矿井安全防护监控应急通信设计方案

矿井安全防护监控应急通信设计方案摘要：介绍一种以长波通信原理在矿井下实现监控和移动通信，利用钢绞线电缆具有良好的感应导体传送，将感应电台的400KHz载波信号感应到钢绞线上，用钢绞线做波导线传输信号，实现信号数据传输和语音对讲等功能。如果遇矿井塌方或钢绞线电缆断线，仍然保证通信信号畅通，里面对讲机能和地面上指挥人员联络对话，有利加速营救工作准确，设备能通话是最大的安全优势。关键词：安全防护监控应急通信感应电台钢绞线电缆1概述煤矿井下瓦斯爆炸、顶板冒落、透水等事故时有发生。如何在事前做好防护、事后将损失降到最低，如何实现更好地抢救工作，使地面及时了解井下事故现场，实施对井下抢险工作的指挥，矿井安全防护监控应急通信系统起着至关重要的作用。传统煤矿井下通信系统装备一直采用固定防爆电话方式，它覆盖面小，只能在定点之间通话，且不具备移动性，这使得紧急情况下调度指挥无法在第一时间完成，主要负责人不能在第一时间赶到现场了解和处理紧急事务。然而，矿井巷道为非自由空间，无线电波在井下巷道的传输受到根本性制约，多年来国内外诸多专家学者在这一领域进行了积极的探索和研究。本文采用长波通信原理在井下移动通信系统正得到推广应用。矿井安全防护监控应急通信系统主要解决矿井突发事件时的地面与井下的通信，保证井下人员能够及时的与地面取得联系。系统通过有线和无线通信方式实现井下和地面的语音数据传输，同时接入PSTN，既保证了煤矿系统内的通信，又能很好的实现与外界的通信，为抢险救助提供了资源保证。为井下特殊工作环境中存在的生产、安全等问题提供先进、经济适用通信设备。2系统设计方案系统主要包括生产调度通信、计算机安全监测、井下有线无线通信三大功能。生产调度通信功能在煤矿安全生产管理中起着重要的作用，井下各生产环节的信息主要通过调度中心来传递，同时保证井下的信息及时反馈给地面调度中心，对调度中心的统一指挥提供保障。计算机安全监测主要实现井下环境参数（瓦斯浓度、温度等）的实时监控。井下有线无线通信实现井下作业人员之间的通信，同时在发生紧急情况时，及时与地面调度中心取得联系。整个系统以调度总机为核心，调度总机既负责煤矿系统内的数据传输和语音通信，又能接入PSTN，与外部网络通信。系统设计方案如下图所示：井下地面调度总机调度分机1调度分机2光端机感应电台光端机感应电台瓦斯传感器温度传感器电话机便携台调度台电话机电话机瓦斯传感器温度传感器电话机便携台便携台便携台监控计算机主巷道支巷道NO.1支巷道NO.2PSTN备用机RS232电话电缆电话电缆光缆感应线耦合器录音设备3系统组成系统主要包括地面调度子系统和井下子系统两大部分。地面调度子系统主要有调度台、调度总机、调度分机、电源自动切换装置、录音设备、监控计算机、打印机和电源等。井下子系统主要有感应电台、煤矿本质安全型自动电话机（简称电话机）、温度传感器、瓦斯传感器和电源等。4各功能和实现方案系统能够实现调度功能、井下与地面/井下用户间通话、录音功能、井下环境参数采集记录和打印等。4.1调度功能调度设备主要由调度总机、调度台、调度分机等组成。主要功能：（1）直呼：调度台可以直接呼叫调度分机或井下电话机。呼叫信令采用双音多频信令，通过电话线传给调度总机，由调度总机实现程控交换。（2）强插、强拆：调度台可强行插入或拆除本系统内所有用户间的通话。（3）调度组呼/群呼：调度预先将常用用户编组，并赋予代码，需要时按组呼键、代码键将所要呼叫的用户一次性呼出，也可以按群呼键呼叫本系统内所有用户。（4）监听：对于本系统内任意用户间的通话，调度台摘机按监听键，再按通话用户中任一用户键即可监听通话，调度台挂机退出监听状态。（5）转接：调度台可按转接键将井下用户呼入转接到调度分机上。（6）通话状态显示：调度台可以显示当前通话的用户和用户状态。（7）催挂：用户话柄未挂时，调度可对其发催挂音，提示用户挂机。（8）电源自动切换功能：当交流断电时，自动切换到备用电源，同时调度台上显示“电源故障”。交流恢复正常后，备用电源自动切断，调度台液晶屏回到待机状态。4.1.1调度总机调度总机是系统的核心，主要实现调度功能和交换功能。调度总机采用双机备份方式，当主调度总机故障时，备用调度总机自动启用，并报警通知调度台，调度台显示“调度总机故障”，当主调度总机恢复正常后，备用调度总机退出并返回备份工作状态。调度总机采用交直流供电方式，正常工作时，交流220V/50Hz供电，当交流电源出现故障时，备用电源（直流48V）自动投入，调度台有相应显示，交流电源恢复正常时，备用电源自动切断，处于待用状态。（1）调度与井下电话机通话：调度总机摘机后，听到拨号音后拨呼叫用户的号码，液晶屏显示被叫用户号码，被叫用户听到振铃，调度台听到回铃，摘机建立通话，调度台听到的回铃截止，调度台液晶开始计时，显示通话时间，挂机通话完毕，液晶屏回到待机状态；若被叫忙，主叫听到忙音。（2）用户与调度通话：主叫用户摘机，听到拨号音后拨调度号码，调度台听到振铃、液晶屏上有来电号码显示，主叫用户听到回铃，调度摘机建立通信，主叫听到的回铃截止，调度台液晶开始计时，显示通话时间，挂机通话完毕，液晶屏回到待机状态。若被叫忙，主叫听到忙音。（3）用户之间通话：主叫用户摘机，听到拨号音后拨被叫用户号码，调度台显示被叫用户号码，被叫用户听到振铃，主叫用户听到回铃，被叫摘机，主叫听到的回铃截止，建立通信，调度台液晶开始计时，显示通话时间，挂机通话完毕，液晶屏回到待机状态。若被叫忙，主叫听到忙音。（4）调度紧呼用户：调度按下紧呼键，紧呼键上方指示灯亮，拨用户号码，液晶屏上显示“紧呼”+被呼用户号码，被呼用户听到区别于正常呼叫的振铃，被叫用户摘机建立通信，若被叫用户不摘机，10秒后打开被叫用户扬声器，调度可进行喊话。通话过程中，自动启动录音设备。（5）用户紧呼调度：用户紧呼时，调度台上显示“紧呼”+用户号码，并能听到区别于正常呼叫的振铃。通话过程中，自动启动录音设备。（6）通播：按下通播键，调度台上显示“通播”。4.1.2调度台调度台是管理人员进行具体操作的平台，调度员通过调度台完成调度相关操作，调度员通过调度台统一对用户进行管理，如：群呼、直呼、监听、插入、强拆、显示和录音等。调度台通过电话线与调度总机连接，完成生产调度指挥和调度总机工作状态的监控。调度台配有扬声器输出。4.2井下与地面通话、井下用户间通话井下与地面、井下用户间通话主要通过调度总机实现。主要有调度与井下用户通话、调度分机间通话和井下用户间通话。4.2.1感应电台感应电台主要完成主巷道与支巷道间的通信转接，通过感应电台将支巷道的话音和环境参数传到地面，由井下电源供电（AC127V）。井下主巷道铺设光纤，支巷道（延伸到工作面）铺设钢绞线电缆，钢绞线电缆采用多芯粗线，保证信号的强度，通话设备和传感器分别布线，井下的电缆统一用阻燃电缆。在每个支巷道口设一台400KHz感应电台，利用400KHz感应电台实现支巷道（延伸到工作面）与主巷道间的数据话音传输。4.2.2电话机电话机采用双音多频拨号方式，根据使用地点的不同，井下电话机分为两种。一种用于支巷道内的话音通信，另一种用于主巷道内的话音通信。支巷道的电话机在普通电话机的基础上增加400K发射接收模块，主巷道的电话机则为普通电话机。支巷道电话机呼叫调度时，电话机将话音和拨号音调制到400KHz频点上发给感应电台，感应电台将接收到的信号发送给调度总机，建立通信。调度呼叫支巷道电话时，先呼通感应电台，再通过感应电台呼通电话机，并将接收到话音调制到400KHz载波发给电话机，电话机接收到话音建立通信。支巷道间电话机互呼时，电话机将话音和拨号音调制到400KHz频点上发给感应电台，先通过调度总机呼通另一个支巷道的感应电台，然后通过感应电台呼通电话机，感应电台将接收到的话音调制到400KHz载波发给电话机，电话机接收到话音建立通信。主巷道电话机呼叫调度时，拨号呼通调度总机，收到回铃，调度摘机后建立通信。主巷道电话机间互呼，首先拨号呼通调度总机，通过调度总机呼通电话机，电话机回铃摘机建立通信。井下电话机有下列显示功能：摘机显示、发紧呼显示。4.3录音功能录音功能由录音设备完成。录音设备完成对调度台呼入、呼出电话的录音，支持调度员手动录音和紧急呼叫时调度台自动录音。4.4井下参数采集与记录井下参数采集与记录功能主要由监控计算机、瓦斯传感器、温度传感器和打印机实现。4.4.1瓦斯传感器瓦斯传感器采用高低浓度甲烷传感器，为矿用本安兼隔爆型，可用于连续检测煤矿井下空气中的甲烷含量。该传感器是一款智能型检测仪器，具有半自动调零、调精度和高补偿等功能，实现了红外遥控调校零点、精度、高端补偿、报警点等功能。瓦斯传感器通过RS-485接口将采集到的瓦斯浓度数据传送给感应电台，感应电台将接收到的数据发送给调度总机，调度总机通过RS-232接口把数据送给监控计算机。同时，瓦斯传感器面板上有瓦斯浓度显示，当浓度达到不同等级报警点时（高、低浓度），有相应不同的声音提示，提示井下现场人员及时采取行动。4.4.2温度传感器温度传感器为本质安全型，主要用于煤矿井下，测量环境温度，用于监视火灾的发生。该传感器采用数字化温度探头，性能好、可靠性高。温度传感器通过RS-485接口将采集到的温度数据传送给感应电台，感应电台将接收到的数据发送给调度总机，调度总计通过RS-232接口把数据送给监控计算机。4.4.3监控计算机监控计算机主要完成井下环境参数（瓦斯浓度、温度等）的采集和记录，对数据文件统一管理，必要时可以打印输出，为以后事故原因分析、总结抢险过程的经验和教训提供基础资料。5系统在矿井发挥的作用该系统大大提高矿井安全事故应急能力，缩短事故处理时间，该系统保证了工作人员能够与生产调度室及时取得联系；与现在要求的矿井高管人员井下盯岗相配套，确保主要领导在井下也能与地面保持密切联系；特别是如果遇矿井塌方或钢绞线电缆断线，仍然保证通信信号畅通，为救援提供有力的帮助；建立数传平台，实现功能拓展，为井下实现数字化提供了可靠的手段；该系统如能在煤矿生产中大量使用，将极大地改变煤矿井上下通信落后的面貌，对煤炭生产效率的提高，减少人员伤亡和财产损失将具有重要的意义。