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。     

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。     

矿井中频感应通信系统研究

分析与研究矿井中频感应通信系统 ,并提出了一种新型的矿井中频数字感应通信系统。这种系统采用连续可变斜率增量调制 (CVSD)来实现语音信号的编码、GFM调制解调方式、FDMA、PLL频率合成器技术。本系统具有通话质量好、设备简单、抗衰减能力强等特点 ,适于矿井通信。     

矿井漏泄移动通信系统

综合分析了矿井移动通信的基本要求 ,介绍了一些国内外已定型的矿山移动通信设备和较成熟的组网方式 ,并提出了系统服务范围和质量评价方法。     

一种数字化矿井透地通信系统实现方案

针对矿井通信困难,提出了一种采用扩频技术、可数字化实现的矿井透地通信系统方案,并对该方案进行了理论分析和总体仿真,仿真结果及误码率分析表明了该系统设计方案的可行性,为系统的设计实现奠定了基础。     

矿井融合调度通信系统的设计及应用

针对大多数煤矿通信系统各自分散、无法跨越各系统进行调度指挥的问题,设计了矿井融合调度通信系统,详细介绍了系统的组成及功能实现。实际应用结果表明,该系统能兼容现有煤矿通信系统,为跨越各系统之间的通信提供高效业务平台与桥梁,有效提高了矿井应急调度处置能力,进一步提升了煤矿安全生产管理水平。     

应用磁感应技术分析无线透地通信系统的方法探讨

透地通信是一种将分层大地作为传输媒质的通信手段,其利用无线电波技术原理直接穿透大地来实现地面与井下进行信息交流。为了提高复杂环境下的移动通信系统的可靠性、稳定性,基于磁感应技术对无线透地通信进行分析,对无线透地通讯系统的工作原理和依据的理论进行了探讨和分析,并对关键技术进行了研究,对透地通信系统天线的选取方面进行了说明,并分析了透地信道的衰减计算,也对本系统的部分软件进行了介绍。采用磁感应技术无线透地通信系统能够有效地抑制杂波干扰,实现信号的可靠传输,为矿井以及复杂环境下的移动通信的应用和发展提供了必要的理论支撑。     

基于热管技术的矿井透地通信主机散热结构设计

为解决透地通信系统主机散热问题,基于热管技术设计了矿井透地通信主机散热结构,采用数值计算方法研究了热管散热结构传递热阻,结果表明,该散热结构能满足主机散热性能要求;采用数值仿真得到了热管散热结构的温度场云图,结果与数值计算十分吻合。样机温度监测试验验证了设计的正确性。     

透地通信系统的现状和主流技术分析

简要回顾了透地通信系统的发展历史,介绍了当前国内外透地通信系统的研究现状、使用效果,分析了当前主流的透地通信技术,展望了透地通信技术在煤矿的应用前景和可能的发展方向。     

矿井广播系统及其在煤矿应急通信中的应用探讨

介绍了矿井广播系统的发展历程和基于IP技术的矿井广播系统、基于CAN总线的矿井广播系统和基于无线Mesh网络的矿井广播系统的研究现状,分析了3种广播系统的特点:基于IP技术的矿井广播系统实现了从地面调度室向井下工作面可靠而快速地下达紧急通知,但是光缆主要铺设在大巷中,网络覆盖率低,并且使用IP广播需要大量IP空间,而矿井环境复杂,设备布设困难,不易接收信号,抗灾变能力差;基于CAN总线的矿井广播系统具有传输距离远、通信速率快、通信方式灵活、传输稳定等优点,但由于各节点不平等共享总线带宽,会出现多个节点同时竞争总线的情况,影响通信的稳定性和实时性;无线Mesh网络具有可靠性高、覆盖范围广、组网灵活等优点,但由于无线Mesh的多跳机制,随着无线Mesh网络规模的扩大,跳接越来越多,积累的总延迟也越大。指出随着煤炭行业转型升级,煤矿安全生产技术的不断完善,矿井广播系统将朝着提高抗灾变能力、功能多元化、系统智能化和多系统融合化的方向发展;从安全监测、调度指挥、信息传输3个方面总结了矿井广播系统在煤矿应急通信中的应用前景,指出矿井广播系统与人员定位系统结合是未来煤矿调度指挥的典型模式,有线和无线路由自适应功能将极大地提升应急通信系统的抗灾变能力和可靠性。     

基于SIP的矿用应急通信业务系统设计

设计了一种基于SIP的矿用应急通信业务系统,详细介绍了系统架构设计及紧急呼叫、通信终端区域定位、多路对讲和语音广播等业务流程的设计。该系统遵循标准SIP协议及3GPP提出的标准SIP协议扩展框架,实现了具有较高集成度的矿用调度通信与应急通信业务系统,为矿山井下通信联络、安全生产提供了有效的联络手段与通信保障,提高了井下通信系统的综合利用率。     

矿山信息物理融合系统多节点智联策略

针对当前矿山信息物理融合系统(CPS)的通信节点无法与基于不同无线通信协议的感知节点实现智能连接的问题,在通信节点上集成多种通信模块构成多模态通信节点,提出了一种基于渐进式神经网络的矿山CPS多节点智联策略。采用渐进式神经网络控制多模态通信节点准确切换工作模态,实现异构无线通信网络自主建立;利用异步优势动作评价算法对渐进式神经网络进行深度训练,提高渐进式神经网络的收敛速度和训练精度。实验结果表明,该策略实现了多模态通信节点与多类感知节点之间的准确、可靠通信。     

TD—SCDMA无线通信系统在煤矿的应用

介绍了TD-SCDMA无线通信系统的总体设计方案以及该系统在华亭煤矿的具体装备和应用情况。TD-SCDMA无线通信系统可与有线调度通信系统配合,实现了井下移动作业人员与地面调度人员的通信;采用无线TA定位技术实现了对井下人员的精确定位,定位信息可显示在上位机界面。     

透地通信系统天线小型化设计与测试

针对现有透地通信系统天线尺寸较大、可移动性差、无法实现双向通信的问题,设计了中心频率为500kHz的中波小型方环天线,并对天线的阻抗特性、匹配性能及通信距离进行了理论分析及测试研究。测试结果表明,天线与信号源之间实现了良好的阻抗匹配,匹配网络效率近似为1;天线工作带宽约为8kHz,天线效率为6.1×10-5,与理论计算结果近似相等;天线具有良好的辐射特性,在输入功率为0.25W时有效传输距离为30m。     

下一代网络技术在煤矿通信系统中的应用

针对现有各煤矿通信系统功能重复、难以融合的问题,采用下一代网络技术设计了一种新的煤矿通信系统。该系统通过IP-PBX软交换平台将现有调度通信系统、无线通信系统、广播通信系统进行融合,可以实现原有通信系统的各功能,同时实现了各系统终端的互连互通,有利于系统升级。测试结果验证了其稳定性和可靠性。     

WCDMA无线通信系统在煤矿的应用分析

针对当前煤矿对无线通信系统的要求,分析比较了现有矿用无线通信系统的特点,阐述了WCDMA矿用无线通信系统的优势,并对其关键技术进行分析;介绍了该系统的网络架构和功能特点。应用结果表明,该系统能够满足煤矿日常生产管理的通信需要。