煤礦光纖傳感應急通信系統設計

康志堅，張紅娟，高妍，王宇，靳寶全

(1.太原理工大學 電氣與動力工程學院， 山西 太原 030024；2.太原理工大學 新型傳感器與智能控制教育部與山西省重點實驗室， 山西 太原 030024)

0 引言

井下煤炭開采是高危行業，煤礦瓦斯爆炸、火災、突水等災害時有發生，在災害發生后第一時間獲知煤礦井下人員信息，對保障工人人身安全和煤礦正常運營至關重要。因此，研究礦井通信方式對災后快速制定應急方案具有極高的實用價值[1-3]。目前，煤礦人員信息交互手段主要有礦用調度電話、礦井廣播等有線方式和個人手持式電話系統(Personal Handy-phone System，PHS)、4G、WiFi等無線方式[4-6]。礦用調度電話、礦井廣播通信終端均為固定設備，工作時需井下供電。采用PHS、4G、WiFi等無線通信方式時，井下基站需電力支持。在遭遇瓦斯爆炸、粉塵爆炸、火災、突水、頂板冒落等災害時，通信線纜與設備終端易受沖擊破壞；無線電波易受復雜環境阻斷；當災害致使煤礦井下電力系統癱瘓時，依托電力支持的通信鏈路難以維系，影響通信系統的正常工作，從而造成煤礦井下救援信息無法傳輸[7-9]。

光纖具有本質安全、無源傳輸、抗干擾性強、靈敏度高、耐腐蝕、電絕緣、便于鋪設、易工程化等優勢[10-11]，可擺脫電能束縛，在煤礦井下潮濕、地形多變、電磁干擾、易燃易爆的復雜環境中穩定工作[12-13]。因此，本文設計了一種煤礦光纖傳感應急通信系統，實現了礦井災后無電環境下對井下被困人員聲音信息的采集、傳輸和處理。該系統包含光纖聲音傳感子系統與硬件解調子系統2個部分：在井下巷道鋪設的光纜中加入光纖探頭，構建光纖聲音傳感子系統，偵聽巷道內被困人員呼喊、敲擊等聲音信號；……