煤礦無線通訊新技術的應用

文/邊文宇

由于煤礦工作的空間范圍廣，且地理條件相對較差，在井下作業時，復雜的環節和簡陋的環境使得員工之間的通訊較為不便，一方面會影響到工作效率，一方面會引發安全問題，所以提高煤礦通訊的質量是十分重要的任務。在當前信息時代，如何運用新型的無線網絡通訊技術，提升井下通訊質量，是非常重要的問題。

1 煤礦無線通訊的特點分析

1.1 通訊效率較低

在煤礦井下工作時，傳播介質一般為半導體，這導致無線通訊的頻率相對較低，另外會大幅影響到電波的輻射能力，所以在實際的煤礦通訊中，如果不加入先進的技術，無線通訊的效率并不高。

1.2 接收點信號薄弱

電波信號會隨著無線電的長距離傳播漸漸減弱，煤礦下面的電波信號減弱速度會比地面更快。另外在礦井下電波信號會受到各種折射和阻擋，衰減的程度增加。在上述情況下，接收點的電波信號會十分薄弱。

1.3 煤礦信號受到嚴重干擾

電波信號在煤礦井下傳遞時，不僅會因為折射和穿透阻擋等原因發生減弱，還會受到多重的干擾。因為礦井下用電設備較多，電源網絡較為復雜，在工作過程中會影響到無線通訊的網絡信號，所以礦井下使用無線通訊時，對其質量和功能的要求更高。

1.4 通訊設備要求較高

礦井下面相比較地面來說，會有更多的灰塵雜質，且更為潮濕，這些簡陋的環境條件都對無線通訊設備的質量提出了更高的要求，相關單位需要對此提高重視，不要為了節省開支而購買質量不達標的通訊設備。

2 傳統煤礦無線通訊技術

2.1 感應通信技術

感應通信技術很早就在國外被采用，它是一種利用電磁感應原理借助傳感線傳輸信號的通信方法，頻率通常高于幾十千赫茲。基站發送電信號在感應線上傳輸，然后會在感應線周圍形成一個以感應線為中心的交變同心圓磁場，如果移動臺處于磁場的有效距離中，就會感測到相應的電壓，放大并檢測后便可獲得發送的信號。相反的，當移動臺發送信號時，在感測線路中產生相應的電流信號，并通過感測線路將其發送到基站。由于感應通信耦合衰減和傳輸衰減都比較高，所以通信距離不能過遠，一般情況下不大于兩千米。為了在整個礦井中實現無線通信，需要串入中繼器，我國在幾個礦山進行了試驗后，發現電力不足和干擾較強使得該方法暫時沒有普及。

2.2 漏泄技術

漏泄通訊技術最早在我國發明并被運用在礦井工作中，是一種解決有限空間內（如礦井）通信問題的新技術。此技術利用高頻的信號，借助礦井中鋪設的漏泄電纜實現礦井中車輛和工作人員的雙向通訊，可以克服礦井下面高強度的電磁干擾，解決高頻信號無法在礦井巷道中自然傳播的缺陷，此技術的發明使得有線電話通訊成為了歷史，是當前礦井無線通訊的一種重要手段。但它也存在一定的缺點，其只能進行人員間的通信聯絡，卻并不能定位施工人員的位置，不能提高工作的安全性，需要進行一定的技術改進。

2.3 井下小靈通

礦用井下小靈通通訊技術是為了保證礦井工作安全而使用的多功能無線通訊技術。該技術與漏泄技術相比更系統化全面化，可以實現有線、無線系統之間的通信，礦井下的手機和手機至今、礦井下手機和地面手機之間、礦井下手機和地面固定電話之間等都可實現雙向通信，更為方便快捷。現在國內的很多礦產企業都在使用井下小靈通通訊技術，便捷的溝通提高了礦井工作的效率。該技術的一大優點是后期維護的成本較為低廉，使企業的運營和效益得到了大幅的提升。

2.4 Wi-Fi技術

Wi-Fi 技術是基于互聯網的通訊技術，在礦井操作中的主要優勢是較為靈活且成本低廉，此方式終端接收類型也較多，但是和上述的井下小靈通通訊技術相比，其沒有寬帶的數據業務，在數字化通訊發展方向上沒有前景。

2.5 透地通信系統

透地通信是一種用于緊急通訊的無線電通信方法，以大地作為電磁波的傳播介質。透地通信系統由地面設備和井下設備組成，且雙方都含有獨立的主機和收發天線，另外礦井所用的透地通信系統采用了一種特殊的低頻信號，可以穿透到較深的地下，信號經由礦石和土地傳播，從而實現井下和地面的雙向通訊，當發生突發災害時，井下工作人員可使用此技術與地面取得聯系。透地通信的優點是系統性能良好，體積小重量輕，操作方便，但其缺點是施工難度較高，且應用范圍受限，所以一般只用于災難發生時的緊急通訊情況。

3 煤礦無線通訊新技術

3.1 拓展的Wi-Fi技術

隨著人們對無線網絡依賴性的增強，Wi-Fi逐漸成為了新時代的發展方向，但是傳統的Wi-Fi技術只能滿足居民小范圍的網絡需求，對于遠距離的信息傳輸來說，需要改進傳統的Wi-Fi 技術，所以拓展的Wi-Fi技術應運而生。該技術是基于Mesh系統的新型無線網絡通訊技術，Mesh系統是一種具有移動寬帶特征，并可以動態拓展和平衡，且穩定性更高的新型網絡結構，與傳統的Wi-Fi技術相比，Mesh無線系統中每個節點都能與一個甚至多個對應節點直接通訊，且成本更低，通訊效果更強。拓展的Wi-Fi技術的一大優勢是，如果近處的Ap 信號被堵塞，數據信號會及時辨別并把信號快速切換到流量更小的 Node 上，在煤礦行業中運用拓展的Wi-Fi技術能提供更廣闊的網絡覆蓋范圍，且能連續不斷地進行無障礙的信號傳輸，提高了煤礦行業信息通訊的質量。

3.2 全球微波接入互操作性技術

全球微波接入互操作性技術簡稱WiMAX技術，該技術是一種無線城域網技術，它可以實現一對一、一對多的信息傳輸，且其信號傳輸范圍十分廣，此種遠距離傳輸的優勢使得該技術不僅能實現無線網絡的接入，還可以成為有線網絡的無線拓展，拓寬了無線網絡的傳輸面積。此技術不僅信號傳輸范圍廣，還能保證信號傳輸的穩定性，當前煤礦生產企業已將其作為一種大力推廣的無線通訊技術。

3.3 國內自主研發的Mc Will技術

Mc Will技術，全稱多載波無線信息本地環，是我國自主研發的新型無線通訊技術，它是一種寬帶數據和窄帶語音的融合接入系統，該技術的主要優勢是實現了語音通信。國內目前開發的McWiLL系統主要有兩個版本（R4版本和R5版本），其中R4版本主要應用于固定無線接入系統，服務于高速傳輸的寬帶數據業務；R5版本則是面向移動的無線接入系統，能滿足高速的數據和語音傳輸需求。該技術覆蓋范圍廣、數據吞吐量高、并發用戶容量大、能承載多種服務項目，在煤礦開采工作上能提高語音通訊的效率。

4 煤礦無線通訊技術的優化方向

4.1 構建新型的移動通信系統

上文中可知，電波信號在礦井中的減弱程度較高，通信距離成為了制約礦井通訊的問題，傳統的數據和語音通信技術已不能滿足當前礦井工作的通訊需求。當前研究的目的便是構建新型的移動通信系統，來解決礦井工作的范圍廣、信號弱等問題。可以引用全新的網絡結構，采用WiMAX技術和Mc Will技術等新型煤礦無線通訊技術，實現信號的遠距離、高效率、穩定性傳輸。

4.2 構建自動化的數據共享系統

當前礦井的無線通信系統多為封閉式系統，通信協議和信息傳輸不兼容，想要與礦井中的其它監測設備關聯十分困難，這時無法實現數據的大范圍共享，對工作的開展起不到更大的幫助作用。所以礦產企業可以構建自動化的數據共享系統，實現數據的自動化上傳和部分是設備的自動化操作，省卻了管理人員下達指令的通訊時間，提高了工作的效率和全面性。

4.3 實現工作人員的定位和監督

除了提高無線通訊技術，在具體的管理內容上，也應該加以重視。可以對地下操作員工進行實時定位，不僅可以監督其工作情況，還能保證其人身安全。另外還可以對礦井下工作人員的工作情況進行全面監控，這樣可以合理規劃開采線路，科學布局工作內容，這也是上述無線通訊的目的之一，可以通過此種管理方式實現。

5 小結

本文介紹了幾種傳統的煤礦無線通訊技術，如感應通信技術、漏泄技術、井下小靈通、Wi-Fi 技術、透地通信系統等，并提出了幾種新型的煤礦無線通訊技術,包括拓展的Wi-Fi技術、全球微波接入互操作性技術、Mc Will技術等，并在最后提出了煤礦無線通訊技術的優化方向。