作者：孫春義 單位：河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院

礦井巷道受空間自由度的限制，直接制約無線電波在井下巷道的傳輸作用，因此應(yīng)該在井下安裝功能更強(qiáng)的移動(dòng)通信裝置。通信裝備性能描述（1）地面通信裝備是在以較精確的信道參數(shù)為基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制造的，而因?yàn)榫戮哂蟹蹓m嚴(yán)重、潮濕等環(huán)境問題，且在有限的巷道空間內(nèi)安裝支架、鐵道、電纜與管道等金屬部件，于是不管借用信道還是專用信道，它們的特性均會(huì)受到較強(qiáng)的干擾，降低信道特性的穩(wěn)定性。（2）井下用電裝置啟動(dòng)頻繁且配置量大，對(duì)信道產(chǎn)生電氣干擾的噪聲電平高和頻譜寬，這些直接影響著井下通信裝置的正常運(yùn)作，因此需要使用能適應(yīng)較強(qiáng)的干擾與較差的信道條件的井下通信裝置。

經(jīng)典的礦井井下通信技術(shù)

1低頻引導(dǎo)通信超低頻透地通信是一種使用無線電波穿透地面的無線通信技術(shù)，其將大地作為電磁波的傳導(dǎo)媒介。由澳大利亞MST礦井技術(shù)公司研發(fā)的透地通信系統(tǒng)是一種超低頻PED礦井井下急救和無線通信系統(tǒng)，在突發(fā)事故中主要用于井下應(yīng)急救援工作者與地面間的通信。該通信系統(tǒng)具有較低的無線通信速率、較小的信道容量和較窄的傳輸帶寬,且易受低頻電磁影響。另外,PED系統(tǒng)靈活性較差，結(jié)構(gòu)比較繁瑣。

2漏泄通信所謂的漏泄通信，指將一條特制的同軸電纜安置在巷道中，在電纜上每隔一段距離打1個(gè)槽孔,使用泄漏出的電磁場完成各個(gè)移動(dòng)臺(tái)之間、固定臺(tái)與移動(dòng)臺(tái)間的遠(yuǎn)距離通信。該方式是一種完成井下巷道內(nèi)無線通信的較理想的模式。早在20世紀(jì)90年代，泄漏通信技術(shù)就被廣泛應(yīng)用于公路鐵路隧道、煤礦井下、地鐵等一些受空間限制的地下通信中。具體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。漏泄通信技術(shù)使用超高頻信號(hào)實(shí)施無線通信,擁有電磁干擾較小和信道穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。但也具有以下缺點(diǎn):（1）具有較差的抗故障能力和系統(tǒng)可靠性。一旦電纜和中繼器發(fā)生故障，會(huì)導(dǎo)致該中繼器下屬部分出現(xiàn)癱瘓;并且,中繼器越多,噪音累加就越多,極易出現(xiàn)信號(hào)失真。（2）每個(gè)通道使用特定的設(shè)備,具有較低的信道使用率。當(dāng)將井下各種通信系統(tǒng)與監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)均連入漏泄系統(tǒng)進(jìn)行傳導(dǎo)時(shí),會(huì)出現(xiàn)某些信道數(shù)不夠使用或長期擱置不用的狀況。（3）具有較高的管理和維護(hù)成本。通常移動(dòng)臺(tái)接收距離限定在離漏泄電纜30m的范圍內(nèi),該通信系統(tǒng)對(duì)漏泄電纜具有較高的安裝要求和藕合要求。

3礦用小靈通通信系統(tǒng)礦用小靈通通信系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的通信方式，是在井下無線通信應(yīng)用分析的基礎(chǔ)上研發(fā)的。將其廣泛應(yīng)用于全國各大中小城市的大眾通信體系PHS《也稱小靈通》，根據(jù)“煤安標(biāo)辦”標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安全技術(shù)分析,并將其延伸移植到礦井井下,以此成為井下無線通信網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)窗口。該系統(tǒng)既能服務(wù)于井下的生產(chǎn)調(diào)度和個(gè)人無線通信系統(tǒng)，又能服務(wù)于地面系統(tǒng)。于是開創(chuàng)了井下無線通信的新天地,對(duì)井下無線通信具有深遠(yuǎn)的意義，礦用小靈通通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框如圖2所示。該通信系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):（1）將傳統(tǒng)模擬通話和單工模式轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)現(xiàn)數(shù)字通話和雙工模式。（2）生活辦公區(qū)通信系統(tǒng)與防爆區(qū)域中調(diào)度系統(tǒng)有機(jī)無縫連接，形成一體化。（3）手機(jī)通話語音清晰，質(zhì)量可靠，通話時(shí)間與待機(jī)時(shí)間長，且外形小巧便于攜帶。（4）可實(shí)現(xiàn)圖像傳輸,工作人員可對(duì)遠(yuǎn)端無人留守區(qū)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察。（5）可實(shí)現(xiàn)人員的識(shí)別、跟蹤以及定位等功能。

抗噪聲干擾分析

消除噪聲干擾是一個(gè)可靠、高效的礦井通信系統(tǒng)的必要前提。目前使用的抗干擾方法主要有以下幾種[6]:（1）選取恰當(dāng)?shù)耐ㄐ蓬l段。在特定的井下工作環(huán)境中，噪聲源一般是同一類型,因此可生成能量比較集中的噪聲,可以說大多處于特定的頻率范圍內(nèi)。而且?guī)渍椎耐ㄐ蓬l段對(duì)礦井通信來說就已足夠,因此，在選取通信頻段時(shí)，可避開噪聲較強(qiáng)的集中區(qū)域。（2）采用定向天線提高天線發(fā)射通信信號(hào)的有效功率，并利用定向天線對(duì)空間進(jìn)行選擇,增加信噪比和發(fā)射信號(hào)的電平,實(shí)現(xiàn)抑制噪聲干擾的功能。（3）采用窄帶濾波器選擇頻率。該種自適應(yīng)濾波器的頻帶保持與自適應(yīng)輸入信號(hào)頻帶寬相對(duì)應(yīng),有效地降低了井下各種設(shè)備噪聲對(duì)通信信號(hào)造成的干擾。（4）使用相關(guān)器選取波形。在頻域上，窄帶濾波器對(duì)信號(hào)實(shí)施分析；在時(shí)域上，使用相關(guān)接收法對(duì)收到的信息實(shí)施處理。在確保相關(guān)器工作在線性狀態(tài)，且輸入相關(guān)器的干擾與信號(hào)電平均較低時(shí),其抗干擾能力明顯高于窄帶濾波,然而當(dāng)輸入干擾信號(hào)電平越出相關(guān)器工作的線性區(qū)時(shí),抗干擾能力出現(xiàn)大幅度降低。所以,窄帶濾波器具有很好的抗干擾功能。

結(jié)論

隨著微電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，給煤礦通信技術(shù)注入了新的科技、新的活力，將其推入一個(gè)新的天地。進(jìn)一步利用先進(jìn)的通信技術(shù)，井下通信最終建立移動(dòng)與固定相結(jié)合、光纜與電纜相結(jié)合、容量大、靈活方便、多信道以及多功能的煤礦井下無線通信網(wǎng)絡(luò)。一套可靠程度高的井下無線通信系統(tǒng)，對(duì)于煤礦安全生產(chǎn)和效率提高至關(guān)重要，具有深遠(yuǎn)的意義。