數字式應急通信系統(tǒng)在煤礦井下的應用

胡 瑞

（山西汾西礦業(yè)集團雙柳煤礦，山西 柳林 033300）

引言

早期的應急通信系統(tǒng)采取定壓式的方式，隨著“數字化礦井”概念的提出，數字式通信逐漸應用于礦井中。目前，井下應急通信系統(tǒng)中語音通信采取模擬與數字混合應用的方式。數字式應急通信系統(tǒng)與定壓式相比，具有擴展性好、不受傳輸距離限制、廣播形式多樣化等優(yōu)點，越來越多礦井開始使用數字式通信［1］。

本文研究的應急通信系統(tǒng)是基于IP數據網絡的純數字式通信系統(tǒng)，系統(tǒng)采用數字化音頻處理方式，解決了數據傳輸過程中易發(fā)生失真和產生噪聲等問題，實現了數據的無損傳輸。該系統(tǒng)主要用于正常情況下的快速生產調度和緊急情況下的應急指揮調度，主要表現在：音質好，擴展性強，可實現網絡的無限拓撲，實現特定區(qū)域單獨廣播、任意分組廣播、尋址群發(fā)廣播、播放語音、播放音樂等多種形式的廣播。

1 功能需求分析

應急通信系統(tǒng)是專門應用于煤礦井下的，目的是實現緊急情況下的應急指揮調度和正常情況下的快速安全生產調度［2］。要達到此目的，應急通信系統(tǒng)應具備以下功能：

1）雙向對講功能。作為應急通信系統(tǒng)，雙向對講是必須具備的功能。在發(fā)生突發(fā)事件時，井下工作人員可以通過系統(tǒng)的此功能把井下險情告知地面人員，以尋求救助。地面人員通過此功能及時了解井下突發(fā)事件發(fā)生的地點以及危險程度等，以便更好的采取救援措施。

2）播放語音（音樂）功能。煤礦開采行業(yè)是一種對安全性要求極高的行業(yè)，工人安全生產意識的提高是煤礦安全生產最基本的保障，應急通信系統(tǒng)的播放語音功能使得管理人員在調度室就可以向全礦區(qū)或指定區(qū)域范圍通過播放已經錄制好的煤安規(guī)程，進行煤礦安全生產教育。也可以播放領導講話，傳達上級精神。還可以分時段向全礦區(qū)或指定區(qū)域范圍進行音樂播放，使工人陶冶情操，愉悅身心，調動工人快速生產的積極性。

3）廣播功能。此項功能可以有選擇性地制定區(qū)域廣播，在險情發(fā)生時第一時間通過廣播組織、指揮現場工作人員安全撤離險區(qū)，避免人員傷亡和財產損失。

4）分區(qū)警報功能。礦井下應急通信系統(tǒng)應具備在火災、水災、瓦斯爆炸等自然災害發(fā)生時，迅速發(fā)出告警信號的功能。

5）報警強插功能。煤礦應急通信系統(tǒng)需具備報警強插功能，當突發(fā)性事件發(fā)生時，管理人員在調度室通過應急通信系統(tǒng)的強插功能向礦區(qū)發(fā)布險情信息，并進行應急指揮。

6）錄音功能。調度臺對所有通話進行錄音，并對錄音文件進行保存。

7）防爆功能。所有的礦井設備必須具備隔爆，抗高、低溫，抗壓等特性。

2 數字通信系統(tǒng)結構

為實現功能需求分析所提到的系統(tǒng)功能，解決煤礦井下應急通信系統(tǒng)所要滿足的實時性和應急性特性，煤礦井下應急通信系統(tǒng)結構圖（如圖1）。

圖1 煤礦井下應急通信系統(tǒng)結構圖

該系統(tǒng)主要由地面主控室調度臺、礦用本安型IP擴播終端、礦用本安型擴播電話以及環(huán)網交換機等構成［3］。多臺環(huán)網交換機以手拉手形式構成光纖以太環(huán)網。IP擴播終端掛接在以太環(huán)網上，IP擴播終端之間也可以通過專用電纜級聯。擴播電話直接掛接在IP擴播終端上或通過專用電纜相互級聯。系統(tǒng)覆蓋全礦井，任意擴展，任意拓撲。

1）雙服務器。系統(tǒng)選用兩臺服務器，通過雙機軟件把兩臺服務器集成起來，保證系統(tǒng)運行的可靠性。

2）環(huán)網交換機。環(huán)網交換機選用工業(yè)以太網交換機，與普通以太網交換機相比，工業(yè)以太網交換機更能適應煤礦高濕、高溫、高壓、強電磁干擾、巷道易變形等惡劣環(huán)境，且工業(yè)以太網交換機除能實現設備的冗余性和實時性外，還具有廣播風暴抑制功能。

3）本安型IP擴播終端。本安型IP擴播終端是由后備電源板模塊、網絡延長器模塊、VOIP（Voice over Internet Protocol）模塊、控制板模塊等模塊組合而成的，且每個子模塊都有各自特殊的功用。

4）本安型擴播電話。礦用本安型擴播電話為礦用本安型擴播通信裝置，特別適用于煤礦井下有煤塵爆炸、瓦斯爆炸等危險的環(huán)境。

3 結語

1）采用的數字式應急通信系統(tǒng)具有音質好、抗干擾能力強、傳輸距離遠、故障率低、廣播方式多樣等優(yōu)點，大大改善了應急系統(tǒng)的性能。

2）采用以太網進行數據傳輸，充分利用以太網環(huán)形拓撲結構的冗余備份功能。當環(huán)網上某點出現鏈路故障時，通信線路會迅速切換到冗余備份鏈路上來，且鏈路切換時間極短，保證了全網數據通信的正常運轉，大大增強了通信網絡的可靠性。

3）應急系統(tǒng)在正常情況下，可對礦井工作區(qū)進行廣播，通過廣播讓井下作業(yè)人員了解國家大事、當今實事，上級精神等，也可以播放音樂，以愉悅工人身心，提高工人進行快速生產的積極性，或通過播放語音傳達上級指示等；在災難發(fā)生時，還可以通過緊急廣播發(fā)布遇險信息，并對現場作業(yè)人員進行疏導、疏散、應急指揮等。

［1］ 王芳.應急廣播在自然災害中的作用及其發(fā)展［J］.中國無線電，2011（7）：25－26.

［2］ 范高賢，周波，殷慶平.光纖工業(yè)以太環(huán)網在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的應用［J］.工礦自動化，2007，12（6）：1－3.

［3］ 趙芳芳.應急廣播網絡管理系統(tǒng)的實現［D］.北京：北京郵電大學，2011.