KJ30 救災無線通信系統與光纖收發器的組合應用

趙鵬程

（霍州煤電集團應急救援中心，山西 霍州 031400）

煤礦井下工作環境復雜，且在發生重大突發事故后礦井原有的通信線路會遭到不同程度破壞而難以維持正常運行。因此，煤礦救援隊伍進入災區現場后能否在第一時間建立井下救援現場與救援指揮部可靠的應急通信聯系，使搶險救援指揮部第一時間了解現場情況，對組織各方救援力量、制定科學的救援方案有著極為重要的意義。以霍州煤電集團應急救援中心李雅莊礦應急救援隊為研究對象，進行了KJ30 礦用救災無線通信系統與光纖收發器的組合應用的實踐[1-2]，保障了應急救援工作的信息傳輸。

1 KJ30 礦用救災無線通信系統和光纖收發器特點

1.1 KJ30 礦用救災無線通信系統

1.1.1 KJ30 礦用救災無線通信系統原理

KJ30 礦用救災無線通信系統布置圖如圖1 所示，主要包括KJ30-C 礦用本安型數據采集儀、KJ30-2 礦用本安型無線中繼器、XHG3 礦用本安型骨傳導聽說器、KBA12X 礦用本安型攝像儀四個部分，采用智能自組網技術將中繼器通過無線方式與采集儀、計算機建立無線連接，與其他中繼器或無線接收器組合搭建無線傳輸網絡，以實現無線中繼功能。在礦井突發事件發生后，救援人員可利用本系統在井下快速搭建數據傳輸通道，通過攝像儀、骨傳導聽說器等設備將事發地點的現場視頻、音頻等信息傳輸至后臺指揮中心，同時系統支持前方和后方的雙向對講，供救援指揮人員實時掌握整個救援情況并進行可視化的管理和調度。

圖1 KJ30 礦用救災無線通信系統布置

1.1.2 礦用救災無線通信系統優點

KJ30 礦用救災無線通信系統的優點是：中繼設備無編號無次序限制，可實現靈活隨機混序布設，即放即用，隨布隨通；高寬帶數據傳輸，視頻清晰；單兵設備輕便，專為救援定制的骨傳導語音聽說器佩戴在安全帽內，解放雙手，佩戴方便，在災變條件下，無須撥號，免提通話，實時在線；具有噪聲過濾功能，與全面罩配合使用，在救援人員全副武裝情況下，在災變現場嘈雜的環境中能保證話音質量，還可同時向全體救援人員發出語音廣播指令。

1.2 光纖收發器

光纖收發器就是將短距離雙絞線電信號與長距離光信號進行互換的以太網傳輸媒體轉換單元。光纖收發器一端是光纖接口，另一端是以太網接口，利用光纖通信信息容量大、保密性好、重量輕、體積小、無中繼、傳輸距離長等優點，解決了以太網在傳輸過程中的問題。

2 KJ30 礦用救災無線通信系統與光纖收發器組合系統的應用

2.1 工程概況

李雅莊煤礦位于山西省霍州市，隸屬于霍州煤電集團，設計生產能力1.50 Mt/a。有主斜井、副斜井和1 號回風立井三個井筒，目前開采2 號煤層。李雅莊煤礦應急救援隊成立于2001 年，主要負責李雅莊煤礦的突水事故應急救援、地質災害應急救援等救援工作。應急救援隊成立以來使用的通信設備主要有PXS-1 型聲能電話、KTT 系列便攜式通信電話、KJT-75 型救災通信設備、SS-958 應急救援音視頻通信系統、RB2000 井下救援通信系統等。

從2014 年起，李雅莊煤礦應急救援隊使用的KJ30 礦用救災無線通信系統。該系統已可以實時將事故現場的圖像和聲音傳輸到遠程控制指揮中心，實現事故現場和遠程指揮中心之間實時信息溝通。在該礦應急救援和應急救援演練過程中，發現該KJ30 礦用救災無線通信系統存在無線信號受井下災區環境影響大、布置工藝要求相對較高、信號不夠穩定可靠、電磁波在礦井巷道中傳播衰耗嚴重、傳輸有效距離有限等缺點。針對這一情況，從2018年1 月起，霍州煤電集團應急救援中心為李雅莊礦應急救援隊配發了2 套KJ30 礦用救災無線通信系統+光纖收發器的組合設備，利用有線通信和無線通信的優點，在保證通信可靠的前提下，采用無線和有線相結合的組網模式傳輸語音、視頻和環境監測數據。該組合應用系統采用了“有線+無線”的信號傳輸方式，既保證通信質量和距離，又實現了現場的圖像和聲音的實時傳輸。

2.2 組合通信系統的應用方案

2018 年1 月，李雅莊礦應急救援隊對配發的2套KJ30 礦用救災無線通信系統+光纖收發器的組合設備進行了安裝調試，并制定了相應的應用方案。

2.2.1 組合通信系統傳輸原理

李雅莊礦應急救援隊KJ30 礦用救災無線通信系統+光纖收發器的組合系統設備的通信原理：事故現場救援人員通過配備的攝像儀、骨傳導聽說器將事故現場的視頻、音頻等信息通過采集儀以無線傳輸方式傳輸至中繼器的中心點，中心點利用光纖收發器轉換成光信號，通過光纖傳輸至井上光纖收發器再次轉換成電信號，最后傳輸至指揮部計算機。該應急救援隊在布置系統設備時，在該煤礦設定災區外圍根據現場實際情況鋪設光纖，一般是利用礦井原有的監測、監控光纖完成有線傳輸部分的連接，同時該有線部分應盡量向災區內延伸。進入災區偵察時，偵察小隊只需在災區范圍內布置一個中心點和前端點建立幾百米的無線聯接，即可實現事故現場與地面指揮部間的實時音、視頻通信聯系。其組合架構如圖2。

圖2 光纖收發器與KJ30 通信系統組合架構示意圖

2.2.2 組合通信系統構建步驟

該礦應急救援隊組合通信系統的構建步驟：（1）用RJ45 網線將筆記本電腦與其中的一個光纖收發器連接；（2）用光纖連接兩個光纖收發器；（3）用專用RJ45 網線將中心點與另一個光纖收發器連接；（4）依次打開筆記本電腦、光纖收發器、中繼器、采集儀電源開關；（5）登錄KJ30 礦用救災無線通信系統軟件，即可實現救援現場與指揮部的通信聯系。

2.3 組合通信系統應用存在的問題及解決方案

李雅莊礦應急救援隊KJ30 礦用救災無線通信系統+光纖收發器的組合系統在三年多的應用過程中存在著以下問題，并提出了相應的解決方案。

2.3.1 井下光纖收發器的電源防爆問題

該礦救援隊在救援過程中，一般選擇外置電源光纖收發器，其電源要求為電壓5 V、電流2 A，充電電池即可滿足要求。但為滿足下井設備的防爆要求，在選用充電電池作為光纖收發器電源時必須采用防爆電池，同時將電池密封于防爆盒內，防止因電池失爆造成二次事故。

2.3.2 光纖材質的選擇問題

光纖是一種脆性易碎材料，抗彎曲性能差，韌性差。而事故發生后井下環境復雜，在災區偵察時布置光纖需要進行多次收放，對光纖抗壓性、耐折性有特殊的技術要求。針對這一情況，該礦救援隊選用軍用野戰光纖，該光纖利用特制封裝工藝，具有重量輕、彎曲度大、抗電磁干擾能力強、網絡帶寬高的特點，更適用于井下音、視頻及網絡數據傳輸。

2.3.3 光纖的快速收放問題

在災區進行偵察時，人工肩負式收放線和滾筒式收放線都有一定的缺點，無法適用。針對這一情況，確定選擇了光纖滑環進行收放線。在收放線滾筒上加裝一個光纖滑環，能完美解決旋轉連接的系統部件之間的數據傳輸，光纖在實現快速收放的同時保證偵察小隊與搶救指揮部的實時通信聯系。

2.3.4 光纖收發器與礦井原有光纖的連接問題

李雅莊煤礦礦井監測監控系統的光纖完全能夠滿足KJ30 礦用救災無線通信系統音、視頻信號傳輸要求。礦井監測監控系統建設時留有各種光纖接頭，救援隊只需在平時準備各種形式的光纖連接器就能實現通信裝備與監測監控系統光纖的對接，為應急通信的快速建立爭取時間。

3 效果分析

KJ30 礦用救災無線通信系統+光纖收發器的組合設備的應用有效解決了井上下應急通信的技術難題。同時該礦改進后的KJ30 礦用救災無線通信系統的通信光纖與衛星通信車對接，實現了井下救援現場與集團應急救援指揮中心的音、視頻通話。這套通信設備多次用于井下事故處理和大型演練的救援現場與指揮部的通信聯絡。

KJ30 礦用救災無線通信系統+光纖收發器的組合設備應用后，在李雅莊礦救援隊進行的多次大型救援裝備綜合實操演練中，救援過程中通信過程順暢，指揮部利用該通信系統調動指揮數支救援小隊，各隊規范操作、密切配合，演練取得了圓滿成功。

4 結論

李雅莊礦應急救援隊KJ30 礦用救災無線通信系統與光纖收發器組合系統的應用，對實現“安全救援，科學救援”起到了積極效果。改進后的KJ30礦用救災無線通信系統順利實現了井下救援現場與井上指揮部雙向對講，救援指揮人員可以實時掌握整個救援情況并進行可視化的管理和調度，為救援方案的快速制定和救援時機的把握提供必要的技術支持，救援效率大大提高。