關于礦井救援通信保障的幾點思考

王 明

（山東省消防救援總隊，濟南 250102）

0 引言

某日，某縣的一煤礦發生一起火災事故，經過34小時的緊張救援，11名被困礦工全部被救出。此次通信保障任務，傳統消防通信裝備顯得捉襟見肘，表現為：一是當前消防隊伍配備應急通信裝備無法在井下搭建有效的通信網絡；二是井下環境十分復雜，無人機不能進行地下飛行，機器人也難以抵達一線救援現場，實現圖像回傳；三是井下有線通信網絡破壞嚴重，無法有效利用固定通信網絡。

想要建立穩定可靠的井下通信鏈路，筆者認為需從兩個方面下手，一是建立穩定可靠的現場應急通信網絡，二是利用機器人、無人機等偵查裝備進行圖像回傳，解決最后一米的問題。

2 當前解決礦井通信的幾種通信技術對比

2.1 常見礦用通信技術

就目前來看，我國礦用通信以有線為主，國內外現有的煤礦井下無線通信技術有透地通信、感應通信、漏泄通信、礦用載波通信、礦井CDMA 通信、WIFI 通信、ZigBee 通信技術等。其中前4種無線通信技術因為通信效率低下、鋪設難度大、維護成本高等問題，導致應用效果不佳。而礦井CDMA 通信、WIFI 通信、ZigBee 通信三種通信技術，需要在布設大量固定基站，適合于煤礦建設時同步推進建設，不符合消防通信隊伍對裝備的便攜性要求。

2.2 Mesh 網絡

通過對Mesh 網絡的研究發現，Mesh 技術能夠滿足在復雜密閉空間內的應急通信需求。

無線Mesh 網絡又被稱為無線網狀網（Wireless Mesh Networks，WMN），與無線局域網有相同的傳輸標準。無線Mesh 網絡具有自我修復與管理、連續動態擴展、傳輸速率高且可快速部署等特點。這種多跳網絡可自動配置，具有學習性和自愈性。

無線Mesh 網絡的拓撲是點對點的網狀結構，是一種對等式網絡結構，單個節點與相鄰節點互相通信，是一種自組織網絡。

2.3 Mesh 網絡在消防通信領域的應用

目前，部分消防隊伍已配備了基于Mesh 網絡的城市重大災害及地質性災害應急通信系統，用于解決地下、隧道等復雜環境下的通信網絡問題，具有較強的便攜性及穩定性。

但是，就礦井通信網絡搭建而言，目前消防隊伍的Mesh 網絡設備不具備防爆性，在礦井各種易燃易爆氣體環境下，難以確保絕對的安全。另外，消防隊伍的Mesh設備多依靠人工架設，在大多數礦井救援條件下，難以延伸至救援一線。

3 機器人在礦井救援中的應用

近十年來，國內外救災機器人的探索研究成果顯著，在通信、安全、控制、照明、能源、傳感等重點需求上取得了較大成就。但是，成功深入井下進行救援任務的案例屈指可數。

3.1 部分礦井救援應用案例

較為典型的案例有2006年美國西貢山礦難救援、新西蘭派克河礦難的軍用機器人和西澳水務機器人、俄羅斯沃爾庫塔“北方”煤礦礦難的機器人。

因新西蘭派克河礦難使用的機器人較多，環境更為復雜，比較具有代表性，下面進行簡要介紹。

3.2 新西蘭派克河礦難機器人應用案例

2010年11月19日，新西蘭西海岸的派克河煤礦發生瓦斯爆炸事故。救援人員打通了一個長度為162m、直徑為15cm 的救援孔，將攝像機、空氣成分探測儀和聲音探測儀等送入井下，未發現任何生命跡象。

救援隊將新西蘭軍方提供的2臺排爆機器人、西澳大利水務公司的1臺管道機器人和由美國運來的1臺機器人送入礦井開展搜救，均未達到預期效果，并在多次爆炸中全部損毀。

救援結束后，派出了第五臺水務機器人進行事故調查。該機器人拍攝了大量巷內的視頻資料，但由于自身過于笨重，也被留在了礦井中。

3.3 救援機器人發展現狀

目前，救援機器人設計中普遍存在靈活性、防水性、防爆性難以兼顧，具備良好防護性能的機器人通常也比較笨重，在復雜的井下環境難以達到預期。同時續航能力和傳感器復雜度設計之間也存在一定的難題。

從世界范圍內看，煤礦救災機器人目前只是初步使用，效果并不理想，只能對非常有限的巷道環境和剛發生礦難后的快速調查、礦難之后的災后調查等階段使用，達不到預期的效果。

3.4 無人機井下飛行偵查的可行性

就目前無人機技術而言，由于無人機飛控技術、電池續航能力、防爆防水及井下復雜環境對飛手心理素質等方面的重大難題，無人機井下救援方案不可行，同樣條件下，使用機器人效果更好。

4 幾點思考及建議

下面，提出一種研發思路及解決方案：

（1）研發新一代基于Mesh 網絡的井下救援應急通信系統。該系統應在目前消防隊伍Mesh 裝備的基礎上，具備搭建速度快、搭建方式簡單、適應能力強、魯棒性強、節能省電和良好擴展性等特點，便于在現場快速有效的建立穩定高效的無線通信網絡。

（2）研發適合井下救援通信的機器人。井下救援機器人研發設計過程中，應著重對新能源動力系統、智能化行走、防爆材料輕量化、多種傳感器融合等方面進行考慮，同時采取無線加有線的通信方式，建立穩定可靠的傳輸機制。

（3）將應急通信無線網絡與機器人進行自適應融合，利用無線網絡為機器人提供通信及控制網絡，并在條件允許的前提下，研發井下救援機器人群組，形成井下救援機器人編組，并可按照職能不同進行分別設計，高效解決井下偵查、通信、救援、滅火等一系列問題。

5 結束語

目前在井下救援通信方面，無論是無線網絡搭建還是救援機器人的研發，均處于相對空白期，究其原因主要是市場需求不足、政策許可限制和技術發展屏障。因此，想要較好的解決井下救援通信問題，需協同高校、企業等進行自主研發，作出真正符合消防隊伍應急通信特點的解決方案。