煤矿通信技术现状与发展趋势

摘要：详细介绍了煤矿通信技术的发展历程，分析了当前煤矿通信技术的功能特点，提出了今后要解决的一些关键技术问题。

关键词：煤矿通信；调度通信；通信系统；CDMA；矿井无线通信

1 煤矿通信技术的发展历程

矿井通信是煤矿生产指挥必须具备的手段，煤矿是多工序、作业点分散的大型生产企业，很难用一种通信系统、一种通信方式来覆盖全矿井。煤矿通信按使用方式分为矿井固定通信和移动通信按使用区域分为全矿井调度通信系统和矿井局部通信系统。 我国早期采用防爆磁电电话机作为矿井调度通信， 世 20纪 80 年代开发了矿用模拟程控调度通信系统，90 年代又开发了数字程控调度通信系统，井下装机容量可达数百门，已能满足各种煤矿的矿井调度通信主要需求。 矿井移动通信主要有矿用透地通信系统、矿用漏泄通信系统、矿用感应通信系统、矿用载波通信系统、矿用小灵通通信系统和矿用 CDMA 通信系统等。矿用透地通信系统主要应用于应急救灾通信，矿用漏泄通信系统、矿用感应通信系统和矿用载波通信系统主要应用于局部通信，矿用小灵通通信系统和矿用 CDMA 通信系统应用于全矿井无线通信

2 煤矿通信技术

矿井程控数字调度通信系统和工作面局部扩音通信系统在今后相当长的一段时间内仍将是矿井有线通信的主流，但随着网络技术和信息化技术在矿井的大规模应用以及 IP 语音广播通信技术的不断完善，矿井 IP 调度通信系统将成为矿井有线通信的一个发展方向，与此同时矿井移动通信技术正在进行不断应用探索，就现有技术可以分为透地通信、感应通信、泄露通信、WiFi、PHS（小灵通）、CDMA等。

2.1矿用透地通信系统。

透地通信是以大地为电磁波传播媒质，电磁波穿透大地的无线通信方式。透地通信系统由地面发射装置和井下的便携接收装置组成，工作频率一般选择为特低频（300-3000Hz），是采用敷设井下环型天线实现井下超低频无线电波覆盖，该系统可以由地面调度中心寻呼或群呼井下的工作人员，实现单向通信功能，在我国应用较少。其存在信道容量小、单向通信、电磁干扰大等缺点。

2.2矿用漏泄通信系统。

泄露通信是利用特制的表面连续开孔或疏编的同轴电缆（又称漏泄电缆）沿巷道传输无线信号的通信方式。漏泄电缆在通信系统中具有传输线和天线两方面的特性，实际上是一种连续型天线，电磁波传输以电缆的内导线作为“去线”，以外导体作为“回线”。漏泄通信系统一般工作在VHF频段，与中频感应通信相比具有信道容量大，性能稳定的优点，是一种适合于地下有限空间的通信形式。现有产品大多是半双工对讲，只有 1 —4 个信道，主要应用于机车通信等局部通信，其发展方向是多功能化和其他技术如 CDMA 通信技术结合组成全矿井无线通信系统。

2.3矿用感应通信系统。

感应通信是通过架设专用感应线或是借助钢轨、水管、导线等金属感应体实现井下巷道内无线电波覆盖，为减小传输衰减，其选择的传输频率较低，而煤矿井下在低频段的电磁噪声较大，所以感应电话通话质量在有些矿井不理想，噪声较大。其优点是结构简单、易实现，所以主要应用于短距离救灾通信、矿井机车通信等局部通信。

2.4矿用载波通信系统。

是利用电机车架空供电线与钢轨形成回路，采用直接载波传输方式实现运输调度员与司机之间及司机与司机之间的通话。这一通信技术我国从 20 世纪60 年代开始应用至今，产品已由电子管到晶体管，集成电路更换了几代，但一直未得到普及，部分矿井使用效果不好，通话不理想。其原因主要是信道方面的问题一直没有得到解决，因为不同时间不同地点的线路负载变化太大，直接造成阻抗不匹配，导致通话质量差，无法使用。

2.5矿用小灵通（PHS）通信系统。

矿用小灵通技术来源于公众移动电信网络中的PHS系统，是通过对PHS系统按照防爆要求进行处理和改造后形成的，主要实现井下及地面的无线语音业务功能。是一种全矿井无线通信系统，可实现双工通话、来电显示、短消息发布、语音信箱、区域定位等功能。由于小灵通发射功率低，只有500mM，自然覆盖半径小，在一些巷道条件较好的矿井使用效果还行，但在巷道条件复杂的地方难以实现信号的完全覆盖，另外由于现有系统缺乏调度功能且系统中的主要设备基站和基站控制器为隔爆设备，不适宜在工作面巷道中使用，使用范围受限。其发展方向是增加调度功能和开发本安型基站等，目前已经逐步的退出市场。

2.6矿用 CDMA 通信系统

矿用CDMA通信系统主要由地面局端机（包括服务器、操作维护子系统、无线交换机、分站控制器、分站、功率分配器、功率合成器、近端光模块）、井下覆盖网（包括光分线盒、光合路/光分路、矿用无线信号变换器、无线耦合器、无线功分器、漏泄电缆、定向天线）及相应的终端设备（包括数据终端、视频终端、无线手机等）组成。矿用CDMA无线通信系统在某些方面克服了小灵通的一些缺点，具有信号稳定、通话清晰、移动性好、抗干扰能力强、支持无线高速分组数据业务的特点，是一种全矿井多功能无线调度通信系统，可实现双工通话、移动数据传输、移动图像传输、来电显示、短消息发布、语音信箱等功能，具有较好的发展前景。

2.7矿用WiFi通信系统

WiFi全称为Wireless Fidelity，是一种无线局域网数据传输的技术与规格，也就是IEEE所定义的无线通信标准IEEE802.11。移动终端设备通过AP（Access Point）接入局域网，AP一般称为网络桥接器或接入点，它是当作传统的有线局域网络与无线局域网络之间的桥梁。WiFi属于短距离无线技术，覆盖范围可达几百米，使用的是2.4GHz附近的频段。WiFi有着“无线版本以太网”的美称，世界上至少有80%以上的局域网络采用以太网技术，其几乎可以视为以太网标准在无线领域的延伸，所以也是今后矿井无线通信技术在网络技术平台下发展的方向。

3 煤矿通信技术发展面临的若干技术问题

3.1 高强度快速安装式矿用光缆开发

随着矿井网络通信技术的发展，光缆在我国煤矿井下已得到广泛应用，但主要局限于大巷，还不适合应用于工作面，主要是因为工作面条件恶劣，普通矿用光缆易断，断后熔接修复困难。而伴随着未来通信技术所传输的信息量的增大，以及现有通信技术长距离传输的需要，在煤矿井下一些地方也只能采用矿用光缆。为解决矿用光缆在恶劣环境的使用和修复问题，这需要开发高强度快速安装式矿用光缆，以推动矿井通信技术、无线高速网络传输技术在煤矿井下工作面的应用。

3.2 井下单模光纤接续技术

目前，井下光纤接续主要采用高压放电熔接技术，存在安全隐患，需要开发一种接续衰耗小于 0.1dB，不产生电火花的单模光纤机械接续方法及装置。

3.3 通信设备供电安全技术

通信设备一般要求具有不间断供电特性，在地面通常采用双回路供电和安装UPS电源来实现，但在煤矿井下由于牵涉到电器的防爆性能和电器安全，在一定程度上还难以实现上述供电要求，尤其是在矿井发生应急事故时，对通信联络设备的供电安全更是必要的，所以应该从两个方面着手：一是在不影响设备正常通信的情况下尽可能的降低设备的功耗；二是研发高性能、高稳定性的通信设备供电装置。

4 结束语

矿井通信技术是实现煤矿高效安全开采的重要保障技术之一，是煤矿生产指挥必须具备的手段，两者经过几代人的艰苦努力，开发出了一系列的产品，广泛应用于煤矿企业，但还不能完全满足煤矿企业高效安全生产的需要，要不断利用新技术、新手段完善提高煤矿通信系统，实现煤矿生产的少人开采、安全开采的目标。

作者简介：侯延舞（1982— ），男，河南南阳人，助理工程师，学士学位，2007年7月毕业于河南农业大学电子信息科学与技术专业，现从事煤矿安全监测监控及综合自动化工作。