井下金屬結構近場耦合大環發射天線電磁波能量安全性分析

范思涵， 楊維， 劉俊波

（1. 北京交通大學 電子與信息工程學院，北京 100044；2. 中煤科工集團常州研究院有限公司，江蘇 常州 213015）

0 引言

隨著通信技術的發展進步，無線通信技術在煤礦井下的應用日益廣泛，與無線通信技術相關的現代化井下無線通信設備越來越多。眾多的井下無線通信設備導致井下電磁環境復雜，加之礦井巷道內金屬結構密集，如長導線、雷管引線、絞車鋼絲繩、支架、支柱、運煤車和軌道等，金屬結構可通過近場磁耦合或遠場電磁波輻射的方式耦合發射天線的電磁波能量，進而對礦井環境產生威脅。井下無線通信設備在使用過程中，有2個因素可能會引起瓦斯爆炸：設備自身的電氣安全及設備發出的電磁波能量安全[1-2]。根據GB 3836.1-2010《爆炸性環境 第1部分 設備 通用要求》，煤礦瓦斯氣體環境中射頻天線的發射功率不得超過6W[3]。在此要求下，金屬結構斷點處感應出的電壓不足以產生擊穿放電火花[4]。但若金屬結構斷點的兩端發生了刮擦，就會在斷點處以刮擦放電的形式產生放電火花[4-5]。若放電火花釋放的能量大于瓦斯氣體的最小點火能，就會點燃瓦斯氣體，造成危險。文獻[1]對礦井電磁波輻射能量對瓦斯安全性的影響進行了研究，分析了電磁波與金屬結構之間的能量耦合特點，提出了金屬結構在諧振條件下匹配負載最大功率的計算方法，是研究礦井電磁波輻射能量對瓦斯安全性影響的重要文獻。文獻[5]對礦井5G電磁波輻射能量的安全性進行了研究，探討了5G采用大規模多輸入多輸出技術存在多個發射天線之間功率疊加，增大了點燃瓦斯氣體可能性的問題。……