矿井多水平漏泄通信系统的组网研究与应用

【摘　要】文章介绍了协庄煤矿漏泄通讯系统的使用现状，针对使用中存在问题进行研究，采用单电缆多漏泄通信系统，实现共用语音传输模式，达到节能降耗安全可靠的目的。主要包括：漏泄通信系统的组网方法、漏泄通信天线共用器的研究和现场应用。

【关键词】节能；漏泄通讯；安全；研究；可靠性

Mine Ｍore than Ａ Ｓingle Ｃable Ｌeakage and Ｉmplementation of Ｃommunication Ｓystems

CＡＯ Shu-feng　DＵＡＮ Ｘi-tao　LI Ｐeng-fei

（Shandong Xinwen Mining Group Co., Ltd., Xintai Shandong, 271221）

【Abstract】This paper describes the co-use of Mine Communication System Leakage current situation, problems for use in research, more than a single cable communication system leakage and achieve common voice transmission mode to achieve the purpose of saving energy safe and reliable. Include: communication systems Zuwang Fang Law leakage, leakage communications antenna multi-site development and applications.

【Key words】Energy; Leakage reliability of communication; Security research

0　概述

矿山井下通信担负着矿山生产、安全、调度的重要任务，在矿井安全、高效生产、抢险救灾中发挥着十分重要的作用。改善井下无线通信系统，可以帮助矿山提高生产率和安全性，以减少瓦斯爆炸、透水、矿岩爆等恶性事故给矿山带来的巨大损失。矿井通信的理想模式是井下无线移动通信系统，但由于井下环境的特殊性，无线电波在巷道中传播遇到很大的困难。为了减少地质条件对无线通信信号的衰减，通常采用低频通信直至超低频通信，但这样需要的天线将会很大，这对于井下移动通信来说很不方便。从而井下移动通信只有借助于有线才能实现，其中有线是绝对的，无线则是相对的。采用漏泄电缆作为天线的井下无线漏泄通讯系统，可以解决矿井安全调度中的语音通讯问题。自20世纪90年代以来，矿井漏泄通信由于其抗干扰能力强，受气候环境影响小，话音质量好，组网灵活和组建成本低等优点在我国煤矿领域得到广泛应用。

１　存在问题

新矿集团协庄煤矿已有一套KTL103漏泄通讯系统，但是随着掘进煤层的拓展，现有3个煤层在同时开采，不同水平需要多套调度系统，为了各个水平运输安全生产的调度，需要4套漏泄通讯系统，如果每套通讯系统敷设一条漏泄电缆，则需要在主井敷设很长的4条漏泄电缆，其长度是井下总漏泄电缆的数倍，需要很大的资金投入。如果能够以一条漏泄电缆敷设主井，然后在井下有一条电缆分出分支到不同的巷道，实现全矿井的通信，为4套漏泄通讯系统的公用天线则将节约很大资金。在一条电缆上运行多套漏泄通信系统，并且互不干扰，则具有重要的价值。

２　方案实施

根据协庄煤矿具体的要求研究开发一套由单根下井泄漏电缆作为共用天线、3套漏泄通讯系统组网的矿井综合漏泄通讯系统，每套漏泄通讯系统基地台能够在井上调度室独立工作，各自的手持机用户分布在井下各个煤层任意位置，3套漏泄通讯系统独立工作，互不影响，同时系统能够将多套漏泄通讯系统任意扩展，根据矿井延伸条件方便组网，使语音通讯到达矿井的任意角落。

３　主要研究、试验内容及技术创新点

３.1　研究的主要内容

３.1.1　研究用漏泄电缆作为天线的上行频率59.35MHz赫兹下行80.5MHz漏泄通信基地台，基地台的信道可以编程设置，有16种信道可以选择。

３.1.2　研究漏泄通信系统与地面电信网络接口的的无线程控交换机，实现井下语音与地面电信话机的通信。

３.1.3　研究基于一根漏泄电缆上加载多信道无线语音信号和从电缆提取各信道语音信号的天线共用合/分路器系统。

3.1.4　研究上行频率80.5MHz，下行频率59.35MHz，具有32个信道，狭窄信道下的高音质、低功耗、体积小、外形美观的手持机。

3.1.5　研究多信道漏泄通信系统的组网时的频率分配方法，并根据协庄矿井条件进行组网设计。

3.2　关键技术

关键技术有两点，第一个关键技术是漏泄通信系统的组网方法。系统在天线共用器系统的作用下保证各漏泄系统独立工作，互不影响，在井上各信道的基地台不能干扰，能够任意接入漏泄电缆中。井下在功率分配器的作用下实现符合矿井巷道条件的树形网络，组网方便。无线自动交换基地台具有独立的信道，完成信道频段的手机的通讯交换功能，各基地台的信道在控制器的作用下自动配置。第二个关键技术是漏泄通信天线共用器的研究，采用天线共用器，可以减少漏泄通讯系统电缆、中继器、分配器的数量及故障点，提高了系统的抗干扰能力，保证通话更加清晰。在一路天线输入4路输出之间提供最佳偶合特性，优良性能主要是二个方面即低噪声、高互调抑制能力以及良好的隔离。由于在一根漏泄电缆上同时传输多个信道的语音信息信号，天线共用器向漏泄电缆调制语音信息和从漏泄电缆分离语音信息时不能混有相邻信道的语音信息。相邻信道不能改变、破坏原通信系统，因此组成漏泄通讯系统天线共用器的带通滤波技术是关键技术。

３.3　主要创新点

３.3.1　研究了矿井用基于漏泄电缆上行59.35M赫兹下行80.5M赫兹的煤矿无线漏泄通讯系统；基于上行59.35M赫兹下行80.5M赫兹的频带，研究具有16个（以上）信道的漏泄通信系统，具有通话质量好、抗干扰能力强、相邻信道无影响的特点。

３.3.2　研究基于16位嵌入式微处理器的对讲机，通过微嵌入式处理器（含有硬件系统和嵌入式软件操作系统）控制手持机的发射接收功率、电源功率、锁相环频率合成器等，具有低功耗、体积小，语音质量高、满足矿井条件的漏泄通讯系统用手持机；

３.3.3　基于漏泄电缆的射频信号天线共用器（合路器和分路器）；减少电缆、中继器、分配器的数量及故障点，提高了系统的抗干扰能力。在一路天线输入已及4路输出之间提供最佳偶合特性，优良性能主要是二个方面即低噪声、高互调抑制能力以及良好的隔离。共用器具有大动态、低噪声、宽带线性放大、输出路间隔离度高、增益平坦度高、电源功耗低等特点和一体化、宽动态范围的特性。

３.3.4　利用一根下井漏泄电缆，地面多套基地台任意组网、井下跟随巷道网络分布的多套漏泄通信系统统同时独立工作的矿井通信系统，在电缆附近的手持机可以与。

４　主要技术指标及项目达到的目标

４．１　矿井漏泄通信系统上行频率59.35MHz，下行频率80.5MHz，具有16个信道可选择井下漏泄通信系统的任意组网。

４.2　井下每个信道漏泄系统内调度员可个别呼叫或组呼、全呼本系统内所有手持机。

４.3　每个移动手持机可以呼叫本信道系统的调度员。

４.4　各信道内漏泄系统内移动手持机之间通过自动交换机可以互相拨号、呼叫有线用户和井上无线移动手机用户。

４.5　有线用户可以通过二次拨号呼叫一个信道系统内任意移动手持机

４.6　矿井漏泄通信系统敷设一条下井电缆，完成井下16个信道的语音信息传输，漏泄系统组网方便。

５　取得效益

经济效益：单就协庄煤矿而言，系统实施后采用一根下井漏泄电缆实现3套漏泄通信系统组网的信号传递和与地面电信系统地通话功能，节约人工、材料费和手持机投入150万元创造良好经济效益。

社会效益：下井人员携带一部微型手持机可以与井上的多个调度系统联系，节约了工作人员的时间，为安全生产提供了有效的保障。另一方面在系统地研究过程中研究了捷频滤波、锁相环频率合成、中轴调试等关于无线通信的核心技术，储备了国际上最先进的无线电子技术，为今后的发展打下基础，具有很好的社会效益。

６　达到的技术水平，经济、社会效益及推广应用的前景

该项目的研究与应用重点解决漏泄通信系统多水平、多信道组网，多系统的电缆通信问题，首次实现国内多漏泄通信系统的单电缆共用语音传输模式，减少了各路信号相互之间的干扰，提高设备电磁兼容能力和可靠性。具有节能、可靠、大动态、低噪声、宽带线性放大、输出路间隔离度高、增益平坦度高、电源功耗低等特点和一体化、宽动态范围的特性；同时手持机采用嵌入式控制实现手持机的发射/接受信号调节、电源能量检测、信道设置、与井上电信系统的通信等首创功能，技术水平达到国际先进水平，具有很好的推广前景。

［责任编辑：王洪泽］