淺談通信技術(shù)在煤礦的應(yīng)用和發(fā)展

劉逸果

【摘要】 煤炭開采工作存在較大安全風(fēng)險，隨著眾多新技術(shù)的煤礦的發(fā)展應(yīng)用，有效的預(yù)防和保障了煤礦安全生產(chǎn)的正常進(jìn)行，本文通過對在我國煤礦應(yīng)用的通信技術(shù)的介紹，用途和優(yōu)缺點的分析，簡要說明了各項通信技術(shù)為保障煤礦安全生產(chǎn)起到的作用，同時通過通信技術(shù)的發(fā)展趨勢分析，進(jìn)一步說明了技術(shù)發(fā)展對促進(jìn)煤礦開采工作安全進(jìn)行的重要性。

【關(guān)鍵詞】 通信技術(shù) 煤礦安全 監(jiān)測監(jiān)控

一、通信技術(shù)在煤礦應(yīng)用的目的

我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國，據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)查詢，我國原煤產(chǎn)量2013年為36.8億噸，2014年為38.7億噸，2015年為37.5億噸。煤炭資源在國家能源中的重要地位十分突出，煤炭在我國一次性能源消費中占比大于60%以上，隨著其他能源的發(fā)展利用，雖然逐年有一定的下降，但是預(yù)計到2050年煤炭仍將占我國一次性能源消費總量不低于50%。由此可見，煤炭生產(chǎn)的重要性。

煤炭開采多是地下開采，生產(chǎn)環(huán)境條件惡劣，存在很大的安全生產(chǎn)風(fēng)險，歷年來，煤炭開采安全事故頻發(fā)，給國家?guī)碛芯薮蟮膿p失，安全生產(chǎn)事故的發(fā)生，也給煤炭生產(chǎn)人員帶來有較大的傷亡。國家和煤炭生產(chǎn)企業(yè)一直在致力于提高煤炭生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，從而為煤礦安全事故的下降起到了積極的促進(jìn)作用。伴隨著煤炭開采技術(shù)的進(jìn)步，各種通信技術(shù)在煤礦的不斷引進(jìn)和推廣應(yīng)用，推進(jìn)了煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，在促進(jìn)了煤炭高效生產(chǎn)的同時，提高了對煤炭生產(chǎn)過程中災(zāi)害監(jiān)測的實時性和預(yù)警能力，對減少和消除災(zāi)害發(fā)生提供了有力保障。促進(jìn)了煤礦安全生產(chǎn)工作的開展，為保障煤炭生產(chǎn)人員的生命安全起到了有力的保障。

二、通信技術(shù)在煤礦應(yīng)用

2.1礦井有線電話

為保證煤礦安全生產(chǎn)調(diào)度，煤礦井下安裝有有線調(diào)度電話系統(tǒng)，以保證礦井生產(chǎn)過程中的各種調(diào)度信息通信需要。電話系統(tǒng)的發(fā)展，從老式的人工方式轉(zhuǎn)接，發(fā)展過渡到現(xiàn)階段的程控交換，因為煤礦環(huán)境是具有爆炸危險，各組成部分被要求符合煤礦用防隔爆要求，以保證煤礦井下的安全使用。通過電話系統(tǒng)，滿足各種通信聯(lián)絡(luò)和生產(chǎn)調(diào)度功能，并能保證緊急情況下的使用。但煤礦井下電話在使用過程中，一旦有災(zāi)害發(fā)生，往往不能保證使用的及時性和便捷性。同時，電話系統(tǒng)不能滿足礦井監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)通信等的需要。

2.2礦井移動通信

隨著技術(shù)的發(fā)展，煤炭生產(chǎn)企業(yè)引進(jìn)發(fā)展了礦用移動通信技術(shù)。作為對礦井有線電話通信方式的補充。早期有漏泄通信、透地通信等移動通信方式在煤礦使用。

上世紀(jì)70年代，井下無線漏泄通信技術(shù)開始進(jìn)入了實用階段。漏泄通信，就是通過敷設(shè)在巷道中的漏泄電纜，利用漏泄電纜起到天線的傳輸作用，來實現(xiàn)無線移動通信。具有話音清晰，抗干擾強、通信距離遠(yuǎn)等優(yōu)點。

透地通信則利用的是大地作為電磁波傳播介質(zhì)，來實現(xiàn)的無線通信。一般用于災(zāi)后應(yīng)急通信較多。但隨著監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ苄孕枨蟮脑黾樱鲜鰞煞N通信方式都逐漸被煤礦用戶棄用。

隨著近年來的技術(shù)進(jìn)步，公共通信發(fā)展迅速，小靈通曾經(jīng)在我國國內(nèi)被大量使用。小靈通采用微蜂窩技術(shù)，通過微蜂窩基站實現(xiàn)無線覆蓋，將用戶手機以無線的方式接入本地電話網(wǎng)，使傳統(tǒng)意義上的固定電話不再固定在某個位置，可在無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)自由移動使用，基站范圍內(nèi)接聽和撥打電話可以隨時隨地實現(xiàn)。由于使用的便捷性，煤礦行業(yè)通過對小靈通通信系統(tǒng)進(jìn)行煤礦防隔爆改進(jìn)，成功引入煤礦井下推廣使用，并能有效的和煤礦地面及井下有線電話網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接成一個大的網(wǎng)絡(luò)，從而滿足煤礦調(diào)度通信、無線通信等各種功能的需要。是煤礦井下成功使用的無線通信方式的范例之一，美中不足是，隨著3G通信的技術(shù)發(fā)展，小靈通這種方式，被地面公共通信平臺淘汰，市場因素決定了相應(yīng)的設(shè)備供應(yīng)的廠家迅速消亡，在此情況下，煤礦用小靈通后繼發(fā)展乏力，逐漸被3G移動通信方式所替代。同時小靈通也逐漸不能滿足數(shù)字化設(shè)備和煤礦開采監(jiān)測監(jiān)控的更高要求的需要。

在移動通信技術(shù)飛速發(fā)展的今天，公共移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速，3G通信技術(shù)從2009年開始的許可使用，到全面在公眾中大量推廣使用，也帶來了煤礦3G通信發(fā)發(fā)展。煤礦井下也開始使用具有防爆功能的3G智能手機，3G技術(shù)不僅滿足煤礦井下移動通話的需要，在實現(xiàn)無線數(shù)字傳輸?shù)裙δ芊矫婢哂休^強能力。通過在煤礦地面井下等范圍內(nèi)進(jìn)行基站的設(shè)置，3G礦用通信可實現(xiàn)與礦井有線調(diào)度電話等電話網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，同時也能滿足數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ苄枰?，因此，在煤礦開始大量推廣，滿足煤礦移動通信防爆要求的3G移動設(shè)備也開始大量在煤礦行業(yè)應(yīng)用。一些利用3G手機設(shè)備等終端進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的便攜儀器也開始出現(xiàn)，使得監(jiān)測數(shù)據(jù)能通過移動手機等設(shè)備接入煤礦監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)變得更加便捷。后續(xù)伴隨著公共網(wǎng)絡(luò)4G通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，更高性能的移動通信技術(shù)也正逐步被引入煤炭開采礦井使用。

2.3礦井網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

在上世紀(jì)80、90年代，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對煤炭能源的大量需求，帶來了煤炭行業(yè)快速發(fā)展，然而煤炭開采的潛在安全風(fēng)險也伴隨著煤炭的大量開采而帶來了重大惡性事故的時有發(fā)生，預(yù)測預(yù)報煤炭開采過程中的災(zāi)害成為迫切需求，促進(jìn)了對煤礦井下瓦斯、通風(fēng)、電力和機械設(shè)備等的實時監(jiān)測監(jiān)控的迅速發(fā)展。同時發(fā)展了各種監(jiān)測監(jiān)控儀器設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)功能。隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，煤礦監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的得以飛速發(fā)展。從加強安全監(jiān)管的角度，國家規(guī)定煤礦井下必須安裝礦井安全監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。從而開啟了我國煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的高速發(fā)展階段。

早期的井下監(jiān)控監(jiān)控，主要把種類不多的監(jiān)測傳感器信號或斷電儀等控制設(shè)備信號傳送到地面監(jiān)控中心，使用較多的是485總線、CAN總線等通信協(xié)議模式，隨著監(jiān)控系統(tǒng)的擴(kuò)展，快速響應(yīng)預(yù)警預(yù)報的需求的增加，同時伴隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，正逐漸被當(dāng)今應(yīng)用最普遍的局域網(wǎng)技術(shù)以太網(wǎng)技術(shù)替代。

國務(wù)院頒布的 《關(guān)于進(jìn)一步加強企業(yè)安全生產(chǎn)工作的通知》（ 國發(fā) [2010]23號）和國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局國家煤礦安全監(jiān)察局頒布的 《關(guān)于建設(shè)完善煤礦井下安全避險“六大系統(tǒng)”的通知》要求全國煤礦安裝監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、井下人員定位系統(tǒng)、緊急避險系統(tǒng)、壓風(fēng)自救系統(tǒng)、供水施救系統(tǒng)和通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)等技術(shù)裝備。其中要求建設(shè)完善礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，充分發(fā)揮其安全避險的預(yù)警作用。多年的發(fā)展使得煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控已經(jīng)發(fā)展比較完善，各種災(zāi)害監(jiān)測能實時監(jiān)視并及時預(yù)警，各種設(shè)備能結(jié)合生產(chǎn)調(diào)度和災(zāi)害的發(fā)生實現(xiàn)實時的開?？刂?，對生產(chǎn)人員的定位監(jiān)控、災(zāi)后搜救等能通過網(wǎng)絡(luò)的快速通信功能做到實時監(jiān)控。通過多年的發(fā)展，我國煤礦的災(zāi)害事故發(fā)生已經(jīng)極大的下降，重大人員傷亡事故已經(jīng)極少發(fā)生，促進(jìn)了煤炭開采的安全生產(chǎn)。

三、通信技術(shù)在煤礦應(yīng)用的發(fā)展

煤礦通信技術(shù)中，有線電話、3G通信和正迅猛發(fā)展的4G通信等通信技術(shù)，既保證了煤礦煤炭安全生產(chǎn)調(diào)度需要，技術(shù)的發(fā)展也可以在保證話務(wù)的同時兼顧數(shù)據(jù)通信，從而實現(xiàn)煤礦監(jiān)測用移動設(shè)備的移動數(shù)據(jù)互聯(lián)。以太網(wǎng)絡(luò)也從開始的雙絞線線路，正被帶寬更大、傳輸速度更快、損耗更低、傳輸距離更長的光纖線路所替代。監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)得以從標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)向快速以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)等更高的技術(shù)的迅猛發(fā)展。煤礦電話網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)開始能夠有條件逐步靠攏，并可能最終走向統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中，數(shù)據(jù)的移動傳輸需求也促進(jìn)了無線傳輸技術(shù)在煤礦的逐漸推廣應(yīng)用。

WIFI是目前應(yīng)用最廣泛的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，隨著煤礦通信技術(shù)的進(jìn)步，逐步被引進(jìn)煤炭行業(yè)并推廣使用。該技術(shù)是有線網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展和延伸，通過它可以實現(xiàn)移動語音、數(shù)據(jù)甚至視頻的傳輸。

RFID是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。它的發(fā)展，使得各種監(jiān)測設(shè)備甚至小到日常物品成為計算機網(wǎng)絡(luò)的一部分成為可能。該技術(shù)是人員定位、設(shè)備定位等的重要技術(shù)基礎(chǔ)，它的發(fā)展促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步。

Bluetooth技術(shù)也開始在煤礦得以應(yīng)用，使得煤礦無線通信得到進(jìn)一步拓展，傳感器設(shè)備、便攜式設(shè)備等可以通過Bluetooth技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)無線聯(lián)接。設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)變得更加便捷和容易。

還有低功耗的ZigBee短距離、高可靠性無線通信技術(shù)等的發(fā)展應(yīng)用。上述WIFI、RFID、Bluetooth等各項技術(shù)都是短距離小范圍的無線通信技術(shù)，作為有線網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，隨著各項技術(shù)的進(jìn)步，使得傳感器網(wǎng)絡(luò)的無線組網(wǎng)變得更加容易、可靠、功耗更低、成本下降，從而使得監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用范圍得到極大的擴(kuò)展。

技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了近年物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大力發(fā)展，使得建設(shè)一個隨時、隨地、任何物體、任何人都可以連接的網(wǎng)絡(luò)社會開始成為可能。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過智能感知、識別技術(shù)與普適計算等通信感知技術(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)被廣泛的融合，因此被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。煤炭行業(yè)各科研機構(gòu)等也在開展與煤礦相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)研究開發(fā)和推廣應(yīng)用。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，煤礦使用的各項監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備、機電設(shè)備、各個種類的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、人員信息等能夠有效進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)整合協(xié)調(diào)運作，技術(shù)的進(jìn)步使得煤礦的煤炭開采更加自動化和信息化、更加具備安全預(yù)警、生產(chǎn)更加高效。

四、結(jié)束語

通信技術(shù)在煤礦數(shù)十年的發(fā)展應(yīng)用，為我國煤礦生產(chǎn)提供了至關(guān)重要的安全保障作用，規(guī)避了安全事故的發(fā)生，確保了煤礦生產(chǎn)的安全進(jìn)行，提升了煤炭企業(yè)的管理水平。各種信息技術(shù)的應(yīng)用，使得煤礦安全生產(chǎn)的監(jiān)測監(jiān)控遠(yuǎn)程化、網(wǎng)絡(luò)化。煤礦信息化建設(shè)因此可以從以前提出的“數(shù)字化礦山”建設(shè)目標(biāo)向“智慧礦山”建設(shè)目標(biāo)轉(zhuǎn)變進(jìn)步，為最終實現(xiàn)全自動化無人煤炭開采提供技術(shù)支持。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]呂志強，煤礦井下通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀和趨勢，中國煤炭，2014年第05期；

[2]Andrew S.Tanenbaum等著，嚴(yán)偉等譯，計算機網(wǎng)絡(luò)，清華大學(xué)出版社；

[3] 張文祥等著，短距離無線通信技術(shù)在煤礦井下的應(yīng)用探討，移動通信，2009年2月；