煤矿井下精确定位技术现状及应用

煤矿智能化建设要求采用井下精确定位技术,实现井下人、车等目标的精确定位、人员状态分析、考勤、调度管理,满足井下复杂巷道的全覆盖需求。井下定位按定位机制可分为惯导定位和通信式定位,指出对矿井中数量众多的被定位目标进行定位,可行的技术是通信式定位技术,目前井下使用的通信式定位技术按定位精度从低到高依次是RFID、ZigBee和UWB技术。分析了井下精确定位原理,并结合在矿井人员定位系统、车辆及交通管理系统、井下物流管理系统、井下接近监测、远程/无人车辆驾驶/掘进/综采系统中的具体应用,指出各应用对井下精确定位系统的技术要求。     

Chirp-UWB无线通信技术在煤矿井下的应用研究

针对目前煤矿井下无线通信的状况,提出了将Chirp-UWB无线通信技术应用于煤矿井下的设想。介绍了线性调频超宽带无线通信新技术及其特性,并探讨了将该技术用于煤矿井下通信的可行性,指出了超宽带信号在矿井巷道中的传播特性研究对于设计煤矿井下UWB无线通信系统的重要性。     

矿井应急通信系统

分析了现有矿用通信系统用作应急通信系统的可行性:漏泄通信、感应通信、多基站移动通信、广播通信和救灾通信系统不能用作应急通信系统;矿用有线调度通信系统可用作矿井应急通信系统;透地通信系统可用作应急通信系统,但事故会造成长达百余米的井下发射天线损坏,影响井下向地面通信。提出了无线中继矿井应急通信系统:采用多级无线中继,无线传输距离不小于10km;井下电网停电或事故后,由备用电源供电;将基站、基站电源、基站电缆设置在机电硐室或加以防护;天线馈线埋入巷道,天线采用弧形或流线型结构紧贴巷帮或顶板;天线、基站及其电源、天线馈线、电缆等采用防水、防高温、防冲击设计;基站采用冗余布置。提出了无线+有线双链路矿井应急通信系统:具有有线和无线路由自动选择功能;有线网络结构宜选用抗故障能力强的星形结构、双树形结构或树形结构;双树形结构的电缆或光缆应设置在不同的巷道,或采用不同的电缆或光缆;基站与地面调度室之间没有需要供电的设备;采用树形或双树形结构的光缆时,应选用无源光网络。     

矿井巷道ZigBee无线传输特性研究

在地下平直巷道内模拟井下环境,对矿井ZigBee无线传输特性进行了实验研究。首先选用路径损耗系数模型作为矿井巷道无线传输模型,然后采用两个GAINZ节点分别测试了不同距离下接收信号强度指示的波动性及其受障碍物的影响特性、节点间距不同时的收包率、节点间距不同时的接收信号强度指示值。由测试结果分析得,在平直巷道内,所选取的路径损耗系数模型是可行、准确的,即可用接收信号强度指示来进行测距及定位;平直巷道内的节点间距为30~40 m时,通信是可靠的;路径损耗系数模型在实际矿井巷道内应用时需重新设置参数。     

超宽带无线通信技术在煤矿井下的应用探讨

针对目前煤矿井下无线通信的状况,提出了将超宽带(UWB)无线通信技术应用于煤矿井下的设想。介绍了超宽带无线通信技术的概念、特点及系统组成,探讨了超宽带无线技术用于煤矿井下通信时,窄脉冲波形的确定、系统方案的选择及其应用的场合等问题。最后指出超宽带信号在矿井巷道中的传播特性研究对于设计煤矿井下UWB无线通信系统是至关重要的一步。     

矿井宽带无线传输技术研究

提出了矿井宽带无线传输技术是解决采掘工作面移动监控、监视和语音通信需求的关键技术。提出了矿井宽带无线传输应满足传输带宽宽、便于接入有线宽带网络、中继设备少、体积小、发射功率小、电磁兼容性好、安全性好、传输协议标准化、电源电压波动适应能力强等要求。提出了漏泄通信不能用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿井下局部通信等;感应通信不能用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿井下救灾通信等;透地通信不能用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿井下避难硐室等应急通信;小灵通、CDMA、GSM、Bluetooth不能用作矿井宽带无线传输技术;RFID不能用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿物联网、矿用设备管理和防碰撞等;ZigBee不能用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿井下人员、胶轮车、电机车等动目标精确定位和矿用传感器无线传输等;UWB不能用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿井下生命探测、防碰撞、煤矿井下人员和胶轮车等动目标精确定位等;WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等3G不能用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿井下语音移动通信等。提出了矿井宽带无线传输技术宜采用WiFi,4G有可能成为未来矿井宽带无线传输技术。     

现代化矿井通信技术与系统

提出了由矿用有线调度通信系统、矿井移动通信系统、矿井广播通信系统和矿井救灾通信系统等组成的煤矿井下通信技术体系。提出矿用调度通信系统应采用矿用有线调度通信系统。提出全矿井移动通信系统宜采用WiFi、3G、4G等通信技术。提出矿井广播通信系统既可采用矿用有线调度通信系统远程供电广播技术,也可采用基于以太环网和无源光网络的IP通信技术。提出矿井救灾通信系统应采用无线多媒体通信技术,宜采用WiFi和MESH等通信技术。提出矿井移动通信系统应满足手机脱网通信、基站脱网通信、无线自组织网络、接入煤矿井下有线宽带传输平台等要求。指出在手机脱网通信、接入煤矿井下有线宽带传输平台、无线自组织网络、矿用无线摄像机、基站脱网通信、多功能矿井移动通信系统、矿井无线宽带传输等方面,WiFi优于WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。提出多功能矿井移动通信系统和矿井无线宽带传输宜采用WiFi。     

基于DSP的矿井光纤直放系统的设计

根据煤矿井下巷道狭长、拐点多、分支多的特点,针对井下环境中移动通信系统通话质量差、可靠性低等问题,提出了一种基于DSP的矿井光纤直放系统的设计方案,详细介绍了系统基于DSP的自动监控单元和FIR数字滤波器的设计及语音激活技术在直放系统中的应用。该光纤直放系统解决了井下广域范围移动通信问题,采用DSP对系统实施自动监控,为系统稳定运行提供了可靠保障;数字滤波器的引入、话音激活技术的应用使井下通信系统性能更稳定、话音质量更好、抗干扰性更强,为矿井移动通信的最佳实现奠定基础。     

论使用WIFI节能巷道灯搭建煤矿井下可靠通信平台的优势

矿井自动化信息化离不开通信平台,可靠的通讯平台是矿井生产调度安全高效的技术保证.目前,矿井一般都建设了工业环网,基本上把固定安装的设备连接起来,极大促进了矿井自动化的发展.但是,井下还有很多移动设备、人员等的联网调度还没有得到彻底的解决,这些需要无线通讯手段才能把移动的人和物纳入到信息化自动化调度管理系统中来.目前最为标准、最通用、带宽最高的无线通信模式是WIFI通信,能否找到一个合适的方式来保证矿井下WIFI基站具有可靠的供电电源和不易损伤的联网光缆,是我们一直思考的问题.WIFI节能巷道灯完美地解决了基站布置和WIFI信号覆盖问题,巷道灯可靠的供电电源可有效保证无线WIFI信号的可靠,巷道顶部走线的方式大大降低了光缆容易被生产设备砸压、挂断的几率;同时利用信息化手段实现"人来灯亮、人走灯灭"效果,从而达到节能的目的.     

矿井局部通风监控系统的设计

文章介绍了韩沟煤矿局部通风监控系统的结构组成、硬件设计及通信实现过程。该系统采用三层网络结构,选用PLC控制以及OPC技术实现通信。实际应用表明,该系统能对掘进巷道通风情况和各设备运行情况进行监控,实时显示各设备性能参数和监测数据,并能实现系统远程控制,有效减少了井下局部通风故障,保障了矿井安全生产。     

基于ZigBee的井下人员精确定位方案及实现

针对矿井采用的传统RFID定位技术不能实现井下人员精确定位的问题,并根据矿井巷道的一维线性空间特点和井下人员的作业习惯,提出一套基于ZigBee的井下人员定位方案。方案将矿井巷道虚拟地划分为近基站区域和远基站区域,近基站区域采用RSSI定位算法,并利用高斯滤波模型对接收功率值滤波,实现精确定位;远基站区域采用V-T(Velocity-Time)算法进行定位。实验表明算法在近基站区域测量最大绝对误差为3m,远基站区域最大绝对误差为5m。     

变换域通信系统在煤矿井下的应用研究

针对煤矿井下复杂的电磁环境以及现有矿用无线通信系统抗干扰能力差的问题,分析了变换域通信系统应用于煤矿井下的可行性,提出了矿井变换域通信系统发射机和接收机的设计方案,并模拟井下电磁环境对矿井变换域通信系统的功率谱、阈值比较后的功率谱、调制波形和误码率进行了仿真分析。分析结果表明,该系统具有较好的抗干扰和抗噪声特性及较低的误码率,可在复杂的电磁场环境中有效地通信。     

认知无线电技术在煤矿井下的应用研究

针对现有煤矿井下无线通信系统载频和调制方式等参数固定、无法适应巷道信道模型变化而导致通信可靠性低的问题,提出了在煤矿井下无线通信系统中应用认知无线电技术的方案,即利用认知无线电技术感知通信系统所处巷道的频谱和信道模型,实时、自适应地调整载频、调制方式等传输参数的特点,从而优化煤矿井下无线通信网络的传输性能;综合分析了认知无线电在煤矿井下应用的可行性;最后给出了认知无线电在煤矿井下应用的实现模式。     

矿井应急救援指挥通信装置卫星传输音视频的实现

针对矿井事故应急救援过程中临时铺设的救援通信系统缺乏天地井的实时通信功能而导致远程指挥中心不能直接了解井下灾情的问题,提出了一种井下有线语音视频通信系统和地面卫星视频通信系统相结合的矿井应急救援指挥通信装置,重点介绍了该装置中卫星传输音视频功能的实现方案。经过联机测试,该装置组网稳定、通信距离长、抗灾能力较强,解决了应急救援指挥中的天地井互联实时通信这一难题。     

狭长直隧道环境中WSN的RSSI加权质心定位算法

采用无线传感器网络技术对井下人员和车辆进行准确定位是矿井作业安全保障的重要技术手段,但因井下巷道的空间半封闭特征和无线信号在巷道内传输的多径衰落等原因,使得传统平面和三维定位算法不能完全适用于井下巷道中的移动节点定位。针对这一问题,提出了一种改进的基于RSSI加权质心定位算法,该算法在巷道内节点分布模型的基础上,充分考虑巷道内无线传感器网络节点的异构性和移动性,将异构节点最大通信半径引入到权值的分配上,修正了权值。仿真实验表明,与普通的加权质心算法相比,提高了定位精度,且更适用于井下巷道、公路与铁路隧道。     

基于Mesh技术的矿井应急救灾通信系统设计研究

针对矿井应急通信系统存在的呼吸器影响语音清晰度、缺少视频信息、缺少环境参数监测和传输功能等问题,提出了一种基于无线Mesh技术的矿井应急救灾通信系统设计方案,简要介绍了无线Mesh的基本原理及结构,给出了矿井应急救灾通信系统的组网方式、整体架构和主要设备的设计方案,详细阐述了网络服务质量的保证、无线Mesh网络的动态路由选择、业务准入与控制和音视频流无缝移动传输等关键技术难题及解决办法。实际应用表明,该系统能同时实现井上指挥中心、井下指挥中心和井下救护人员之间的语音和视频通信功能,并能在井上和井下指挥中心实时显示救灾现场的环境参数。     

KT11型矿井无线电漏泄通信系统

ＫＴ１１型矿井无线电漏泄通信系统郭建华（河北省电子信息产业总公司）由河北省电子信息公司与电子工业部３６所联合开发，新近通过鉴定的ＫＴ１１型矿井无线电漏泄通信系统，适用于矿井巷道，地下金属矿、地铁、隧道、人防工程等无线电移动电话通信网。地面上无线电移动...     

煤矿事故特点与煤矿通信、人员定位及监视新技术

分析了2009—2013年全国煤矿较大及以上瓦斯、水害和顶板事故特点:发生在采掘工作面事故最多,事故起数和死亡人数分别占78.54%和78.80%。提出移动通信、广播通信、救灾通信系统不宜用作矿井应急通信系统;矿井透地通信系统可用作矿井应急通信系统,但性价比低。提出将矿用有线调度通信系统用作矿井应急通信系统,具有性价比高的优点:将电缆埋入巷帮与底板夹角处;将井下电话机设置在硐室内,并加强防护;减少电缆接头,提高电缆接续的防水性能。分析了煤矿井下"智慧线"通信存在的问题:无中继传输距离短;本质安全型防爆制约供电距离;不能用于大容量主干传输;易发生短路等故障;外护套不耐爆等。     

安全高效矿井通信系统技术要求

提出了矿用有线调度通信系统、矿井广播通信系统、多基站矿井移动通信系统、矿井漏泄通信系统、矿井感应通信系统、矿用透地通信系统、矿井救灾通信系统的技术要求。矿井广播通信系统应具有音频和视频全播、组播、选播及录音和记录功能;具有调度台与井下终端双向通话功能;具有井下终端呼叫地面调度功能等。多基站矿井移动通信系统应具有移动台与移动台、移动台与固定电话之间通话功能;具有短信和数据传输功能;具有移动台位置登记和越区切换功能;具有优先权设置、用户限时、非法用户禁用、中继汇接、自诊断和故障指示功能。矿井救灾通信系统应具有移动台与移动台、移动台与基站、移动台与地面基地通信终端、基站与地面基地通信终端通话功能;具有发起急呼、全呼和组呼的功能;具有基站和移动台脱网工作功能;具有图像监视功能;具有CH4,CO,O2及温度等监测功能;具有救护队员心跳、体温、姿态监测功能等。     

跨平台矿井应急救援路径寻优方案研究

目前煤矿应急救援路径优化研究多处于计算机模拟计算阶段,为了进一步推进其在实际巷道复杂环境条件下的应用,提出了一种跨平台矿井应急救援路径寻优方案。将巷道通行影响因素抽象为方便计算的影响因子,结合巷道实际长度与通行难度计算巷道当量值;将当量值作为路径长度,采用Dijkstra算法求解矿井应急救援路径;利用Unity引擎的跨平台特性,在计算机、移动端等平台运行应急救援路径寻优算法。实际应用结果表明,该方案能够绕过因事故而无法通行的路段,给出准确有效的井下避灾路径,从而为井下应急救援路径寻优的现场应用提供技术支持。