煤礦無線通訊新技術(shù)的應(yīng)用

文/邊文宇

由于煤礦工作的空間范圍廣，且地理?xiàng)l件相對(duì)較差，在井下作業(yè)時(shí)，復(fù)雜的環(huán)節(jié)和簡陋的環(huán)境使得員工之間的通訊較為不便，一方面會(huì)影響到工作效率，一方面會(huì)引發(fā)安全問題，所以提高煤礦通訊的質(zhì)量是十分重要的任務(wù)。在當(dāng)前信息時(shí)代，如何運(yùn)用新型的無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，提升井下通訊質(zhì)量，是非常重要的問題。

1 煤礦無線通訊的特點(diǎn)分析

1.1 通訊效率較低

在煤礦井下工作時(shí)，傳播介質(zhì)一般為半導(dǎo)體，這導(dǎo)致無線通訊的頻率相對(duì)較低，另外會(huì)大幅影響到電波的輻射能力，所以在實(shí)際的煤礦通訊中，如果不加入先進(jìn)的技術(shù)，無線通訊的效率并不高。

1.2 接收點(diǎn)信號(hào)薄弱

電波信號(hào)會(huì)隨著無線電的長距離傳播漸漸減弱，煤礦下面的電波信號(hào)減弱速度會(huì)比地面更快。另外在礦井下電波信號(hào)會(huì)受到各種折射和阻擋，衰減的程度增加。在上述情況下，接收點(diǎn)的電波信號(hào)會(huì)十分薄弱。

1.3 煤礦信號(hào)受到嚴(yán)重干擾

電波信號(hào)在煤礦井下傳遞時(shí)，不僅會(huì)因?yàn)檎凵浜痛┩缸钃醯仍虬l(fā)生減弱，還會(huì)受到多重的干擾。因?yàn)榈V井下用電設(shè)備較多，電源網(wǎng)絡(luò)較為復(fù)雜，在工作過程中會(huì)影響到無線通訊的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，所以礦井下使用無線通訊時(shí)，對(duì)其質(zhì)量和功能的要求更高。

1.4 通訊設(shè)備要求較高

礦井下面相比較地面來說，會(huì)有更多的灰塵雜質(zhì)，且更為潮濕，這些簡陋的環(huán)境條件都對(duì)無線通訊設(shè)備的質(zhì)量提出了更高的要求，相關(guān)單位需要對(duì)此提高重視，不要為了節(jié)省開支而購買質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的通訊設(shè)備。

2 傳統(tǒng)煤礦無線通訊技術(shù)

2.1 感應(yīng)通信技術(shù)

感應(yīng)通信技術(shù)很早就在國外被采用，它是一種利用電磁感應(yīng)原理借助傳感線傳輸信號(hào)的通信方法，頻率通常高于幾十千赫茲。基站發(fā)送電信號(hào)在感應(yīng)線上傳輸，然后會(huì)在感應(yīng)線周圍形成一個(gè)以感應(yīng)線為中心的交變同心圓磁場(chǎng)，如果移動(dòng)臺(tái)處于磁場(chǎng)的有效距離中，就會(huì)感測(cè)到相應(yīng)的電壓，放大并檢測(cè)后便可獲得發(fā)送的信號(hào)。相反的，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)發(fā)送信號(hào)時(shí)，在感測(cè)線路中產(chǎn)生相應(yīng)的電流信號(hào)，并通過感測(cè)線路將其發(fā)送到基站。由于感應(yīng)通信耦合衰減和傳輸衰減都比較高，所以通信距離不能過遠(yuǎn)，一般情況下不大于兩千米。為了在整個(gè)礦井中實(shí)現(xiàn)無線通信，需要串入中繼器，我國在幾個(gè)礦山進(jìn)行了試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)電力不足和干擾較強(qiáng)使得該方法暫時(shí)沒有普及。

2.2 漏泄技術(shù)

漏泄通訊技術(shù)最早在我國發(fā)明并被運(yùn)用在礦井工作中，是一種解決有限空間內(nèi)（如礦井）通信問題的新技術(shù)。此技術(shù)利用高頻的信號(hào)，借助礦井中鋪設(shè)的漏泄電纜實(shí)現(xiàn)礦井中車輛和工作人員的雙向通訊，可以克服礦井下面高強(qiáng)度的電磁干擾，解決高頻信號(hào)無法在礦井巷道中自然傳播的缺陷，此技術(shù)的發(fā)明使得有線電話通訊成為了歷史，是當(dāng)前礦井無線通訊的一種重要手段。但它也存在一定的缺點(diǎn)，其只能進(jìn)行人員間的通信聯(lián)絡(luò)，卻并不能定位施工人員的位置，不能提高工作的安全性，需要進(jìn)行一定的技術(shù)改進(jìn)。

2.3 井下小靈通

礦用井下小靈通通訊技術(shù)是為了保證礦井工作安全而使用的多功能無線通訊技術(shù)。該技術(shù)與漏泄技術(shù)相比更系統(tǒng)化全面化，可以實(shí)現(xiàn)有線、無線系統(tǒng)之間的通信，礦井下的手機(jī)和手機(jī)至今、礦井下手機(jī)和地面手機(jī)之間、礦井下手機(jī)和地面固定電話之間等都可實(shí)現(xiàn)雙向通信，更為方便快捷。現(xiàn)在國內(nèi)的很多礦產(chǎn)企業(yè)都在使用井下小靈通通訊技術(shù)，便捷的溝通提高了礦井工作的效率。該技術(shù)的一大優(yōu)點(diǎn)是后期維護(hù)的成本較為低廉，使企業(yè)的運(yùn)營和效益得到了大幅的提升。

2.4 Wi-Fi技術(shù)

Wi-Fi 技術(shù)是基于互聯(lián)網(wǎng)的通訊技術(shù)，在礦井操作中的主要優(yōu)勢(shì)是較為靈活且成本低廉，此方式終端接收類型也較多，但是和上述的井下小靈通通訊技術(shù)相比，其沒有寬帶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在數(shù)字化通訊發(fā)展方向上沒有前景。

2.5 透地通信系統(tǒng)

透地通信是一種用于緊急通訊的無線電通信方法，以大地作為電磁波的傳播介質(zhì)。透地通信系統(tǒng)由地面設(shè)備和井下設(shè)備組成，且雙方都含有獨(dú)立的主機(jī)和收發(fā)天線，另外礦井所用的透地通信系統(tǒng)采用了一種特殊的低頻信號(hào)，可以穿透到較深的地下，信號(hào)經(jīng)由礦石和土地傳播，從而實(shí)現(xiàn)井下和地面的雙向通訊，當(dāng)發(fā)生突發(fā)災(zāi)害時(shí)，井下工作人員可使用此技術(shù)與地面取得聯(lián)系。透地通信的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)性能良好，體積小重量輕，操作方便，但其缺點(diǎn)是施工難度較高，且應(yīng)用范圍受限，所以一般只用于災(zāi)難發(fā)生時(shí)的緊急通訊情況。

3 煤礦無線通訊新技術(shù)

3.1 拓展的Wi-Fi技術(shù)

隨著人們對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)依賴性的增強(qiáng)，Wi-Fi逐漸成為了新時(shí)代的發(fā)展方向，但是傳統(tǒng)的Wi-Fi技術(shù)只能滿足居民小范圍的網(wǎng)絡(luò)需求，對(duì)于遠(yuǎn)距離的信息傳輸來說，需要改進(jìn)傳統(tǒng)的Wi-Fi 技術(shù)，所以拓展的Wi-Fi技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)是基于Mesh系統(tǒng)的新型無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，Mesh系統(tǒng)是一種具有移動(dòng)寬帶特征，并可以動(dòng)態(tài)拓展和平衡，且穩(wěn)定性更高的新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的Wi-Fi技術(shù)相比，Mesh無線系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能與一個(gè)甚至多個(gè)對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)直接通訊，且成本更低，通訊效果更強(qiáng)。拓展的Wi-Fi技術(shù)的一大優(yōu)勢(shì)是，如果近處的Ap 信號(hào)被堵塞，數(shù)據(jù)信號(hào)會(huì)及時(shí)辨別并把信號(hào)快速切換到流量更小的 Node 上，在煤礦行業(yè)中運(yùn)用拓展的Wi-Fi技術(shù)能提供更廣闊的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，且能連續(xù)不斷地進(jìn)行無障礙的信號(hào)傳輸，提高了煤礦行業(yè)信息通訊的質(zhì)量。

3.2 全球微波接入互操作性技術(shù)

全球微波接入互操作性技術(shù)簡稱WiMAX技術(shù)，該技術(shù)是一種無線城域網(wǎng)技術(shù)，它可以實(shí)現(xiàn)一對(duì)一、一對(duì)多的信息傳輸，且其信號(hào)傳輸范圍十分廣，此種遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)使得該技術(shù)不僅能實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的接入，還可以成為有線網(wǎng)絡(luò)的無線拓展，拓寬了無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸面積。此技術(shù)不僅信號(hào)傳輸范圍廣，還能保證信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，當(dāng)前煤礦生產(chǎn)企業(yè)已將其作為一種大力推廣的無線通訊技術(shù)。

3.3 國內(nèi)自主研發(fā)的Mc Will技術(shù)

Mc Will技術(shù)，全稱多載波無線信息本地環(huán)，是我國自主研發(fā)的新型無線通訊技術(shù)，它是一種寬帶數(shù)據(jù)和窄帶語音的融合接入系統(tǒng)，該技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)是實(shí)現(xiàn)了語音通信。國內(nèi)目前開發(fā)的McWiLL系統(tǒng)主要有兩個(gè)版本（R4版本和R5版本），其中R4版本主要應(yīng)用于固定無線接入系統(tǒng)，服務(wù)于高速傳輸?shù)膶拵?shù)據(jù)業(yè)務(wù)；R5版本則是面向移動(dòng)的無線接入系統(tǒng)，能滿足高速的數(shù)據(jù)和語音傳輸需求。該技術(shù)覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)吞吐量高、并發(fā)用戶容量大、能承載多種服務(wù)項(xiàng)目，在煤礦開采工作上能提高語音通訊的效率。

4 煤礦無線通訊技術(shù)的優(yōu)化方向

4.1 構(gòu)建新型的移動(dòng)通信系統(tǒng)

上文中可知，電波信號(hào)在礦井中的減弱程度較高，通信距離成為了制約礦井通訊的問題，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)和語音通信技術(shù)已不能滿足當(dāng)前礦井工作的通訊需求。當(dāng)前研究的目的便是構(gòu)建新型的移動(dòng)通信系統(tǒng)，來解決礦井工作的范圍廣、信號(hào)弱等問題。可以引用全新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用WiMAX技術(shù)和Mc Will技術(shù)等新型煤礦無線通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的遠(yuǎn)距離、高效率、穩(wěn)定性傳輸。

4.2 構(gòu)建自動(dòng)化的數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)

當(dāng)前礦井的無線通信系統(tǒng)多為封閉式系統(tǒng)，通信協(xié)議和信息傳輸不兼容，想要與礦井中的其它監(jiān)測(cè)設(shè)備關(guān)聯(lián)十分困難，這時(shí)無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的大范圍共享，對(duì)工作的開展起不到更大的幫助作用。所以礦產(chǎn)企業(yè)可以構(gòu)建自動(dòng)化的數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化上傳和部分是設(shè)備的自動(dòng)化操作，省卻了管理人員下達(dá)指令的通訊時(shí)間，提高了工作的效率和全面性。

4.3 實(shí)現(xiàn)工作人員的定位和監(jiān)督

除了提高無線通訊技術(shù)，在具體的管理內(nèi)容上，也應(yīng)該加以重視。可以對(duì)地下操作員工進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，不僅可以監(jiān)督其工作情況，還能保證其人身安全。另外還可以對(duì)礦井下工作人員的工作情況進(jìn)行全面監(jiān)控，這樣可以合理規(guī)劃開采線路，科學(xué)布局工作內(nèi)容，這也是上述無線通訊的目的之一，可以通過此種管理方式實(shí)現(xiàn)。

5 小結(jié)

本文介紹了幾種傳統(tǒng)的煤礦無線通訊技術(shù)，如感應(yīng)通信技術(shù)、漏泄技術(shù)、井下小靈通、Wi-Fi 技術(shù)、透地通信系統(tǒng)等，并提出了幾種新型的煤礦無線通訊技術(shù),包括拓展的Wi-Fi技術(shù)、全球微波接入互操作性技術(shù)、Mc Will技術(shù)等，并在最后提出了煤礦無線通訊技術(shù)的優(yōu)化方向。