟的飛速發展，煤炭的需求也日益增長，而在追求產量的同時疏忽安全問題也是常見的現象，導致全國煤礦事故頻發，給人民生命財產帶來嚴重損失[1]。在中國，每百萬噸死亡率在0.9左右，而相比國外發達國家，這個比例實在是太高了，在美國，每百萬噸死亡率大約0.04左右，印度為0.4，俄羅斯為0.3，南非為0.12。因此，加強礦井下安全監控非常重要[2]。

煤礦安全監控是復雜系統工程，監測系統是安全管理的重要部分，在防災、減災等方面提高生產效率。隨著礦井安全的不斷提高，研究一套實時監測瓦斯濃度、人員定位的通信網絡勢在必行。

光纖通信的發展速度非常快，其單位時間內傳輸信息量大是其主要特點。而其建設費用也隨著數量的增多而大大減小，并且具有體積小、質量輕、抗電磁干擾能力強、保密好、抗干擾能力強等多種優點[3]。本文研究設計了一種用于礦井下工作的光纖通信網絡，用于傳輸瓦斯濃度、氣壓、濕度、人員位置信息等多種信息，有效地滿足實時監控的要求。

1 光纖通信網絡系統

在整個礦井下，設置多個信標節點和礦帽節點，礦帽節點就是對應的人員位置，每個人員位置上的瓦斯濃度信息以及濕度、位置等信息通過無線傳輸模塊傳個與之相近的信標節點。而信標節點實際上就是光纖通信輸入端，采用光纖傳輸完成相應信息的交流，系統設計如圖1所示。

2 在井下應用光纖通信網絡的特點

光纖通信的傳輸容量大、抗電磁干擾能力強、損耗小等優點得到重視。井下光纖通信與地面光纖通信是不同的，由于井下環境惡劣、濕度大、巷道曲折、距離短等情況復雜，所以在具體應用過程中比較困難，而其將電信號轉換為光信號，不存在防爆、電磁干擾等特性有適合井下的特殊環境。

（l）礦井光纖通信的優點。

光纖通信容量大，通信能力強。滿足礦井瓦斯、人員位置等信息的傳輸要求。光纖損耗低，一般幾十公里才需要考慮放大，可靠性高。而電纜一兩公里就要中繼放大，在空間狹窄的井下是十分不利的；抗電磁干擾性能強。光纖本身不導電，避免了電纜間的電磁干擾，而別的電磁信號也很難影響光信號。抗噪聲干擾能力強，在井下照明等電噪聲不能影響光信號。而眾多電氣設備的閉合電弧等均不會影響光纖通信；適應環境能力強。對于潮濕、多灰、瓦斯等氣體對光纖網絡基本沒有影響。光纖隨溫度變化小、抗腐蝕、氧化性能強。由于光纖不導電，使用光纖通信安全，不存在接地等問題；防爆性能好。井下含有易燃易爆氣體，井下工作需要有防爆性的器件，光纖不會引起環境爆炸等問題；經濟性。光纖質量輕、體積小，操作、運輸方便，節省大量的銅、鋁等金屬，且損耗低，總成本低。

（2）礦井光纖通信的缺點。

光纖采用光信息，而終端設備為電處理器，所以需要光電轉換，增加了應用成本。與電纜相比，抗拉強度小、而脆性又大，敷設過程復雜。光纖的維修、檢測需要專用設備，維修復雜，護理成本高。

3 井下光纖通信網絡實施步驟

針對井下巷道變化的特點，敷設光纖時，采用專用設備，保持光纖的平直，曲率半徑不小于50 cm，減少損耗。由于井下通信量低，數據信息單一，可以不采用復用技術，降低技術實現成本。針對井下工作距離短、分支多的問題，可以省略對光纖距離衰減的計算，直接采用通信數據。采用技術成熟、價格低廉的C.652光纖就能滿足設計要求，還可以將路由器、集線器以及交換機設備組網，既增加了網絡靈活性，又對維護及管理帶來方便。

4 結語

設計了一種應用于礦井下的光纖通信傳感網絡，分析了井下光纖網絡的特點，并給出了井下光纖網絡的實施步驟。

參考文獻

[1]郝丹，閆柏旭.光纖通信概述[J].中國科技信息，2010，11（7）：112-113.

[2]劉中奇，王汝琳，周明.基于光纖通信的礦井通信應用策略研究[J].煤炭機械，2004，2（2）：39-40.

[3]Michael Buchwitz. Retreval of CH4，CO，CO2 total column amounts from SCAMACHY near-infrared nadir spectra： Retrieval algorithm and first results[J].SPIE，2004，5235：375-388.