井下通信及人員定位的自動化技術研究

石 博

（中國煤炭科工集團太原研究院，山西 太原030006）

隨著經濟發展對煤礦需求量的加大，煤礦掘進技術面臨著新的挑戰，為確保煤礦的安全生產，井下通信及人員定位的自動化技術的研究越來越受到人們的關注。礦井自動化技術受關注的原因有兩個方面：第一，自動化技術是技術人員根據礦井的實際環境進行的參數設置，可較為精確地采集井下所需的數據；第二，自動化技術代替人工進行數據開采，可實現礦井安全高效的生產。

1 礦井自動化技術的基本原理

現階段，我國用于井下通信的技術主要有：井下小靈通技術、井下WIFI技術和透地通信技術等等。人員定位技術主要有：射頻定位技術、GPS定位技術和紅外線定位技術等。這些礦井自動化技術以計算機技術為基礎，通過建立地面監控主站、礦用隔爆網絡交換機和分站實現地面對礦井的自動化控制。

1.1 井下通信技術的基本原理

井下通信技術網絡屬于局域網，局域網的服務器通過隔爆網絡交換機與地面監控主站相連，地面監控主站配有投影儀和電視墻，可隨時監控礦井的動態，收集礦井內部的實體狀態信息和數據信息。

1.1.1 井下小靈通技術的工作原理

井下小靈通技術是由移動通信技術和網絡通信技術發展而來，通過移動通信技術進行實時跟蹤定位和監控，通過網絡技術實現地面對礦井的直接控制。因為小靈通技術成本低、易于攜帶的特點，工作人員主要將其用于礦井內部的動態監視，收集礦井內部的數據信息，為工作人員安排生產提供參照。此外，礦井小靈通技術不受網絡覆蓋的影響，數字通話程度較高，能實現不間斷的通信，這是較之現代的移動通信網絡有過之而無不及的優勢。

1.1.2 井下WIFI技術的工作原理

煤礦資源開采是我國動力燃料的主要來源，這就對礦井自動化技術提出了更多、更高的要求。新時期的礦井自動化技術不僅要實現礦井的自動監測，更要實現自動化的生產。井下WIFI技術是彌補小靈通技術的頻段被收回后的又一有效自動化網絡監測技術。井下WIFI技術系統以WIFI無線網絡協議和TCP/IP協議為聯絡手段，以地面監控主站為實時監控平臺，通過WIFI無線網絡對礦井的全方位覆蓋，實現WIFI技術對礦井的監控。

1.1.3 透地通信技術的工作原理

眾所周知，透地通信技術是以地磁波為媒介，通過無線電波穿透地層實現地面與礦井通信的技術手段。其設備構成比較復雜，有地面輸入設備、大功率發射機、天線和傳呼機。由于該技術信息容量小和易受電磁干擾的特點，其在礦井中的應用范圍較小，主要用于井下緊急情況的救助。

1.2 人員定位技術的基本原理

1.2.1 射頻定位技術的工作原理

射頻定位技術是通過收集井下工人的指紋實現對其定位的系統，通過建立數據庫進行指紋數據的記錄與分析，完成一對一的對應，對工人進行監督。該系統記錄的數據值只是一種參考值，在實際估算工人具體位置時，受工人工作的動態環境的影響，應用范圍不大。

1.2.2 GPS 定位技術的工作原理

GPS定位技術依據GPS衛星、地面監控系統和GPS接收機三個部分組成一個完整的定位系統，實現對井下工人的監督。其工作原理為：地面監控系統向GPS衛星發射位置信息，GPS衛星根據其接受的信息對地面監控系統實現定位與追蹤，將追蹤的數據發射至地面接收機，然后通過接收機將位置信息傳送給地面監控顯示屏，運用計算機技術進行精確的計算，實現對井下工人位置信息的自動化監測。此技術用于成本較高，目前僅在大型煤礦使用。

1.2.3 紅外線定位技術的工作原理

紅外定位系統由兩個部分組成，第一部分為工人佩戴能證明自己身份的標簽，第二部分為在礦井內部布置固定的位置接收器。工人在井下工作期間，通過位置接收器對身份標簽進行紅外線定位，位置接收器將記錄的身份數據信息反饋給地面監控平臺，地面監控平臺根據數據進行具體的估算。紅外線定位技術成本較高，且對礦井中的死角無法進行精確的定位，因而使用范圍較小。

2 井下通信及人員定位的自動化技術研究

2.1 常見通信自動化技術的應用研究

常見的、用于井下通信的技術中，雖然井下小靈通技術在現階段因其成本低廉且不受網絡的限制，被廣泛應用于井下通信系統，但由于其使用權限的限制，日后將逐漸退出歷史舞臺；透地通信技術依靠電磁波傳送信號實現地面與井下的通信，但在具體的使用過程中受環境的影響較大，易被外界的磁感信息干擾，其通信的質量有待商榷，要解決這個問題，需要建立完善的計算機保護和屏蔽體系；井下WIFI技術是目前應用較廣的技術，其自身對網絡要求較高，是建設現代化煤礦主攻的方面。

2.2 常見的人員定位自動化技術的應用研究

常見的人員定位技術中，射頻定位技術只是對人員位置信息的估算，其定位的位置信息精確度較低，在日后的實際應用中，因為其成本低廉可能被大范圍的使用。筆者認為，該技術在大面積推廣前需要做足改進工作，提高位置定位的精確度；GPS定位技術和紅外線定位技術是現代發展的高新技術，其使用范圍較廣，前者記錄的數據信息比后者精確。但二者成本都較高，因此，筆者認為要普及這兩項技術的應用，需要增強國家的科研實力，科技和經濟是一國綜合國力的標志在井下人員定位自動化系統的研究中體現尤為突出。

3 結束語

井下通信及人員定位自動化技術是煤礦高效生產和工作人員人身安全的保障，在實際的應用中，技術人員應根據工程內部具體情況，考慮各種應用系統的的優缺點，做出切實可行的應用方案。本文在對通信及自動化技術進行工作原理分析的情況下，提出了改進的方案，希望這些改進方案能為我國的煤礦通信和人員定位技術提供發展的方向。

［1］李鶴.井下通信及人員定位的自動化技術研究[J].煤礦現代化,2013.

［2］劉立國.礦井通訊及人員定位系統解決方案[J].雞西大學學報,2011.

［3］趙慶平,方觀禮.煤礦井下通信系統的研究[J].科技信息,2009.