淺談通信技術在煤礦的應用和發展

劉逸果

【摘要】 煤炭開采工作存在較大安全風險，隨著眾多新技術的煤礦的發展應用，有效的預防和保障了煤礦安全生產的正常進行，本文通過對在我國煤礦應用的通信技術的介紹，用途和優缺點的分析，簡要說明了各項通信技術為保障煤礦安全生產起到的作用，同時通過通信技術的發展趨勢分析，進一步說明了技術發展對促進煤礦開采工作安全進行的重要性。

【關鍵詞】 通信技術 煤礦安全 監測監控

一、通信技術在煤礦應用的目的

我國是世界上最大的煤炭生產國，據網絡數據查詢，我國原煤產量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，隨著其他能源的發展利用，雖然逐年有一定的下降，但是預計到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，煤炭生產的重要性。

煤炭開采多是地下開采，生產環境條件惡劣，存在很大的安全生產風險，歷年來，煤炭開采安全事故頻發，給國家帶來有巨大的損失，安全生產事故的發生，也給煤炭生產人員帶來有較大的傷亡。國家和煤炭生產企業一直在致力于提高煤炭生產技術的進步，從而為煤礦安全事故的下降起到了積極的促進作用。伴隨著煤炭開采技術的進步，各種通信技術在煤礦的不斷引進和推廣應用，推進了煤礦安全生產監測監控技術的發展進步，在促進了煤炭高效生產的同時，提高了對煤炭生產過程中災害監測的實時性和預警能力，對減少和消除災害發生提供了有力保障。促進了煤礦安全生產工作的開展，為保障煤炭生產人員的生命安全起到了有力的保障。

二、通信技術在煤礦應用

2.1礦井有線電話

為保證煤礦安全生產調度，煤礦井下安裝有有線調度電話系統，以保證礦井生產過程中的各種調度信息通信需要。電話系統的發展，從老式的人工方式轉接，發展過渡到現階段的程控交換，因為煤礦環境是具有爆炸危險，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，滿足各種通信聯絡和生產調度功能，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，一旦有災害發生，往往不能保證使用的及時性和便捷性。同時，電話系統不能滿足礦井監測監控數據通信等的需要。

2.2礦井移動通信

隨著技術的發展，煤炭生產企業引進發展了礦用移動通信技術。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70年代，井下無線漏泄通信技術開始進入了實用階段。漏泄通信，就是通過敷設在巷道中的漏泄電纜，利用漏泄電纜起到天線的傳輸作用，來實現無線移動通信。具有話音清晰，抗干擾強、通信距離遠等優點。

透地通信則利用的是大地作為電磁波傳播介質，來實現的無線通信。一般用于災后應急通信較多。但隨著監測監控數據傳輸等功能性需求的增加，上述兩種通信方式都逐漸被煤礦用戶棄用。

隨著近年來的技術進步，公共通信發展迅速，小靈通曾經在我國國內被大量使用。小靈通采用微蜂窩技術，通過微蜂窩基站實現無線覆蓋，將用戶手機以無線的方式接入本地電話網，使傳統意義上的固定電話不再固定在某個位置，可在無線網絡覆蓋范圍內自由移動使用，基站范圍內接聽和撥打電話可以隨時隨地實現。由于使用的便捷性，煤礦行業通過對小靈通通信系統進行煤礦防隔爆改進，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絡聯接成一個大的網絡，從而滿足煤礦調度通信、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通信的技術發展，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的設備供應的廠家迅速消亡，在此情況下，煤礦用小靈通后繼發展乏力，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字化設備和煤礦開采監測監控的更高要求的需要。

在移動通信技術飛速發展的今天，公共移動通信網絡發展迅速，3G通信技術從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通信發發展。煤礦井下也開始使用具有防爆功能的3G智能手機，3G技術不僅滿足煤礦井下移動通話的需要，在實現無線數字傳輸等功能方面具有較強能力。通過在煤礦地面井下等范圍內進行基站的設置，3G礦用通信可實現與礦井有線調度電話等電話網絡的互聯互通，同時也能滿足數字數據傳輸的功能需要，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移動設備也開始大量在煤礦行業應用。一些利用3G手機設備等終端進行數據采集的便攜儀器也開始出現，使得監測數據能通過移動手機等設備接入煤礦監控網絡變得更加便捷。后續伴隨著公共網絡4G通信技術的進一步發展，更高性能的移動通信技術也正逐步被引入煤炭開采礦井使用。

2.3礦井網絡互聯

在上世紀80、90年代，隨著我國國民經濟的高速發展，對煤炭能源的大量需求，帶來了煤炭行業快速發展，然而煤炭開采的潛在安全風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生，預測預報煤炭開采過程中的災害成為迫切需求，促進了對煤礦井下瓦斯、通風、電力和機械設備等的實時監測監控的迅速發展。同時發展了各種監測監控儀器設備的聯網功能。隨著計算機技術的迅猛發展，煤礦監控網絡的得以飛速發展。從加強安全監管的角度，國家規定煤礦井下必須安裝礦井安全監測監控網絡系統。從而開啟了我國煤礦監控系統的高速發展階段。

早期的井下監控監控，主要把種類不多的監測傳感器信號或斷電儀等控制設備信號傳送到地面監控中心，使用較多的是485總線、CAN總線等通信協議模式，隨著監控系統的擴展，快速響應預警預報的需求的增加，同時伴隨網絡技術的發展，正逐漸被當今應用最普遍的局域網技術以太網技術替代。

國務院頒布的 《關于進一步加強企業安全生產工作的通知》（ 國發 [2010]23號）和國家安全生產監督管理總局國家煤礦安全監察局頒布的 《關于建設完善煤礦井下安全避險“六大系統”的通知》要求全國煤礦安裝監測監控系統、井下人員定位系統、緊急避險系統、壓風自救系統、供水施救系統和通信聯絡系統等技術裝備。其中要求建設完善礦井監測監控系統，充分發揮其安全避險的預警作用。多年的發展使得煤礦安全監測監控已經發展比較完善，各種災害監測能實時監視并及時預警，各種設備能結合生產調度和災害的發生實現實時的開?？刂?，對生產人員的定位監控、災后搜救等能通過網絡的快速通信功能做到實時監控。通過多年的發展，我國煤礦的災害事故發生已經極大的下降，重大人員傷亡事故已經極少發生，促進了煤炭開采的安全生產。

三、通信技術在煤礦應用的發展

煤礦通信技術中，有線電話、3G通信和正迅猛發展的4G通信等通信技術，既保證了煤礦煤炭安全生產調度需要，技術的發展也可以在保證話務的同時兼顧數據通信，從而實現煤礦監測用移動設備的移動數據互聯。以太網絡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。監測監控網絡得以從標準以太網向快速以太網、千兆以太網等更高的技術的迅猛發展。煤礦電話網絡和監測監控網絡開始能夠有條件逐步靠攏，并可能最終走向統一的網絡。網絡發展過程中，數據的移動傳輸需求也促進了無線傳輸技術在煤礦的逐漸推廣應用。

WIFI是目前應用最廣泛的無線網絡傳輸技術，隨著煤礦通信技術的進步，逐步被引進煤炭行業并推廣使用。該技術是有線網絡的擴展和延伸，通過它可以實現移動語音、數據甚至視頻的傳輸。

RFID是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據。它的發展，使得各種監測設備甚至小到日常物品成為計算機網絡的一部分成為可能。該技術是人員定位、設備定位等的重要技術基礎，它的發展促進了物聯網技術的進步。

Bluetooth技術也開始在煤礦得以應用，使得煤礦無線通信得到進一步拓展，傳感器設備、便攜式設備等可以通過Bluetooth技術進行網絡無線聯接。設備的聯網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等的發展應用。上述WIFI、RFID、Bluetooth等各項技術都是短距離小范圍的無線通信技術，作為有線網絡的擴展，隨著各項技術的進步，使得傳感器網絡的無線組網變得更加容易、可靠、功耗更低、成本下降，從而使得監測監控網絡應用范圍得到極大的擴展。

技術的進步促進了近年物聯網技術的大力發展，使得建設一個隨時、隨地、任何物體、任何人都可以連接的網絡社會開始成為可能。物聯網技術通過智能感知、識別技術與普適計算等通信感知技術，使得網絡被廣泛的融合，因此被稱為繼計算機、互聯網后世界信息產業發展的第三次浪潮。煤炭行業各科研機構等也在開展與煤礦相關的物聯網研究開發和推廣應用。通過物聯網技術的應用，煤礦使用的各項監測監控設備、機電設備、各個種類的監測監控系統、人員信息等能夠有效進行網絡整合協調運作，技術的進步使得煤礦的煤炭開采更加自動化和信息化、更加具備安全預警、生產更加高效。

四、結束語

通信技術在煤礦數十年的發展應用，為我國煤礦生產提供了至關重要的安全保障作用，規避了安全事故的發生，確保了煤礦生產的安全進行，提升了煤炭企業的管理水平。各種信息技術的應用，使得煤礦安全生產的監測監控遠程化、網絡化。煤礦信息化建設因此可以從以前提出的“數字化礦山”建設目標向“智慧礦山”建設目標轉變進步，為最終實現全自動化無人煤炭開采提供技術支持。

參 考 文 獻

[1]呂志強，煤礦井下通信系統的現狀和趨勢，中國煤炭，2014年第05期；

[2]Andrew S.Tanenbaum等著，嚴偉等譯，計算機網絡，清華大學出版社；

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