礦用人車無(wú)線報(bào)警系統(tǒng)研發(fā)

朱 君

（肥城白莊煤礦有限公司,山東 肥城 271623）

礦用人車無(wú)線報(bào)警系統(tǒng)研發(fā)

朱 君

（肥城白莊煤礦有限公司,山東 肥城 271623）

研發(fā)了一套礦用人車無(wú)線報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以用于載人的電機(jī)車，也可以用于載物的電機(jī)車司機(jī)之間的安全提醒。

礦用人車;無(wú)線報(bào)警；聯(lián)系裝置

1 概述

目前我國(guó)的煤礦井下平巷中用于運(yùn)輸人員的電機(jī)車車頭和車廂之間沒有可靠的信號(hào)聯(lián)系裝置。兩列載物列車的司機(jī)之間也沒有信號(hào)聯(lián)系。《煤礦安全規(guī)程》中規(guī)定的唯一的聯(lián)系方法是用礦燈發(fā)送信號(hào)。而在井下的現(xiàn)場(chǎng)，由于電機(jī)車運(yùn)行時(shí)噪聲特別大，另外井下環(huán)境噪聲也特別大，如風(fēng)車發(fā)出的噪聲、絞車發(fā)出的噪聲等，在這種噪聲特別大的環(huán)境中，有時(shí)根本聽不到呼喊聲，由于車頭和車廂的距離遠(yuǎn)時(shí)，擺動(dòng)礦燈司機(jī)也不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，還因?yàn)樗緳C(jī)的主要精力是放在觀察車頭前方的路面有無(wú)障礙和行人，而對(duì)車頭后方的擺燈和呼喊根本不注意。

根據(jù)上述情況，我們研發(fā)了一套礦用人車無(wú)線報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以用于載人的電機(jī)車，也可以用于載物的電機(jī)車司機(jī)之間的安全提醒。

用于載人電機(jī)車。在每節(jié)車廂內(nèi)安設(shè)一套無(wú)線發(fā)射裝置，在緊急情況下給車頭發(fā)出求救信號(hào)；在車頭內(nèi)安設(shè)一套無(wú)線接收裝置，車頭的接收電路中有一個(gè)聲光報(bào)警器，當(dāng)收到車廂內(nèi)發(fā)出的緊急呼救信號(hào)時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警。這時(shí)司機(jī)就接到停車信號(hào)，立即停車。

用于載物電機(jī)車。給每個(gè)電機(jī)車司機(jī)也配備一個(gè)無(wú)線發(fā)射器。用于兩列列車司機(jī)之間的互相提醒。即兩列載物列車在追尾或相對(duì)碰撞之前，司機(jī)之間可互相發(fā)信號(hào)警示。

2 系統(tǒng)技術(shù)特性

該系統(tǒng)信號(hào)的發(fā)射和接收方式為無(wú)線。利用集成電路SC2262/2272組成一對(duì)無(wú)線收發(fā)電路。

該系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：

（1）在車廂內(nèi)的乘客遇到危險(xiǎn)等特殊情況需要停車時(shí)，可以通過車廂內(nèi)的無(wú)線信號(hào)發(fā)射器向安裝在車頭內(nèi)的無(wú)線信號(hào)接收器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，車頭內(nèi)的無(wú)線信號(hào)接收器收到信號(hào)后可以發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。用于電機(jī)車車頭司機(jī)之間的安全提醒時(shí)，可以在每個(gè)電機(jī)車的駕駛室內(nèi)配備一個(gè)無(wú)線信號(hào)發(fā)射器，遇到危險(xiǎn)情況時(shí)，司機(jī)之間可以相互發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

（2）發(fā)射和接收信號(hào)采用無(wú)線方式，隱蔽、安全且適合遠(yuǎn)距離傳輸。避免了車頭與車廂之間、車廂與車廂之間的線纜連接，方便了維修和使用。

（3）有效通訊距離長(zhǎng)，操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠。按一節(jié)車廂4米計(jì)算，一個(gè)車頭拉22節(jié)車廂，在最后一節(jié)車廂內(nèi)（距離車頭90米）發(fā)出信號(hào)時(shí)，車頭仍能準(zhǔn)確穩(wěn)定的收到報(bào)警信號(hào)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

（1）利用集成電路SC2272/2262集成一對(duì)無(wú)線收發(fā)電路，應(yīng)用于煤礦井下車輛報(bào)警信息裝置中。

（2） 同時(shí)采用315MHZ和433MHZ雙頻段抭干擾技術(shù)。當(dāng)一個(gè)頻段有干擾時(shí)，立即換用另一個(gè)頻段。

由于礦井井下環(huán)境差，對(duì)無(wú)線電波的吸收、反射等影響很大，而頻段對(duì)無(wú)線電波的傳輸又至關(guān)重要，所以對(duì)無(wú)線電波的頻段選擇最關(guān)鍵。

4 關(guān)鍵工藝

（1）現(xiàn)場(chǎng)條件分析。井下巷道內(nèi)周圍都是煤、半煤巖、全巖石等。井下煤、半煤巖、全巖石對(duì)無(wú)線信號(hào)的吸收、反射、折射、衍射較井上的一般環(huán)境嚴(yán)重，不利于無(wú)線信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸。選用合適的無(wú)線頻率和發(fā)射功率是本項(xiàng)目的技術(shù)關(guān)鍵。

煤礦電機(jī)車主要用于井下平直大巷。以肥城礦業(yè)集團(tuán)白莊煤礦-250水平井下大巷為例。

白莊煤礦井下主要為石炭系（C）太原組（C 3t）。厚約143～165m，平均155m。巖性以灰～灰黑色粉砂巖為主，淺灰～深灰色泥巖、灰～灰綠色中、細(xì)粉砂巖、粉砂巖與細(xì)砂巖互層等相間出現(xiàn)，含石灰?guī)r5層，其中一、二、三、四灰為標(biāo)志層。含煤13層，石灰?guī)r中主要產(chǎn)腕足類、腹足類、海百合、珊瑚、長(zhǎng)身貝、蜓科等化石。煤層頂?shù)装逯饕参锘?/p>

整個(gè)巷道巖體的性質(zhì)決定了無(wú)線信號(hào)在礦井井下傳輸?shù)木窒扌浴Ｈ绾慰朔@些煤、半煤巖、全巖石對(duì)無(wú)線信號(hào)的影響是本項(xiàng)目的關(guān)鍵工藝。

（2）無(wú)線通信傳輸信號(hào)最佳頻段選擇。由于煤礦井下環(huán)境惡劣，巷道幾何形狀不一，給無(wú)線信號(hào)的傳輸帶來(lái)一定的影響，為保證井下通信有效、暢通，對(duì)井下信道的傳輸特性進(jìn)行定性的分析，從而確定通信信號(hào)的最佳頻率。本系統(tǒng)中我們以肥礦集團(tuán)白莊煤礦-250水平軌道石門大巷中彎曲矩形巷道為實(shí)驗(yàn)環(huán)境，下面主要分析介紹針對(duì)彎曲矩形巷道的通信頻段選擇。

1）彎曲矩形巷道電磁波衰減特性。彎曲矩形巷道如下圖一所示，巷道高為2h，寬為2b，a是彎曲巷道的平均曲率半徑。巷道頂面與地面認(rèn)為理想導(dǎo)體，兩側(cè)壁的電導(dǎo)率、介電常數(shù)、磁導(dǎo)率分別為?，并設(shè)兩側(cè)壁具有常阻抗（導(dǎo)納）。巷道內(nèi)為空氣，介電常數(shù)、磁導(dǎo)率分別為。

2）實(shí)驗(yàn)分析。由實(shí)驗(yàn)可見，在平直巷道中，頻率越高，衰減率越小，在彎曲巷道中，頻率越高，衰減率越大，可見理論計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果的趨勢(shì)是一致的。通過理論計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果可以看出，對(duì)平直巷道中，頻率越高，越有利電磁波的傳輸，在彎曲巷道中，頻率越高，越不利電磁波的傳輸，經(jīng)多次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，采用300M到450M左右的頻率效果最佳，經(jīng)實(shí)地測(cè)試，該頻段無(wú)相近的信號(hào)和干擾，最后采用315MHz作為井下移動(dòng)通信的首選工作頻率。433MHZ作為第二套備用工作頻率。