井下移动通信相关问题探讨

　　摘要：矿井通信担负着生产指挥、监测监控、处理事故、抢险救灾、传递信息的任务，对于保障人身安全和矿井安全及高效生产起着重要作用。因而，矿井井下移动通信已成为矿井通信的重要组成部分，本文就此做一探讨。
　　关键词：井下移动通信，相关问题
　　
　　随着矿井自动化程度的提高，对矿井通信技术也提出更高要求，既要保证信息的原始真实，又要保证指令的有效执行。我国矿产资源丰富，具有广阔的矿井移动通信市场，移动通信对矿井强化安全，提高生产效率又是至关重要的，在这种情况下，我们要借用地面移动通信的良好基础，改变矿井移动通信的落后状态，这必将带来巨大的经济效益和社会效益。
　　一、井下通信系统简介
　　井下无线通信系统是基于矿井无线传输应用研究的基础上，把当前已广泛应用的公众通信系统——PAS系统，严格按“煤安标办”标准进行安全处理后，移植、延伸到煤矿井下的防爆无线通信系统，成功实现矿区井上井下在一个系统内全面实现移动通信，为矿区移动通信与社会移动通信公用网的全面接轨奠定基础。
　　井下无线通信系统具有安装快捷，能在较短时间内形成局部移动通信系统的特点。系统能与矿井行政、生产通信系统实现组网，是生产管理人员、电机车司机、皮带维护工和其他流动人员的主要通信工具。井下无线通信具有容量大，安装维护简单方便，覆盖面大等特点，完善了井下通信网络，大大提高了井下通信效率、生产调度指挥效率和抢险救灾的效率，对矿井的安全高效生产起到了重要的作用。
　　二、井下移动通信系统的特点
　　1、电磁波传播空间的局限性和复杂性。煤矿井下移动通信系统主要用在井下主巷道、竖井、斜井以及采掘工作面。这些场所都是隧道式的，它们的空间是有限的，非自由的，遂道截面的形状和尺寸各不相同，并且又分布在不同的水平面，同时，在巷道中堆放着各种各样的物体和井下机电设备，这些构成了传播环境的特殊性和复杂性。
　　2、电磁波传播距离受到限制。由于井下这个特殊的传播空间，电磁波会频繁地发生反射和折射现象，这是电磁波在井下巷道传播中一个非常特殊的现象。因此，在某个接收点，接收机不仅接收到发射机发送的有用信号，同进也会接收到无数个经过反射和折射的干扰信号，而这些干扰信号严重破坏有用信号的传播特性，甚至会淹没有用信号，这就是电磁波在井下不能实现远距离传播的重要原因。
　　3、人为噪声的影响。目前煤矿的现代化程度越来越高，高度机械化和自动化的采矿、机电设备不断被采用，井下人为噪声有增无减，加上井下无线电通信系统在相当一部分矿井还没有得到充分利用，因此，在井下设备的设计制造中，对它能产生强大噪声的这个问题几乎未被设计者考虑过。
　　4、对通信设备的要求高。井下移动通信设备的工作环境是煤矿井下，这个环境和陆地移动通信设备的工作环境相比要恶劣和复杂得多，因此，井下通信设备必须具备防火花和防爆性能，必须具有抗摔打、耐震动能力，能防水、防尘，同时还应具有操作简单、重量轻、便于携带的特点。
　　三、井下移动通信技术难题的解决方案
　　（1）信号源的选择。为了实现井下移动通信，必需具备一个GSM信号源与一套引入、延伸系统。而井下移动通信频率的选择是实现井下移动通信的关键所在。（2）信号的采集和传输。信号的采集方式主要有有线直接耦合与空中无线耦合，前者所采集的信号质量和强度比较稳定；后者受周围环境的影响较大，噪声较高、稳定性较差。（3）矿井移动通信频率的选择。由于矿井巷道是空间受限的非自由传播空间，尽管井下频率资源是开放的，但矿井巷道的截面尺寸、弯曲程度、巷道壁煤岩层结构、巷道内障碍物以及巷道中现有的电缆、动力线、铁轨等都会给无线传输产生很大影响，尤其对传输距离影响较大，因此，矿井移动通信的频率选择并不是随意的。巷道中的电缆、动力线等金属导体对电磁波的传播是有利的。这些纵向导体与巷道绝缘性能越好，越位于巷道中央，信号的传输衰减就越小，尤其在中频段，纵向导体的导波作用较大，传输距离可达2500m。矿井巷道的截面尺寸也会影响频率的选择。当截面等效半径与波长相差不大于10倍时，对传输距离影响最大，当等效半径远大于或远小于波长时，截面尺寸对无线传输的影响比较小。因此，截面尺寸对中低频的影响较小，对甚高频和特高频段影响较大。总之，根据我国目前矿井现状，将矿井无线传输频率选择在中频段（MF），既可以充分利用矿井内现有纵向金属导体的导波作用，增加传输距离，克服巷道截面对无线传输的影响，同时，中频段的无线电波还具有穿透一定深度煤岩层直接通信的能力，这一点对于煤矿井下通信来说具有很大的应用价值。（4）井下信号源的引入。光纤直放系统是信号延伸、放大的一种很好的方式，现己在隧道和地下商场等场所得到了很好的应用，其系统主要由耦合单元、近端解调机、光纤、远端解调机、收发天线等组成，它由耦合单元直接耦合陆地蜂窝网BTS的GSM9OO信号，BTS信号送入带通滤波器进行选频滤波后，由低噪声放大器将电平调整到光发送模块规定的接口电平，经光发送模块完成光电转换后送入光纤，通过光路传输到井下。在井下接收端，光接收模块可将微弱的光信号变成一定电平的电信号，再经功放放大、滤波器滤波后送至发射天线发射出去。在井下终端放大的信号可由微型定向天线、泄露电缆等发射给各巷道的服务区。
　　四、井下移动通信系统的发展方向
　　当今社会正处于信息时代，煤炭工业在大力提高机械化，自动化水平的基础上充分利用计算机及通信等现代信息技术，加速了煤炭工业的信息化发展，矿井要应用移动通信，且要达到两种领域信息资源的共享，应充分利用移动通信的资源，以提高矿井管理水平，使矿井向信息化、数字化的方向发展，这也将对矿山的高产、高效、安全、优质、减人提效等方面发挥更巨大的促进作用。在研究井下移动通信的同时，也为建设数字化矿井提出了相应的研究课题，随着移动通信领域新一代技术的发展，其多种服务类型已成为矿井信息化、智能化所需要的井下移动通信的初步研究目标，为将来实现数字化矿井的建设奠定了基础。
　　总之，随着新技术的不断涌现，矿井移动通信技术将得到不断发展和完善，即向着大容量、多信道、多功能方向发展，除实现语音全双工通信外，还可以传输数据、图像等，真正形成一个全矿井移动通信网。在选用矿井井下移动通信系统时，应根据各矿的实际情况，如：矿井对系统功能的要求、生产指挥通信的要求、矿井的布局和投入的资金等来确定选用何种移动通信技术及组建一个多大规模的移动通信网。
　　
　　参考文献
　　[1]方俊正.对我国矿井移动通信现状的分析及展望[J].山西焦煤科技,2003(1)
　　[2]张会清.煤矿井下“有线——无线”移动通信系统的研究[D].徐州:中国矿业大学信息与电气工程学院,1990