余吾煤业公司矿用无线调度通信系统的应用

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调查结果表明，如小灵通等解决方案均无法成为主流产品获得市场的满意认可，用户不满意不认可的原因主要有几点：（1）不具备初级或高级的调度指挥功能；（2）不能实现井上与井下无缝移动通话；（3）技术先进但不适合矿井环境；（4）系统的专业化太高，非专业人员无法安装调试；（5）系统功能不灵活，不同的用户没有选择的弹性。
1.3 研究的目标
考虑到矿井通讯的特殊情况，为了解决好井上下即时通讯的问题，我们采用了KT109L煤矿井下无线调度通讯系统。KT109L系统是一个多信道无线通讯网，能够满足管理人员、安全检查人员、电机车司机、工程施工人员移动作业时对通信的需求，做到井上一定范围内与井下之间信息随时传递，使地面与井下真正成为一个整体的无线通讯系统，可以极大的满足井下调度作业与应急通讯的需要。
系统采用漏泄电缆来作为井下信号的传输媒介，最大限度减小矿井内弯道、各种管道、架空线等介质对无线信号传输的影响，使系统不再受环境的影响以及各种工业火花干扰的影响， 从而保证无线信号在矿井内的良好覆盖。依靠在巷道中架设一条特制的同轴电缆，使其周围形成一个连续的电磁波漏泄场。整个漏缆相当于与一个连续覆盖的天线，移动收发信号与漏泄电缆之间实现双向可逆的耦合，从而实现移动台之间或移动台与基站之间的远距离通信[2]。
与有线电话通信和wifi通信体制相比，泄漏通信模式的优势主要体现在：（1）井下全覆盖，不存在通信盲区；（2）无需拨号，按键即讲，确保快速联络、即时通话；（3）具备丰富的管理调度功能，特殊状况下井上可以即时呼叫所有井下作业人员；（4）无需在井下建设基站，安装、操作、维护更简便，应用更灵活。
2 原理及主要特点
在泄漏通信的方式中，通常射频信号是沿着同轴电缆进行远距离传输的，一般情况下，由于同轴电缆的屏蔽层的作用，射频信号沿圆波导传输是不会泄漏到周围空间里的。但是，如果以人为方式有规律地在圆波导上开口，开口处则会形成有规律的射频信号的能量辐射，随着射频同轴电缆的延伸，就会在电缆周围小范围内产生辐射场（只需要很小的能量泄漏，因为对讲机的灵敏度很高，达到-120dbm），这就是泄漏电缆传输无线信号的基本原理[3]。
泄漏电缆以及泄漏通信模式正是为了满足巷道无线覆盖的需求而生的，多年来，根据国内外在铁路、煤矿等行业的实际应用经验，可以证明此种方式是最为科学和可靠的方式，只要电缆覆盖到的地方就能够保障通信。
3 井下无线调度通讯系统设备
本系统由井上射频基站、调度录音检索系统、井下漏泄电缆、矿用本安型功率分配器、矿用本安型中继器和对讲机组成。
系统井下可延伸20KM以上，全方位均匀覆盖，通讯无盲区；井上半径10KM范围内移动人员可随时与井下移动人员无缝通讯；系统具备中心调度指挥功能及自动录音存储功能；常规方式时：具备MDC1200数字信令调度功能；集群方式时：具备MPT1109L7数字信令高级调度功能；系统体制具备井口巷道组建一网功能；系统可同时传输多路话音或数字信号，实现大容量用户群与记级调度功能；系统增益自适应调整；具备故障弱化功能，中继器故障时系统不致完全瘫痪；具备故障弱化功能，中继器故障时系统不致完全瘫痪。
系统技术参数主要有：工作频率150MHz-174MHz，收发差频5.7MHz，波道间隔≥200KHz，系统特性阻抗50Ω，基站井上辐射功率25W，基站耦合井下功率1mW/0dBmW，工作环境-10℃～+50℃，湿度93%，工作电源DC12V-18V。
具体系统图如图1所示：
KT109L-J井上射频基站是由六个信道机通过合路器和分路器，将六路发射和六路接收合成一路发射和一路接收，发射通过耦合器耦合出一部分信号到双工器，其余的经射频电缆接到发射天线，接收通过功分器分成两路，一路接到双工器，另一路经射频电缆接到接收天线，双工器天线口经射频电缆接到井口隔离器。原理图如图2所示。
KT109L-R调度录音检索系统是KTL109系统的重要组成部分，它的最大特点是可以与井上基站实现远距离的无 线链接，同时不影响它的功能。透过本系统，实现计算机屏幕直观操作调度指挥。具有录音文件自动记录功能，所有系统内的呼叫都会自动语音录每次呼叫通话都是一个文件包，以便查询。并且提供多种查询方式：ID查询，时间查询，通道查询。
所有通话实时录音并可以根据时间或通话组进行查询、回放，使调度员可以发起、监听、插入或互联各组的通话，出现人员报警时可以进行应急响应，可根据需求进行远程网络查询。
工作原理：每个射频单元可以接收两个信道的信号，收到的话音由录音调度交换机生成语音文件记录下来，文件中含有呼叫方ID号、呼叫时间、使用的信道等信息，便于日后查询。在调度台上可监听任意信道上的通话，并可插话。调度台平时守候在紧急信道上。发生告警呼叫时，调度台会显示呼叫方ID号。调度录音检索系统原理图如图3所示：
射频无源耦合器：与目前煤矿大量使用的光电耦合器（将井上电脑与井下隔离）一样，将井上无线基站与井下漏泄系统实现完全地隔离，即井上设备与井下设备没有任何物理的连接，同时，保证井上与井下射频信号双向耦合传输。
漏泄电缆：专用防爆型同轴电缆。
KTL119-L矿用本安型中继器：用来放大漏泄电缆中传输的RF信号，补偿沿漏泄电缆传输时的信号损失，每隔约350m—400m安装一个中继器。可以同时放大上行和下行双向信号，双向信号相互不受干扰。
KTL119-F矿用本安型功率分配器是利用功率分配技术将漏泄电缆引入分支巷道，解决无线电波在巷道内的分岔传输，从而可建成地下巷道的树形无线通信网。从主漏缆上分出部分信号，用于覆盖各个分支巷道，可根据矿井内巷道的分布进行系统配置。
终端负载：安装在每条漏缆的末端，使整个系统阻抗匹配，保证整个系统正常工作。
电源：位于井下，给放大器供电，每20至30个中继器需一个电源供电。
数字对讲机是采用数字技术进行设计，将语音信号数字化以数字编码形式传播，可以在一个范围更广泛的信号环境中，实现更好的语音音频质量，其接收到的音频噪音会更少些，可以更好地利用频谱资源，全面提高音频质量，改进语音和数据集成，改变控制信号随通讯距离增加而降低的弱点。
4 煤矿井下无线调度通讯系统在本公司的应用
目前本系统在余吾煤业公司井下所有采区进风巷、辅运巷、轨道巷和变电所实现了全覆盖，井下运搬、通风、供电等队组和生产调度、安全调度等配备了对讲机，队组能够将井下安全生产和运输、通风、供电系统运行等情况实时上报给生产调度、安全调度，形成一个地面与井下真正成为整体的无线通讯系统，极大的满足了井下调度作业与应急通讯的需要。
该系统的应用，必将提升矿井管理水平，增加处理矿井突发事件的应急救援能力，最大限度地减少灾害影响。同时，也必将成为信息化、数字化矿山建设中的又一新亮点。
参考文献：
[1]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.
[2]肖远强，张武军.漏泄电缆的性能分析[J].移通动信，2002.
[3]姚善化，朱宗玖.漏泄同轴电缆的性能分析及应用[J].煤矿机械，2003.