矿井通讯联络系统2011

井下通信联络系统魏引尚博士教授西安科技大学 1标准规范 煤炭工业调度信息化建设总体规划纲要 国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知 国发 2010 23号 国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局关于建设完善煤矿井下安全避险 六大系统 的通知 安监总煤装 2010 146号 目前矿井通讯联络系统84 9 2矿井通信联络系统 国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局关于建设完善煤矿井下安全避险 六大系统 的通知 安监总煤装 2010 146号 要求煤矿要按照在灾变期间能够通知人员撤离和实现与避险人员通话的要求 进一步建设完善矿井通信联络系统 矿井通信联络系统又称矿井通信系统 是煤矿安全生产调度 安全避险和应急救援的重要工具 通信系统基本特点煤矿井下是一个特殊的工作环境 因此矿井通信系统不同于一般地面通信系统 具有如下特点 1 电气防爆 2 传输衰耗大 3 设备体积小 4 发射功率小 5 抗干扰能力强 6 防护性能好 7 电源电压波动适应能力强 8 抗故障能力强 9 服务半径大 10 信道容量大 11 移动速度慢 3分类矿井通信系统包括 1 矿用调度通信系统 2 矿井广播通信系统 3 矿井移动通信系统 4 矿井救灾通信系统等 3 1矿用调度通信系统矿用调度通信系统一般由矿用本质安全型防爆调度电话 矿用程控调度交换机 含安全栅 调度台 电源 电缆等组成 如图1所示 矿用本质安全型防爆调度电话实现声音信号与电信号转换 同时具有来电提示 拨号等功能 程控调度交换机控制和管理整个系统 具有交换 接续 控制和管理功能 矿用程控调度交换机 调度台 广播控制设备 矿用本安电话 防爆广播设备 防爆广播设备 矿用本安电话 矿用本安电话 录音设备 防爆显示屏 防爆显示屏 图1矿用调度通信系统和矿井广播通信系统 调度台具有通话 呼叫 强插 强拆 来电声光提示 录音等功能 矿用调度通信系统不需要煤矿井下供电 因此 系统抗灾变能力强 当井下发生瓦斯超限停电或故障停电等 不会影响系统正常工作 当发生顶板冒落 水灾 瓦斯爆炸等事故时 只要电话和电缆不被破坏 就可与地面通信联络 矿用调度通信系统抗灾变能力优于其他矿井通信系统 调度信息系统结构 信息调度系统必须具有生产 安全 基建 运销 经营 等综合调度信息采集 传输及处理功能 具有经营活动分析功能 具有生产安全作业的调配平衡功能 能够在效益和安全最佳的前提下 对企业的生产 安全业务活动进行进行优化配制 1 信息采集 传输和处理 信息采集 调度统计 文字数字语言图像 静 动 实时信息 传输矿调度 局调度 省调度 部调度 处理 数据汇总 静图像处理 动图像处理 电子邮件 语言信箱2 经营活动分析3 作业调配平衡 现代化调度系统的硬件平台 调度装备是一套上下互联的 系列化模块式的综合平台 它由以下几个部分组成 1 电话交换机 容量适中 非话业务功能强 淡化话务台接线功能 强化综合业务和数据通讯功能 增加安全特呼和告警功能 增加联动报警和自动录音 2 图像处理部分 工业电视系统 模拟显示和数字入网及传输 电视会议系统 限于有条件的局 矿两级 3 计算机网络 调度计算机子网 综合监测监控系统的数据接口 CRT显示和大屏幕显示4 监测系统的接入和综合集成 安全 生产监测系统接入 主要工况监测系统接入 电力调度系统接入 人员和车辆跟踪系统的接入 选煤厂系统的接入 矿井主要计量系统的接入 核子秤 轨道衡 度易衡 配煤系统等 5 办公自动化设备 调度系统的软件平台和应用系统 1 软件平台 客户端操作系统 MS Windows95网络操作系统 MS WindowsNT4 0数据库 MSSQLServer6 5以上电子邮件 MSExchangeServer开发工具 Powerbuilderforwindows VisualBasic3 0以上 Delphi3 0以上 Visualpro5 0以上图形系统 AutoCADforwindows10 0 Mapinfor3 0以上 2 应用系统综合调度系统 四级网络版 辅助决策系统及经营分析系统调配平衡系统生产安全桌面地理信息系统 网络版 监测监控通信协议转换系统 各种监测系统和KJ95 KJ90 康斯派克等 电子邮件管理系统调度办公自动化管理系统 3 2矿井广播通信系统矿井广播通信系统一般由地面广播录音及控制设备 井下防爆广播设备 防爆显示屏 电缆等组成 如图1所示 地面广播录音及控制设备具有广播 录音 控制等功能 一般由矿用程控调度交换机和调度台承担 防爆广播设备将电信号转换为大功率声音信号 及时广播事故地点 类别 逃生路线等 防爆显示屏显示事故地点 类别 逃生路线等信息 矿井语音广播系统 KTT103 组成 矿井语音广播系统 KTT103 下图 1 音源播放 数字录音计算机 简称广播计算机 2 KZD 20H Z广播控制主机 简称KZD 20H Z主机 3 KZD 20Z广播调度站 4 KTT103 4扩音通讯装置控制器 简称KTT103 4控制器 5 KTT103 1数字抗噪声扩音话站 简称KTT103 1扩音站 6 KTT103 2隔爆兼本安电源 简称KTT103 2电源 7 总线电缆 矿用通讯电缆 几部分组成 矿井广播通信系统用途 矿井语音广播系统 的扩音站可以安装在巷道 候车室 猴车沿线 皮带沿线 采煤工作面 掘进工作面等岗位上 这些位置是井下作业人员工作 流动和休息的场所 可清晰听见扩音站广播的报警声和报警语音 矿井广播通信系统功能 紧急报警广播功能紧急情况下 调度人员可以启动紧急报警广播 在井下各广播站点全线播放紧急报警声和告警语音 为井下工作人员疏散撤离提供必要的声讯信息 同时调度人员的指挥命令也可通过麦克风进行全线广播 背景音乐和宣传语音广播功能 1 正常情况下 可将广播室播音员的语音在井下各广播站点全线或分区播放 2 正常情况下 可将音源播放计算机播放的背景音乐 宣传语音 在井下各广播站点全线或分区播放 数字录音功能音源播放计算机具有数字录音功能 能自动记录调度人员由麦克风发出的指挥命令 分区广播功能井下各广播站点可实现全线或分区广播 通讯联络功能系统中扩音站配接本安电话机后 可实现广播调度站与扩音站之间的扩音通讯及双工通话 扩音站之间的双工通话 系统工作状态检测功能由于系统中各扩音站采用总线电缆连接方式 所以系统中各扩音站必须与总线电缆可靠连接 系统工作状态检测功能可以测试扩音站与总线电缆的连接状态及扩音站的工作状态 为维护人员提供准确的故障信息 使系统维护和检修快捷 便利 3 3矿井移动通信系统矿井移动通信系统一般由矿用本质安全型防爆手机 矿用防爆基站 系统控制器 调度台 电源 电缆 或光缆 等组成 如图2所示 系统控制器 基站 调度台 图2矿井移动通信系统 矿用本质安全型防爆手机实现声音信号与无线电信号转换 具有通话 来电提示 拨号 短信等功能 部分本安防爆手机还具有图像功能 矿用防爆基站实现有线 无线转换 并具有一定的交换 接续 控制和管理功能 系统控制器控制和管理整个矿井移动通信系统的设备 具有交换 接续 控制和管理等功能 调度台具有通话 呼叫 强插 强拆 广播 来电声光提示等功能 矿用防爆基站和防爆电源设置在井下 矿用本质安全型防爆手机主要用于井下 当井下发生瓦斯超限停电或故障停电等 会影响系统正常工作 因此 严禁矿井移动通信系统替代矿用调度通信系统 矿井移动通讯应用现状 漏泄感应透地PHS 小灵通 CDMAWiFi 漏泄通信 在需要实现无线通信的地下巷道中铺设一条射频同轴电缆 即漏泄电缆 这种电缆以穿孔 开槽或疏编等方法 有规则地破坏电缆屏蔽层的完整性 这样 当漏泄电缆接在基地电台天线输出口时 在电缆周围就会形成一个均匀连续的电磁场 也即漏泄电缆起了天线的传输作用 利用巷道中电缆周围的电磁场 就可沿漏泄电缆进行无线电收发信机与漏泄电缆之间的双向移动通信 其中双向中继器用于补偿射频信号在漏泄电缆中轴向传输时所产生的损耗 功率分配器 用于在井向分叉时实现信号的分支或汇合 负载盒则用于使系统保持阻抗匹配 KDLT I型井巷漏泄通信系统具有地面 井下联网及有无线转接功能的单信道或多信道漏泄通信系统 它有以下特点 1 工作频率段为60 80MHZ 有良好的抗火花干扰能力 2 井下设备均为防爆电气设备 3 调度电话和手机可以双向通话 通过基地台中转 手机之间也可双向通话 通话方式为广播式 4 手机体积小 操作简便 其防爆等级为矿用本质安全型 防爆标志为Exibl 5 系统具有可扩展性 可随时根据需要增加信道 增加移动台数量或延伸漏泄电缆敷设长度 6 人工有线中继 感应通信的原理及特点 感应通信沿道 或一定的区域 设绝缘导线 当道中导线 称为感应线 附近的发射机发射天线电信号时 发射机天线的信号可以感应到感应线上 产生感应电流 该电流在感应周围产生信号场强 沿途的天线接收机天线可因感应而接收信号 经放大和处理 获得发射机发出的信息 完成通信过程 这就是感应通信的原理 在感应通信中 工作频率越低 传输损耗越小 耦合损耗越大 工作频率越高 传输损耗越大 耦合损耗越小 实际证明有利于感应通信的工作频率为 感应线一般是直径 的绝缘导线 距壁 平行于道设 感应线可以是单线 一根导线 方式与大地构成回路 也可以采用双导线自成回路方式 感应通信和漏泄通信是地下道 地下建筑中两种移动通信方式 相比之下感应通信具有结构简单 易实现 投资少 见效快的优点 特别是在紧急情况下 可在未布线的空间 依靠其它导体作为媒介 也可在线路间断情况下完成通信 感应通信的主要缺点是工作频率低容量较小且易受干扰 透地通讯 透地通讯特点 系统可靠性高 系统的信息输入装置 发射机和发射天线均置于地面 当井下发生灾变时 不会影响系统正常工作 信道容量小 工作频率为特低频 只能用于传呼 单向遥控 单向通信 天线尺寸大 不宜架设在井下 发射功率大 发射机和发射天线难以制成本安型防爆电器设备 因此 只适用于向地面发送 井下接收的单向通讯 电磁干扰大 50Hz工频及其谐波对透地通信的干扰严重 应用范围受限 施工难度大 PHS 井下小灵通 矿用无线通讯系统 矿用井下小灵通 可以实现所有有线 无线用户的调度功能 井下手机与手机之间 井下手机与调度电话之间 井下手机与地面手机之间 井下手机与地面固定电话间均可实现双向通话 还能根据生产需要对无线用户及所带的固定用户混合组网 统一编号 如 KT30矿用无线通讯系统 矿用井下小灵通 还能实现矿区移动通信网与公众移动通信网的汇接联网 实现了矿区移动用户 固定用户的统一调度和指挥 CDMA移动通讯 采用 有线 无线转换器 基站 的网络结构和CDMA技术 工作在450MHz 优点 通话清晰 抗干扰能力强 等 缺点 地面主机和井下远端模块通过光缆直接连接 远端模块没有交换功能 一旦接入的光缆发生断缆 远端模块不能脱网工作 系统抗灾变能力差 WiFi移动通信系统 采用 基站 交换机 网络结构和WiFi主流短距离无线通信技术 工作频率 2 4GHz带宽达到54Mbps抗干扰能力强 设备体积小 成本低系统具有应急功能 当井下基站和地面交换机发生断缆时 基站服务区内的移动电话仍可相互通话 系统抗故障能力强 该基站脱网功能也可用于事故应急救援和临时施工通讯 3 4矿井救灾通信系统矿井救灾通信系统一般由矿用本质安全型防爆移动台 矿用防爆基站 含话机 矿用防爆基站电源 可与基站一体化 地面基站通信终端 电缆 或光缆 等组成 如图3所示 矿用本质安全型防爆移动台实现声音信号与无线电信号转换 具有通话 呼叫 来电提示等功能 地面基站通信终端 防爆基站 矿用防爆基站实现有线 无线转换 具有交换 接续 控制 管理 通话 呼叫 来电提示等功能 地面基站通信终端具有通话 呼叫 来电提示等功能 图3矿井救灾通信系统 KT95型矿井救灾通信系统是矿井下发生灾害事故时 装备矿井救护队进行通信联络的专用通信系统 该系统各产品的防爆类型均为矿用本质安全型 防爆标志均为Exibl 150度 可用于煤矿井下含有甲烷爆炸气体混合物的场所中 是一种理想的矿井救灾通信系统 该系统从系统设计 技术水平 实用性等方面相当或稍强于国外产品 而价格仅为他们的1 10 性价比高 适合我国国情 3 5矿用IP电话通信系统矿用IP电话通信系统一般由矿用本质安全型防爆IP电话 矿用防爆交换机 矿用防爆电源 一般有维持系统工作2小时的备用电源 可与矿用防爆交换机一体化 调度台 地面普通交换机 光缆等组成 调度台和地面普通交换机设置在地面 矿用本质安全型防爆IP电话和矿用防爆交换机设置在井下 当井下发生瓦斯超限停电或故障停电等 会影响系统正常工作 因此 严禁用矿用IP电话通信系统替代矿用调度通信系统 4矿井通信系统作用矿井通信系统的作用是 1 煤矿井下作业人员可通过通信系统汇报安全生产隐患 事故情况 人员情况等 并请求救援等 2 调度室值班人员及领导通过通信系统通知井下作业人员撤人 逃生路线等 3 日常生产调度通信联络等 4 矿井救灾通信系统主要用于灾后救援 5救援案例2007年7月29日河南省陕县支建煤矿发生透水事故 共有69人被困 被困人员通过电话及时将被困人数 位置和状况向地面汇报 为救援提供了准确信息 缩短了救援时间 同时通过该电话安抚被困人员 增强了被困人员生还信心 最终被困69人成功获救 6现存问题矿井通信系统是煤矿安全生产 紧急避险 应急救援的重要工具 但部分煤矿没有按照 煤矿安全规程 等有关要求 装备矿井通信系统 矿用本质安全型防爆电话装备数量和地点均不符合 煤矿安全规程 等有关要求 许多煤矿没有装备防爆语音广播设备 7技术及装备要求煤矿必须装备矿用调度通信系统 积极推广使用矿井移动通信系统和矿井广播通信系统 矿山救护队应装备矿井救灾通信系统 1 矿井通信系统应符合有关标准要求 取得矿用产品安全标志准用证和防爆合格证 2 用于煤矿井下的通信设备必须是防爆型电气设备 在电缆和光缆上传输的信号必须是本质安全型信号 用于煤矿井下的电话必须是矿用本质安全型防爆电话 3 煤矿必须装备矿用调度通信系统 用于煤矿井下的调度电话必须是矿用本质安全型防爆电话 调度电话应直接连接设置在地面的地面一般兼本质安全型调度交换机 含安全栅 并由调度交换机远程供电 为防止煤矿井下因事故停电 影响系统正常工作 严禁调度电话由井下就地供电 或经有源中继器接调度交换机 调度电话至调度交换机应采用矿用电缆连接 调度电