煤礦應急救援中融合型應急廣播系統的應用

王 巖

(河南省正龍煤業有限公司)

井下應急救援工作作為煤礦安全生產工作的重要組成部分，在確保煤礦安全生產方面發揮了重要作用。目前，我國煤礦井下大多已經建成了有線通信系統、無線通信系統、應急廣播系統、人員定位系統等，但各系統彼此獨立，聯動性較低，在煤礦發生突發事故時，必須在進行復雜的人工操作后方可發出相應的應急救援指令，嚴重降低了應急救援工作效率[1-5]。為提高煤礦井下突發事故的應急救援效率，有必要將煤礦井下應急救援系統進行有效融合與聯動。煤礦應急廣播系統作為一種有效的直呼通信手段，將其與礦井其他系統進行融合，將有助于提高礦井應急救援工作效率。

1 煤礦應急廣播系統類型

根據《煤礦安全規程》，國內煤礦已安裝有煤礦應急廣播系統，該類系統相比較其他應急通信系統具有分布區域廣、高分貝和直呼等特點，在面對突發事故進行應急救援時，可以實現全方位應急救援指揮[6-7]。煤礦應急廣播系統多采用模擬廣播技術、IP廣播技術和CAN廣播技術進行聲音傳播。雖然3種廣播技術都具有自上而下直呼廣播的功能，但在區域廣播、點對點廣播及雙向對講方面存在著功能差異。在實際應急救援指揮過程中，基于IP和CAN廣播技術的應急廣播不僅可以針對特定區域或特定終端進行直呼，而且可以利用分布式指揮技術實現專人專呼，提高應急廣播效率，縮短應急救援時間[8-10]。

1.1 基于模擬廣播技術的應急廣播系統

基于模擬廣播技術的應急廣播系統由廣播主機(含監聽音箱)、麥克風、地面傳輸接口、煤礦安全廣播系統軟件、礦用隔爆型廣播傳輸分站、礦用本質安全型廣播分站、礦用隔爆兼本安型直流穩壓電源等組成。該類廣播系統是利用大功率功放設備，通過銅纜實現聲音信號傳輸，也有部分模擬應急廣播系統利用IP網絡將聲音從地面功放主機傳輸至井下廣播分站，井下廣播分站輸出模擬聲音信號，利用銅纜傳輸至廣播終端，實現聲音信號廣播。基于模擬廣播技術的應急廣播系統雖然能夠實現自上而下聲音廣播，但在應急救援指揮時，無法實現點對點廣播，或僅能實現區域性的廣播。目前，基于模擬廣播技術的應急廣播系統無法實現井下和地面雙向語音對講功能。基于銅纜傳輸的電流信號雖然可以實現遠距離傳輸，但是隨著距離延伸信號會逐步衰減，勢必造成聲音不清晰、電流聲較大。

1.2 基于IP廣播技術的應急廣播系統

基于IP廣播技術的應急廣播系統由廣播主機(含監聽音箱)、麥克風、地面語音網關、IP語音交換機、觸摸屏調度臺、語音網關分控端、IP廣播對講尋呼話筒、煤礦安全數字廣播系統軟件及配套軟件、礦用本質安全型廣播分站、礦用隔爆兼本安型直流穩壓電源等組成(圖1)。該類系統是完全利用以太網技術進行傳輸設計的系統，每臺廣播終端均具有獨立的IP地址，通過地面語音終端將聲音轉換成IP數據，利用井下光纖以太網將IP數據包傳輸至井下IP廣播終端，將IP數據還原成聲音進行廣播。基于IP廣播技術的應急廣播系統支持雙向語音對講，在進行廣播的同時可以實現井上井下對話。

圖1 基于IP廣播技術的應急廣播系統組成

1.3 基于CAN廣播技術的應急廣播系統

基于CAN廣播技術的應急廣播系統由廣播主機(含監聽音箱)、麥克風、地面語音網關、廣播分控終端、煤礦安全數字廣播系統軟件、礦用本質安全型廣播分站、礦用隔爆兼本安型直流穩壓電源、礦用隔爆兼本安型網絡接口等組成(圖2)，可直接兼容掛接本安LED顯示屏，執行語音、文字一體化通信顯示。

基于CAN廣播技術的應急廣播系統采用以太網技術+CAN總線技術混合設計方式，利用以太網技術可以通過煤礦工業以太網實現井上井下語音數據傳輸，利用CAN總線技術可以實現用電纜對煤礦井下應急廣播系統進行快速部署。CAN協議的顯著優勢在于每臺CAN語音接收終端擁有獨立的編碼地址，在實際應用中，不同的CAN語音接收終端可以同時接收到相同的語音數據，或者不同的語音發布終端針對不同的CAN語音終端發布針對性的語音數據。CAN總線技術作為一種雙向通信技術，不僅可以實現對井下發布語音指令，而且可以與地面指揮中心進行呼叫對講。

圖2 基于CAN廣播技術的應急廣播系統組成

相對于基于IP廣播技術的煤礦應急廣播系統，基于CAN廣播技術的煤礦應急廣播系統的特點有：①支持電纜連接，CAN信號傳輸僅需要雙芯通信電纜即可傳輸2 km，采用總線模式進行傳輸，在煤礦井下安裝廣播終端時不受距離限制，接線方便，基于IP技術的煤礦應急廣播系統僅能采用光纖和以太網雙絞線連接，光纖在煤礦井下熔接困難，雙絞線傳輸理論距離最遠僅為100 m；②支持遠距離供電，基于CAN廣播技術的煤礦應急廣播系統終端功耗低，在煤礦井下特殊場所不允許直接接電的位置可以采用遠距離供電方式，確保在有人員活動的任何場所部可以安裝應急廣播終端。

1.4 其他應急救援通信系統

目前，煤礦除了應急廣播系統以外，針對應急救援和日常調度指揮還建設有其他通信系統，包括有線通信系統、無線通信系統、人員定位系統、視頻監控系統等。

(1)有線通信系統。傳統電話在煤礦井下分布于各個重要位置，優點是無需就地供電，只要線路暢通便可進行語音通信，缺點是有線通信終端受制于成本和部署方式，在煤礦井下只有固定的重要場所方可安裝，不滿足應急救援要求。

(2)無線通信系統。在煤礦井下部署的基于小靈通、WIFI、3G/4G等技術的無線通信系統，由井下工作人員隨身攜帶通信終端可以隨時進行聯絡，但目前在相當一部分礦山實現井下人員人手一部難度較大。

(3)人員定位系統。通過該系統可以實時獲取井下人員數量、分布位置等信息。由早期的區域定位技術已經發展到現階段的精確定位技術，特別是精確定位技術在煤礦井下的應用，在應急救援過程中可以實時獲知井下人員位置、運動狀態等信息。

(4)視頻監控系統。在煤礦井下重要位置或區域安裝井下攝像儀，可以實時采集特定范圍內的圖像信息。隨著視頻采集技術和網絡技術的發展，井下攝像儀在完成圖像采集的基礎上，同時內置麥克風可以采集現場聲音，通過內置喇叭可以廣播聲音，實現了對井下圖像、聲音的綜合感知。

2 融合型應急廣播系統架構及功能

2.1 系統架構

煤礦融合型應急廣播系統可以用于生產調度指揮，在突發事故時可以作為應急廣播通信手段。隨著通信集成技術的發展，煤礦融合型應急廣播系統不僅可以在地面滿足應急指揮或生產調度需求，在煤礦井下也可以實現通信基站融合(圖3)。

該系統在井上可以通過一個觸摸屏實現應急廣播、有線調度、無線通信、車載調度、視頻、人員定位、車輛定位等分區綜合呼叫功能，可視呼叫功能，分區全呼功能，實現通信系統間的有機融合。利用大數據分析技術實現在面對突發事故時，自動整合預定區域內所有通信資源和活動人員構建動態分區，可以針對不同分區實現應急指揮信息的廣播直呼(圖4)。

該系統在井下通過融合性通信分站實現廣播、視頻、傳感器等綜合接入與傳輸，實現無線通信、WIFI數傳、精確定位的多頻無線覆蓋，為應急救援提供綜合性通信支撐和監測支撐。融合性通信分站為地面應急指揮提供了前端的人、物、環境等實時數據感知，并且承擔了井下人員進入避難場所的全程語音導航信號的傳遞和廣播。

圖3 煤礦融合型廣播系統示意

圖4 煤礦融合型廣播系統界面示意

2.2 系統功能

多系統融合的融合型應急廣播系統主要實現有線、無線、廣播通信系統的一體化通信，實現車輛指揮、視頻監控、人員精確定位與應急通信系統的融合。系統功能主要有：

(1)通信。①基本調度功能，呼叫、強拆、強插、監聽、組呼、全呼、會議等；②融合調度功能，有線固話調度、無線手機調度、IP廣播調度、定位分組數據讀取、區域分組調度；③錄音功能，全數字全局錄音，支持錄音查詢與回放；④可視化通信功能為調度臺與用戶、移動用戶之間的視頻與語音于一體的多媒體通信功能；⑤數據業務功能，支持網頁瀏覽、即時通信、企業信息化與自動化監控平臺。

(2)人員定位。①精確定位功能，可支持精確定位與查詢，定位精度可達5 m；②實時監測功能，對井下人員分布情況實時監控、實時跟蹤、實時定位；③歷史軌跡回放與查詢功能，支持歷史信息查詢與軌跡回放功能；④GIS信息地圖顯示，GIS地圖能夠實現井下巷道圖的縮放和顯示，在井下出現緊急情況后可以生成逃生路線。

(3)車輛管理。①車輛定位監測功能，支持井下車輛精確定位，定位精度達5 m；②車輛調度功能，調度臺支持一鍵直呼、一鍵組呼、一鍵全呼井下車輛，可對井下任意車輛進行調度管理；③歷史軌跡回放與查詢功能，支持數據存儲、查詢和車輛運行歷史軌跡重演功能。

3 煤礦融合型應急廣播系統發展趨勢

在煤礦未來應急救援過程中，融合型應急廣播系統所能發揮的作用大于有線通信系統以及無線通信系統，能夠在井下應急救援工作中有效指揮人員按照廣播提示的逃生路線快速到達安全避難硐室或自救區域。融合型應急廣播系統在煤礦應急救援工作中將進一步發揮的作用主要有：

(1)應急救援指揮。當井下發生突發事故時，調度室監控人員可以通過廣播通訊系統對井下進行全體廣播，分區廣播，或事故點、危險點的單獨廣播，便于迅速指導現場人員處理事故，指揮現場人員緊張有序地撤離或等待救援，有效減少事故造成的生命及財產損失，減小次生災害帶來的損失[11]。

(2)區域應急指揮。利用廣播系統的分控終端，在出現突發狀況時，可以啟動專人專區全程指揮模式。根據精確人員定位系統提供的井下人員分布信息，劃定不同的應急救援區域，由不同調度人員利用獨立廣播分控終端進行分區指揮，快速引導井下分散的工作人員根據相應的逃生路線到達避難硐室或撤回地面。廣播分控終端在日常生產指揮中可以作為分控終端由各個職能部門使用。

(3)井下緊急呼救。井下人員在遇到緊急情況時，可以通過廣播分站上的“緊呼”按鈕與地面調度人員進行對講呼救，及時向地面調度人員匯報井下緊急情況，并接受地面調度人員的應急指揮[11]。

(4)逃生路線引導。廣播系統可與煤礦井下人員精確定位系統實現聯動，根據井下人員分布情況、逃生路線規劃以及避難硐室位置，有針對性地引導不同區域的人員根據安全逃生路線快速到達避難硐室實施自救。

(5)人員動態跟蹤。井下突發事故時，利用井下人員精確定位系統可以對井下人員進行實時動態跟蹤，便于靈活指揮井下工作人員進行自救，減輕人員傷亡和經濟損失。

(6)視頻聯動跟蹤。廣播系統與煤礦井下人員精確定位系統實現聯動，利用大數據分析技術，根據井下人員的行動路線，自動調用特定區域的攝像儀圖像，提高應急指揮工作效率。

4 結 語

現階段，煤礦應急廣播系統包括基于模擬廣播技術的應急廣播系統、基于IP廣播技術的應急廣播系統、基于CAN廣播技術的應急廣播系統等。融合型應急廣播系統建設需要注重各系統之間的數據聯動，利用大數據分析技術實現應急廣播的分布呼叫、精確呼叫、快速引導等功能。在出現突發事故時，利用該系統能夠快速通知井下工作人員，依據不同區域救援物資的分布數據和人員精確定位數據，實現精確指揮、全程導航，為井下開展突發事故應急救援工作爭取寶貴的逃生時間。融合型應急廣播系統不僅能夠滿足應急救援使用，而且能夠為生產調度提供通信平臺，在提高煤礦生產效率的同時，能夠大幅提升煤礦安全應急救援水平。

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