井下通信系统

2024-08-11

井下通信系统（共10篇）

井下通信系统篇1

1 已成熟的井下无线通信系统

1.1 漏泄通信系统

漏泄通信系统, 是一种较为成熟的煤矿井下移动通信系统, 依靠在井下巷道设一条中间电缆屏蔽层的完整性被有规律地破坏的同轴电缆来实现。该电缆称漏泄电缆, 其与漏泄设备输出口相连接, 之后会在周围形成连续、均匀的电磁场, 起天线传输作用。漏泄通信系统是一种井下模拟无线通信产品, 因其采用模拟调制、频分复用的方式, 可能造成噪声累积、工作点漂移等模拟系统的缺点。

目前比较著名的是加拿大矿通公司开发的“飞士”系统, 可提供32个声音与数据控制信道和16个视频信道, 所有信号传输同时进行, 既可与光导纤维网络连接, 又可与普通电线的电话、数据系统连接。我国较著名的是武汉七环的漏泄通信系统。

漏泄通信系统具有拓展性好、敷设灵活、可根据需要增加长度、可调整信道的优点, 也具有信号覆盖不均、易出现盲区、容量较小的缺点。漏泄通信系统在90年代曾经是井下无线通信系统的主导产品, 但现在很多已被取代。

1.2 无线小灵通通信系统

小灵通, 又名“无线市话”, 利用微蜂窝技术, 以无线方式接入, 实现终端通信。井下无线小灵通通信系统的出现, 是井下通信系统的一场技术革命, 实现了特殊环境下的无线通信。

继漏泄通信系统, 小灵通通信系统的发展也已经成熟, 后者基本取代前者成为井下通信的主流, 目前国内大部分矿井都采用小灵通进行通信。小灵通系统在井下主要采用40 m W的基站, 可同时提供3路通话信道, 并能对少量的人员和车辆进行定位。每个小灵通基站有自己的星型有线网络连接, 通过多芯电缆或光缆实现。

小灵通的建设和使用都较为方便, 在实际建设中, 各大矿井大多使用小灵通通信系统作为自己的井下通信系统, 其优势不言而喻。但小灵通系统存在基站通话数偏少的缺点, 且基站不能直接接入高速以太环网。伴随工信部“小灵通退网通知”, 曾经风靡大街小巷的小灵通告别了商业市场, 曾经的中兴、华为等技术型厂家纷纷转战手机通信领域, 小灵通技术几乎走到了尽头。虽然煤矿井下的小灵通系统是可以继续使用的专网, 但其技术已经被市场淘汰, 售后难以保证, 彻底退出通信市场只是时间问题。选用更稳定、更先进的无线井下通信技术, 是未来发展的必然趋势。

1.3 CDMA多功能无线通信系统

CDMA是一种建立在扩频通信技术基础上的无线通信技术, 在煤矿井下的具体应用, 主要是将CDMA的技术控制要点融入煤矿井下的地形与深度。其通过形成原数据信号带宽被扩展的现象, 实现整个信息通道的运用。

煤矿CDMA系统包括地面局端机、井下覆盖网和相应终端设备, 地面局端机为安装有功率受限天线的30m铁塔, 井下覆盖主要通过漏泄电缆、定向天线和全向天线。CDMA系统采用CDMA2000 1X技术, 以软交换技术建立核心网, 通过服务器、子系统、基站等, 建立一种能增强有效对接的控制方式。

CDMA技术可以实现井下人员的语音通信和视频功能, 而且具备设备管理、数据监测、图像传输等功能。系统容量大, 覆盖面广, 适应性好, 与地面无线网不冲突, 特别适用于一矿多井、一局多矿的组网, 能够节省投资。

1.4 Wi-Fi无线通信系统

Wi-Fi是目前应用最广的无线网络通信技术, 其广阔的应用前景值得关注。2004年德国最早将Wi-Fi技术运用于煤矿井下, 2007年中国的Wi-Fi设备也通过了国家安全标准认证, 投入使用。

经过多年发展, 运用于煤矿井下的Wi-Fi语音通讯系统已有了较成熟的发展, 实现了井上井下的通讯一体化, 完善了调度功能。且Wi-Fi的矿用语音系统具有脱网通讯能力, 在出现事故时通讯不会中断, 方便营救被困人员。

Wi-Fi无线通信系统布设简单, 安装方便, 建设成本低, 设备能耗低, 传输效率高, 带宽大, 承载业务多样。是目前煤矿井下通信主要的发展方向。

2 新兴技术在煤矿井下通信系统中的应用

除了上述四种技术, 蓝牙、3G、透地通信等技术也在煤矿井下通信系统中有所应用。其中3G技术是新的热点, 目前已被运用到煤矿井下的3G通信技术主要有采用分布式基站覆盖矿井, 和采用基于微微蜂窝或飞蜂窝基站覆盖矿井两种结构。可实现与调度电话、行政电话的互通, 有可视化功能。

其优势在于核心技术可靠, 厂商众多, 产业链庞大, 潜力无限。但相比于Wi-Fi, 3G技术带宽稍小, 目前建设成本也偏高, 还有待发展。

煤矿井下无线监控与通信系统, 集合了数字通信、传输、传感、控制、网络等多种新技术, 充分考虑到煤矿井下复杂的地质条件和恶劣的工作环境, 体现了低成本、高性能、易操作、易维护的优势, 有效帮助了煤矿的安全生产和管理, 是未来技术发展的重要方向。

3 结语

作为安全生产的一种辅助, 探究煤矿井下通信系统具体选择何种通信技术, 主要考虑的应包括成本控制、距离等客观因素, 最重要的是以安全生产为中心, 利用无线通信技术在煤矿井下形成安全的生产环境, 保障井下工作人员的安全。适用于煤矿生产的通信产品很多, 企业管理者应综合考量, 选择传输能力强、覆盖面广、使用方便灵活的最适合本企业的产品。

摘要：目前已发展成熟的井下无线通信系统主要包括漏泄通信系统、无线小灵通通信系统、CDMA多功能无线通信系统、Wi-Fi无线通信系统四种技术, 从组成、技术、应用、优缺点的角度, 分别对其展开讨论, 并由商用通信发展趋势结合煤矿井下通信系统现状, 对井下通信未来趋势进行分析, 提出选择合适通信技术的依据。

关键词：煤矿,井下通信系统,通信技术

煤矿井下供电电网监控系统篇2

【关键词】电网；监控系统；通信；分站；采集器

0.前言

对煤矿来说，任何时刻地突然停电都会危及安全、生产和煤矿的经济效益，科学供电，合理用电就意味着降低生产成本，提高经济效益。特别是井下供电比较复杂，为保证安全供电，各种高压开关装置都装有漏电和短路保护，而一旦出现线路故障，首先引起高压开关掉电，影响生产，况且由于保护设备质量的不完善性，还易发生误掉电。无论如何，掉电后必须由人工送电。由于井下变电所的特殊性，很少有人值守，加之距离较远，当值班人员发现掉电到去送上电，往往需要很长时间。另一方面，为便于供电管理人员的科学管理，实时了解某路负载的电流、电压、功率等参数也是非常重要的。而本文介绍的井下變电所高压供电监控系统就能在实时监测显示各路负载用电参数的同时，实现地面计算机遥控井下变电所高压真空开关分、合闸，即实现地面计算机遥控断、送电，基本上可以解决上述问题，并通过兖矿集团公司科技处的验收。

1.系统结构及工作原理

本系统的监控对象就是变电所里的高压真空开关，是相对集中的地方，但变电所之间距离往往相距甚远，所以系统具有集散型的特点，在设计系统时就采用集散型计算机监控系统。系统中心计算机放在地面值班室。井下变电所设一台分站，分站再与被监控高压开关装置内的智能采集器连接，采集器完成对电流、电压、功率等传感器信号的采集和输出控制信号。

系统工作原理：

在系统第一次运行时，系统计算机需根据系统所接分站和每台分站所接各智能采集器进行“系统定义”，即定义计算机共接了几台分站，每台分站的地址号是什么？每台分站连接了多少个智能采集器？且智能采集器的地址编号是什么？计算机的定义必须与实际相连接的设备相符，否则，计算机测不到数据。

定义完了分站和智能采集器以后，再执行“初始化”，在执行初始化成功后，即可进入“实时监控”，计算机运行后台实时通信程序，依次将各分站及各分站所接智能采集器采集到配电开关装置内的电流、电压、功率、开合状态等采集回来显示在系统主画面上，并随时根据需要，对某一配电开关进行人工分、合闸操作。

2.硬件设计

2.1通信接口设计

系统选用了当前技术比较先进，性能比较好，适于工业现场使用的现场总线CAN BUS。CAN现场总线技术是德国BOSCH公司于80年代初为解决现代工业中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发，目前已逐步应用到其它领域的一种符合国际标准的串行数据通信协议。CAN的主要技术特点有：对等网络结构，采用非破坏性总线仲裁技术，每一帧信息都有CRC校验及其它检错措施，通信误码率低，通信距离达10千米（5KB/S），通信速率最高可达1MB/S，节点数目实际可达110个，通信介质采用双绞线，也可用光纤。

2.2分站的设计

分站的作用是提高系统采集数据的速度和缩短系统巡测周期，从而提高系统的整体性能，在整个系统结构中起着承上启下的作用。它还能脱离主机独立工作。

本分站采用双单片机(1)。单片机Ⅰ专用来控制智能采集器（设计容量为16，可以扩展）。单片机Ⅱ专用于同地面计算机通信。两单片机独立工作，双方通过一只双口RAM数据存储器进行数据传递和交换。双口RAM的作用是能允许两只单片机同时对其读写操作，但不允许两单片机同时对同一存储单元进行写操作，这可通过两只单片机连接两根握手线来控制。

单片机Ⅰ与智能采集器的通信方式为485，单片机Ⅱ与地面计算机（经过RS232通信接口）的通信方式为CAN总线。

掉电不丢失EEPROM是用来保存地面计算机对分站的初始化常数，主要是分站所接各智能采集器的个数和地址。

分站工作原理：

单片机Ⅱ上电后先从EEPROM中读取已定义的常数，然后写到双口RAM的特定地方，写完后就等待地面计算机发来的控制指令，按照不同的控制指令对双口RAM进行读写操作。如果单片机读到的常数，经判断后不是计算机定义的一组有规律的数（如分站为第一次上电或更换新的EEPROM），则单片机进入等待状态，等计算机进行初始化操作。当单片机收到计算机定义的常数时，先将其保存到EEPROM中，等待以后上电或复位后使用，然后再写到双口RAM的特定地方。

2.3智能采集器的设计

智能采集器的作用是在高压配电开关内部采集系统需要的电流、电压、有功功率、真空开关的开合状态等电参数。同时执行地面计算机发来的“复位”，“合闸”，“分闸”控制等操作。

电流、电压、有功功率传感器均选用了0~5V的模拟输出方式，电流传感器的输入范围交流0~5A，电压传感器的输入范围交流0~100V ，有功功率传感器选用了三相三线制输入方式，即A、C相电流和A、B、C相电压。A/D转换器我们选用新型具有11路0~5V输入，串行数据输出，分辨率为12位的模数转换器TLC2543。该芯片具有精度高，转换快，操作简单等特点。RS485通信电路是采集器单片机与分站通信接口部分(2)，单片机和采集器是相对独立工作的，无论通信电路通不通，或是能否受分站单片机的控制，它都循环不断地采集传感器的输入信号和读真空开关的开、合状态，并放在内部的数据缓冲区，也可由专用显示器显示。

3.系统关键技术

3.1通信

通信是计算机间的相互交换数据。没有数据通信，就构不成计算机应用系统，所以通信在计算机应用系统中是非常重要的部分，尤其在远距离通信系统中，是首先要考虑的部分。通常为了系统工作可靠，往往投入巨资敷设光缆。

3.2智能采集器的设计

设计的智能采集器除了满足系统监测监控的需要外，还必须具有体积小，耗电少，功能强，工作可靠等特点。不仅实现在线监测，还能在线控制，具有远方遥控的功能。它的连线也很关键，必须保证与原有高压真空开关内的综保电路和控制执行机构保持各自独立工作，这是系统设计时的重点考虑内容。控制输入输出接口也都采用了无源接点，在电气上实现了隔离。

3.3系统的分、合闸功能

为实现系统的远距离分、合闸，从计算机操作、通信到采集器执行控制动作进行了综合考虑和设计，采取了密码操作、专线传输、实时监测、定时中断、安全退出等技术措施。

3.4分站的双向通信

分站的主要功能是实现双向通信。目前市场上出现的绝大部分单片机只具有一个串行口，如采用一个串行口实现双向通信，无法满足系统实时监控的需要，如果扩展串行口，会分散或占用单片机过多的工作时间，影响分站或单片机的工作性能，为彻底解决分站双向通信的问题，设计了双单片机结构，并选用一片双口RAM（随机存储器）进行数据暂存和缓冲，两只单片机各自独立工作，互不影响。同时分站将以最快的通信速度把变电所内所有采集器的数据同时传给地面计算机，从实际使用效果来看是非常理想的。

【参考文献】

［１］李华．MCS-51 系列单片机实用接口技术，北京，航空航天大学出版社，1993，8．

［２］王树勋等．MCS-51单片微型计算机原理与开发，北京，机械工业出版社，1990，9．

井下通信系统篇3

Profibus现场总线是一种全数字化、串行、双向传输、多分支结构的通信网络,用于工厂/车间仪表和设备的局域网。由于它采用全数字技术,在单根线缆上可以连接多个仪表和设备,所以传递的信息量大,全数字化使之具有更强的抗干扰性能,更低的安装、运输和维护成本,因此其在矿井监控系统中应用,将大大减少布线工作量,避免信号干扰,使系统更可靠,操作更简便,监控更直观。

井下通信系统是矿井的“神经中枢”。传统的井下通信系统是以继电器逻辑电路为基础的继电控制,它的线路复杂,维修困难,可靠性差。随着计算机技术的发展,一种以微处理器为基础的全新的控制系统正在逐步取代传统的控制系统。可编程控制器(PLC)系统在这种新系统中运用得比较广泛。PLC以其可靠性高,控制易于实现,系统设计灵活多样, 能在实验室内进行现场模拟调试,编程简单,易于安装,性能价格比高,有良好的抗干扰能力等优点脱颖而出。

1 井下通信系统的网络结构

井下系统采用三层网络结构,底层为PLC构成现场控制层,这层中PLC一方面与现场的各种信号相连,完成对现场信号的采集与对外部设备的驱动。另一方面还要通过现场总线与上位机相连,完成各种命令的输入。中间层为上位模拟现场控制用的工控机,在这层中可以有多个上位机,它们一方面通过下层网络与PLC相连,完成各种控制功能,和对站场的模拟;另一方面它们通过上层网络与远程客户机相连,从而允许远程客户进行模拟站场的浏览。最上层网络就是远程浏览用客户机,它们通过局域网与中间层的工控机相连。网络结构如图1所示。

在Profibus-DP网络中,现场要求中间层的两台工控机,一台要放在井下调度室进行操作,另一台放在井上井长调度室进行操作,同时为了采集信号方便,PLC也放在井下调度室。因此采用光纤作为通信介质。光电转换设备采用OLMG12,它能够很好地支持PROFIBUS-DP网络的通信。中间层工控机在与底层网络Profibus-DP进行通信时,需要加装一块DP通信卡,本系统采用的是CP 5613通信接口卡。为了与上层网络连接,工控机还需要加装一块以太网通信网卡,这个网卡为普通标准以太网网卡即可。

Profibus-DP网为工业专用通信网络,主要完成工控机之间以及工控机与PLC设备之间的通信,由于工控机与PLC之间相距较远,并且为了防止电磁干扰(其为磁铁矿),因此采用多模光纤进行连接,从而保证了数据传输的快速与安全性,同时有效地防止了其他的电磁干扰。在Profibus-DP网络中,工控机与PLC分别设为主站,工控机通过Profibus-DP能够与PLC的所有过程数据连接,完成各种控制与显示。网络的连接速率设为1.5M波特率。

2 井下通信系统设计

为了满足现场要求,系统采用3层网络结构,最下层为室外各种设备,包括传感器电路、信号机等设备,这些设备都是通过继电器把现场状态信号输入PLC中,同时通过各种继电器来驱动外部负载,从而与PLC的数字输入和输出模块隔离开。中间层为PLC设备,它除带有电源、CPU模块以外还带有若干数字量输入模块和数字量输出模块以及扩展模块和通信模块。最上层为工控机,系统结构如图2所示。

1.基本配置设计

本系统上位机选用工控机,运行WINDOWS-2000操作系统,外接打印机,打印报表。工控机由一台不间断电源UPS供电,保证报表数据的完整记录。同时为完成配置PROFIBUS-DP网的需要,每台工控机各配有一个CP5613通信卡。

本项目选择了模块化中小型PLC系统S7-300,它能满足中等性能要求的应用,应用领域相当广泛。其模块化、无排风扇结构、易于实现分布和易于用户掌握等特点使得S7-300成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的方案。S7-300系列所具有的多种性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的I/O扩展模块,使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块。当任务规模扩大并且愈加复杂时,可随时使用附加的模块对PLC进行扩展。SIMATIC S7-300所具备的高电磁兼容性和强抗振动,抗冲击性,更使其具有最高的工业环境适应性。此外,S7-300系列PLC还具有模块点数密度高,结构紧凑,性价比高,性能优越,装卸方便等优点。

根据I/O点数及其特性,配置了如下的模块:

数字量输入模块SM321(DI32*24VDC):可提供总数为256路的开关量输入通道;

数字量输出模块SM322 (DO8*24VDC/0.5A):可提供总数为96路的开关量输出通道;

2.通信处理器模块CP342-5

CP342-5通信处理器是用于Profibus-DP总线系统的SIMATIC S7-300的通信处理器。它内部带有微处理器,用来分担CPU的通信任务,并支持其他的通信连接。它可以通过Profibus-DP与Profibus站点通信;与编程器、人机界面装置进行通信;与其他SIMATIC S7系统进行通信。CP342-5通信处理器具有SIMATIC S7-300系统结构紧凑的优点,其9针D型连接器用于连接Profibus,4针端子排用于连接外部24V直流电源电压。

3 结论

井下通信是非常重要的一项工作,它与矿山安全生产密切相关。一般情况下它不仅能极大地减少txd为发送数据线。

3.3 接收模块设计

根据UART的协议描述,接收模块的作用与发送模块正好相反,接收模块编程与发送模块类似,将接收分为6个状态:空闲、发送起始位、等待、移位发送数据、校验、停止,按照不同的状态分别完成接收起始位、8位数据位、产生校验位、停止位。但接收模块接收时钟与发送部分时钟是异步的,因此接收逻辑首先通过检测输入数据的下降沿来检查起始位,然后产生接收同步时钟,利用接收时钟每隔16个周期采样串行输入数据的中间部分,提高接收数据的准确程度消除干扰,在缓冲其中作移位操作,同时产生校验位,在第9位处比较校验位是否正确,在第10位处比较停止位是否为高电平,在校验位错误或停止位错误的情况下产生错误指示信号,若接收完毕需要输出一个指示信号。

UART接收模块时序仿真结果如图10所示。clk16波特率的16倍;rst为复位信号,低电平有效;rdfull为串并转换完毕信号;rxd为串行输入数据线;qout为串并转换接收寄存器。

3.4 接口控制模块设计

接口控制模块控制发送、接收、波特率发生模块并与外部并行总线相连接,从外部接收控制信号来控制串并数据之间的转换,同时设置并串转换完成标志和串并接收完成标志。利用QuartusⅡ软件自带的工具将各个功能模块生成工程原理图,在原理图中完成各个模块的接口连线与管脚锁定任务。

4 结束语

基于CPLD的远程I/O模块可灵活组合,并通过标准的RS-485总线与主控设备通信,完成数据采集和控制功能。主控设备与远程I/O模块之间采用被广泛应用并透明公开的Modbus协议实现数据通信,远程I/O模块接收到控制器命令后可以独立完成数字量和模拟量的输入输出功能。因此,大大提高了控制系统的可靠性、灵活性和开放性,还可有效地减小主控设备的负荷。基于CPLD的Modbus远程I/O模块内部Modbus协议采用硬件电路实现,执行效率更高。该模块具有体积小、操作简单、使用方便、价格低廉、可靠性高等优点。

参考文献

[1]阳宪惠．现场总线技术及其应用[M]．北京：清华大学出版社，1999．

[2]黄尔烈，霍振宇．PLC与上位机的参数传递[J]．河北建筑科技学院学报,2005，(12)：78-90．

[3]能昌信，等．矿井提升信号通讯系统的抗干扰设计[J]．河北建筑科技学院学报,2002,(3)：56-58．

[4]甘金颍，王德志，王德毓．PLC在矿山铁路信号中应用[J]．辽宁工程技术大学学报,2004，(02)：71-72．

浅谈井下机电运输及其监控系统篇4

关键词：机电运输特点监控系统问题

引言

煤矿机电运输是矿井生产的重要组成部分之一，它贯穿于矿井生产的各个环节，涉及范围大，特殊工种多且技术性强。近年来，随着机械化水平的不断提高，煤矿运输设备不断投入，煤矿机电事故频率逐年上升，因此，机电运输设备状况好坏直接关系到煤矿安全生产。运输设备状态是否良好将直接关系到煤矿生产是否安全合理，因此，搞好机电运输管理，减少机电运输事故，并提出相应的解决措施，是一项既重要又迫切的工作。

1　机电运输事故的特点

1.1多为零星单个事故。这类事故多为零星事故且具有多发性，涉及的方面也很多，导致管理起来难度很大。因此，机电运输事故经常是被认为难以避免的，但又未受到足够的重视。

1.2同类事故经常重复发生。同样的事故经常在同一煤矿发生，这说明机电运输事故虽然零散但是也有其规律性，是完全可以避免的，同样也反映了我国过去对机电运输事故的重视性不够，根本未做好防范措施。

1.3机电运输事故中设备故障事故多，工伤事故多，维修事故多，设备非正常运行情况下事故多。我们在对煤矿进行安全检查中发现，机电运输事故在很多煤矿中的工伤事故中占有很高比例，并且机电设备故障事故频繁。说明设备运行和维修的过程中缺乏有效的检测监控措施，没有制订合理的安全技术措施。

1.4煤矿机电运输事故占煤矿事故的比例越来越高。根据国外煤矿安全统计资料显示，世界上发达国家机电运输事故死亡人数也是占煤矿总死亡人数的主要部分。因此，分析煤矿机电运输事故将是一个迫切的课题，对全国煤矿安全生产发展将有重要意义。

2　机电运输事故多发的主要原因

2.1矿上安全制度不够健全，安全隐患仍然不少。尽管借鉴了国外的先进管理模式和经验，吸取了国内多年以来发生事故的经验教训，但是还是不能严格执行相关的法律法规以及各种各项规章制度，这是造成矿井机电运输事故多的主要原因之一。

2.2机电运输在煤矿运用面宽广、需要考虑的重点比较多。随开采时间的增加，煤层埋藏深度的增加，开挖巷道的延长，所需要使用的采矿机电运输设备也越来越多，在其中各方面的管理也越来越难，这有可能引发煤矿机电运输事故。

2.3不同工种的作业人员文化素质不尽相同，某些高技术含量的工人数量少，有人技术还不够精炼，尤其对于采掘前线的绞车司机、采掘机司机、农协工、小矿工等人比较多，学历较低，工作技能低，思想落后，生产积极性低，这些都或多或少的会影响机电运输的安全。

2.4矿上对作业人员的安全教育等工作做得不够，没有足够的可靠度。具体体现在：单位对安全方面因素未考虑周全、又没投入足够资金、机电运输没有做到标准化、特种作业人员没有进行足够的安全教育和培训。

2.5生产设施老化、简陋缺乏，技术性能下降，再加上一些旧的生产设施不能适应生产发展的需要，从而造成安全生产方面的事故。

2.6井下运输系统中缺少对机电设备的监测与监控。我国大多数矿井的井下运输基本无监控运行，由于机车司机在机车运行后对整个系统中其它机车的位置和状况无法了解，这也是导致煤矿机电运输事故多发的原因。

3安装机车运输监控系统的必要性

由上可知，煤矿机电运输事故多的客观原因之一就是井下运输系统缺乏合理的检测监控措施。若要提高井下轨道机车运输的效率，同时保障运输安全，改善工作环境和增加经济效益和提升矿井运输安全装备水平，那么就必须致力于研究、设计和安装合理的轨道运输监控系统，以减少井下运输事故。所谓煤矿轨道机车运输监控系统，就是实现煤矿井下机车的运行状态和属性等信息的实时采集、机车调度、信号灯、机车运行区间报警和道岔状态的实时监测和控制等功能。具体实施步骤就是在井下运输系统上设置完备的信号设备，且信号设备间电气集中和互相闭塞联锁，组成了一个“信号”“、集中”“、闭塞”的控制系统，因此又被称作“信、集、闭”系统。机车运输监控系统一旦被安装好后，它能有效地防止机车追尾、侧撞和碰头等事故，保障了机车的行车安全，从而能有效地提高机车的运输效率和降低撞人事故的发生率。通过操纵台，调度员可清楚地掌握机车所在位置，并且清楚地了解到现场转辙机和信号机的工作状态，能够通过操纵台集中控制道岔和信号机的开放，用机车信号指挥行车，这样，司机看信号可放心开车，在很大程度上提高了机车的运行速度，那么将缩短井底车场的调车时间和运输大巷的机车往返周期，并且安装机电运输监控系统后可以减少事故的遇害人数并且能够减轻工人的劳动时间和劳动强度。总之安装机车运输监控系统可以减少机电运输事故，并且为矿井带来显著的社会效益和经济效益，是煤矿实现现代化的必然趋势。

4　机车运输监控系统的组成及存在问题

4.1监控系统的组成。机车运输监控系统的主要是为了监测机

车位置、机车运行方向及运行速度、信号机和电动转辙机状态等，通

过对信号机和电动转辙机的开關控制，进行地面远程控制和调度。即

摸清机车各种运行位置和参数，只要机车按规定行驶，就可以避免机

车冲突和碰撞等行车事故。地面远程调度包括人工调度、自动调度和

就地调度。人工调度是由调度员在调度室内手动调度控制机车运行。

对于自动调度，只需要根据经验与习惯，输入出发点和目的地，将可

能的线路提前输入系统，在自动运行时可以直接调出。由于井下运输

线路的单一性，虽然此法甚是笨拙，但已经很满足实际要求。就地调

度比较特殊，在紧急情况下井下机车司机从调度室得到授权来控制转辙机。

目前国内矿井机车运输监控系统：

①集中式控制机车运输监控系统：它的优势是主机、控制电路部分都集中在调度室内，没什么复杂的室外设备。但是也有很大缺点，即当主机或线路出现问题时，系统将不能正常工作甚至会完全瘫痪不能运行。另外当有必要延长井巷和轨道时，不方便对此系统进行完善，因此其控制半径受很大的限制。

②集散式控制机车运输监控系统：既能够分散操作又能够集中控制，通过数字通讯技术连接多台计算机，分工配合一起完成整体的控制任务。调度室要汇总控制与传播信息，设在远地现场的分站要采集现场信息和执行控制命令。由于只需在集中控制系统中连接调度室和各分站现场的信号线，大大的缩短电缆的长度，这样不但避免了信号能量的损耗还减少了投资。

4.2存在的问题

4.2.1系统对机车作业量的统计不够精确，甚至有违于生产实际。计轴传感器和收发讯机检测信息准确性会导致信号机开放不及时。调度员需要手工绘制机车运行图表，而不能自动通过连接计算机进行绘制。

4.2.2监控系统经常会出现“假车”和“丢车”现象。“假车”是指实际情况中某号车并未运行或停靠在该区段，但机车运输监控系统中却显示该车停在该区段内。与“假车”现象相对应，还经常出现“丢车”现象，即正常运行过程中的机车突然在机车监控系统中消失，没有在系统中显示。

4.2.3机车速度检测不准确。由于分站控制区域设有多对轨道传感器，机车实际运行情况复杂，很难控制对多路速度的检测，这需要进行进一步的完善和研究。

4.2.4必须提高系统的抗干扰能力。一些站点的故障往往会影响其他站点的正常运行，根本不符合信集闭设计规范要求。

5　结论

为了减少机电运输事故，根据机电事故的特点和发生原因，可见

对井下机车运输安装监控系统是非常必要的，它对机车的运行能起

到很好的监控作用，如同给了运输调度员一双千里眼，使之调度指挥

心中有数，保证了机车的安全高效运输，从而保证了矿井的运输生产

井下通信系统篇5

关键词：WIFI技术,无线通信,煤矿开采

众所周知, 随着我国近些年来通信技术极其迅速的发展, 各大小网络用户的需求与过去相比较而言具有非常显著的提高, 尤其是具有独特优势的Wi Fi已经涉足到了生活以及生产的各个角落。大量的事实证明, 通过这种方式不仅仅更加快捷高效, 而且可以节省很大一部分开支, 因此一定会成为今后发展的必然趋势。相比较而言, 移动通信 (简称3G) 系统, 虽然说它具有很高的移动性, 并且覆盖范围广, 但数据传输速率却很难满足人们当前的需要, 利用Wi Fi数据传输就能够很好的弥补这个方面的不足, 采用这种方式不但可进行多接入切换功能, 与此同时还可利用蜂窝移动通信网络比较完善的计费与鉴权机制, 进一步扩大其业务量。

一、如何建立在Wi Fi技术基础上的煤矿井下应急救援系统

大家都知道的是, 一旦发生的煤矿井下事故, 煤矿井下电力供应会自动的完全切断, 这样一来会直接导致现场混乱, 同时会造成大量的人力物力财力的损失, 因此建立的救援系统应当从结构上由井下无线链路、地面指挥调度中心与灾变现场救护队三大部分所共同组成。其中井下无线链路的部分在通常情况会由多个部分组成, 他们分别为无线传输链路部分、井下救援基地等。

二、如何建立无线通信信道

具体地说, 就是救援人员会根据实际需要将控制命令通过wi Fi链路的中心节点FFDl (连接在计算机上的) 发送至小车上的RFD采集终端位置。等到终端设备收到救援基地发出的命令后, 会在第一时间将命令传送给节点的布放装置 (装载着多个链路) , 接下来会按照所指定的方向向前推进。值得注意的是, 在推进过程中采集终端会持续不断地发送所需要的参数信息, 与此同时救护人员会根据

信号强度的大小不同来建立链路。当信号强度达到或者接近我们事先指定的门限值的情况下, 运输小车会接收到相关命令而停止前进, 此时救援人员通过井下救援基地的电脑发送与之对应的相关命令再投放节点。这一系列的动作全部结束后, 命令小车会继续前进。除此之外, 在建立链路过程中, 同时也会送回救援前端的各种不同类型环境参数, 救援人员要准确而且快速的分析并且处理这些环境参数后来合理安排救援工作。

三、合理设计井下WIFI无线通信系统

一般地说, 设计井下WIFI无线通信系统的硬件主要包括链路路由设备与采集终端设备两部分。其中采集终端设备应该实现以下几大主要功能: (1) 通过各种传感器来对各种所需的环境参数进行采集; (2) 接收井下救援基地的相关控制命令; (3) 发送这些接收到的环境参数到井下救援基地。具体如如图1所示。

从图中我们可以看出, 链路的路由器设备的主要责任是传输接力信号, 也就是我们所说的WIFI模块。对于路由器而言, 我们当前所面临的最普遍性的操作通常就是配置模块的参数, 因此我们最为常用的方式就是使用PC机上的串口通过AT命令 (或专用配置软件) 配置参数。具体如图3所示。

四、结束语

综上所述, 随着WIFI在各大领域的广泛应用, 煤矿灾害事故的应急救援也紧跟时代发展的潮流而充分的应用了这项最新技术, 并且取得了不俗的效果。从以往大量的实践结果表明, 如果建立救援通道迅速而且及时的话, 往往可以最大限度的减少煤矿灾害所带来的巨大损失 (包括人力物力财力) , 与此同时我们应当在具体应用中根据环境的不同来不断调整系统参数来更好的满足应用要求, 从而为更好的减少矿井事故而做出应有的贡献。

参考文献

[1]侯镇.基于WIFI技术的井下无线调度通信系统的实现方案[D].东南大学:电子与通信工程, 2012.

[2]李培轩.基于WIFI的煤矿井下应急救援无线通信系统的研究[J].中国安全生产科学技术, 2011, (04) .

[3]将文峰.基于WIFI技术下的煤矿井下应急救援无线通信系统设计分析[J].电子世界.2014, (08) .

新型井下灾后人员通信及定位系统篇6

近几年国内外煤炭企业频繁发生重特大安全生产事故, 给国家和人民带来巨大的生命财产损失。地下开采是工作环境非常极端的职业之一, 而且当严重灾害事故发生时, 地下矿井的紧急响应比起其他类型的工作环境要困难得多。

现有的应用于地面和煤矿井下之间的通信主要采用有线通信系统网络进行传输, 其抗突发事故破坏力弱, 当灾害事故发生时, 线路容易遭到破坏, 致使井上与井下通信的中断, 通信系统瘫痪.

而在救援工作中, 无论是预警、指挥及救援, 都需要有一条安全畅通的通讯链路作保证, 地面与井下的通信链路畅通与否将直接影响救灾抢险的效率, 因此建立一套具有抗破坏力的透地通信系统来保障煤矿的矿井通信就显得至关重要。

二、设计思路及原理

本作品设计作为使用矿井人员定位和通信系统, 发生矿难后, 可利用弹性波、超低频电磁波等无线传输方式确定被困人员位置, 并与救援人员相互通信, 帮助救援人员更快掌握被困人员所在地形条件和身体状况, 以实现井下救援目的。

第一部分:有线传输

沿主井、运输大巷、斜巷及煤巷中设立若干基站, 日常工作时, 与现有的人员安全定位系统结合, 进行实时的人员定位、人员的自动考勤制度和身份唯一性核实, 同时与每个矿工携带的无线通信装备相结合, 必要时可以进行与每个矿工的语音交流。

第二部分:无线传输 (矿难发生后)

由于矿难发生后矿内情况复杂, 有线传输很可能因供电系统受损、线缆中断等情况无法正常工作。此时, 基站内备用电源启动, 在线缆受损的位置采用超低频电磁波 (300Hz~3k Hz) 相互传输信息, 线缆正常处继续使用有线传输方式以减小能量损失, 保证工作效率。为防止某一基站损坏导致的系统瘫痪, 基站间采用两路并行方式。

被困矿工发射低频弹性波信号, 相邻两基站接收弹性波后计算角度, 通过两角度和基站间距离计算被困人员所在位置距基站水平距离。

当发生矿难事故时, 被困工人与距离其最近的基站间使用弹性波 (声波) 进行无线传输, 传输主要信息为:

1.被动式发送:被困人员生命体征、被困位置信息。

2.主动式发送:被困人员所处环境 (传输方式:代码通信) 。

第三部分:可靠性保证

在矿难事故中瓦斯爆炸、透水事故、塌陷事故等会对煤巷内部结构产生很大破坏, 因此要想保证各类事故发生后基站正常使用, 基站外部必须有良好的防爆、防水、隔热和抗压性能。

通过对飞机黑匣子外壳的研究, 选择使用“钢筋混凝土——石棉隔热层——钢板”三层防护装置解决材料问题。

利用壳式结构均匀分布压力的原理和三角形的稳定性设计一新型椭圆型支架, 保证受爆炸冲击波压强使得外壳形变较小。

根据solidworks软件模拟压强测试, 给与2Mpa压强此结构形变量为13%, 而选择相同材料, 厚度增加一倍的平面结构的形变量为35%, 厚度增加一倍的椭圆形结构的形变量为19%, 因此所设计的抗压结构效果明显。

选择材料:混凝土强度等级为C40, 钢筋为HRB335级, 泡沫塑料为聚苯乙烯泡沫塑料[3]。

摘要：我国资源赋予的特点, 决定了解决中国能源问题必须以煤为主。而在煤矿开采过程中国内外煤炭企业频繁发生重特大安全生产事故, 无论是预警、指挥及救援, 都需要有一条安全畅通的通讯链路作保证, 因此建立一套具有抗破坏力的透地通信系统来保障煤矿的矿井通信就显得至关重要。本文提供了一种新型井下灾后人员通信及定位系统, 通过两路并行的有线和无线传输方式确保矿难发生后的信息传输并计算被困人员所在位置, 同时设计了壳式防护装置防止发生爆炸后对设备的损坏。本设备既能满足井下日常通信的要求, 又能在矿难发生后保证被困人员与救援人员的信息传输, 应用前景广阔。

关键词：井下救援,信息传输,定位

参考文献

[1]摘自《穿岩应急无线通信系统研究》.郭文彬著

[2]摘自《煤尘一瓦斯混合物爆炸压力研究》.侯万兵著

井下通信系统篇7

1.1研究背景

赵庄矿井由山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司建设。井田位于沁水煤田东南部,地跨晋城和长治两市,行政区划上属长治市长子县、晋城高平市所辖。井田南北长约16.65km,东西宽约14.8km,面积约144km。矿井设计储量为9亿t,设计可采储量为5.5亿t。赵庄矿如今使用重庆煤科院生产的煤矿综合监控KJ90NB系统。

1.2国内外研究现状

矿山企业在国民经济建设中起着重要作用,是电能的重要用户。矿山供电系统接线按网络接线布置方式可分为放射式、干线式、环式及两端供电式等。在有备用接线系统中,其中一回路发生故障时,其余回路能保证全部供电的称为完全备用系统;如果只能保证重要用户供电,则称为不完全备用系统。备用系统的投入方式可分为手动投入、自动投入和经常投入等几种。

1.3目前存在的问题

赵庄煤业现阶段采用交流127V双回路供电电源,即平时用一个回路供电,另一路作为后备电源。当使用回路因故停电时,需安排井上值班人员下井将使用回路断开,再将后备电源接通,才能使安全监控设备恢复正常供电。现在我矿设计一款具备双回路自动切换及稳压功能的供电装置,来为井下通信及监控系统提供稳定的电源,其具有一定的实际价值。

2技术原理

井下通信及监控系统交流稳压供电装置设计主要包括变压器单元、电源保护单元、通信单元、电源监测单元、电源切换单元、按键及液晶显示单元等。系统结构如图1所示。

2.1变压器单元

变压器单元将输入交流电1140V、660V、220V和127V稳压并转换为AC127V。双路交流电1140V、660V、220V和127V输入各变压器单独配置,互不干扰。

通过不同的绕组,变压器能在不更换的前提下实现将输入的1140V、660V、220V和127V四种不同的交流电变换为127V交流电输出。这种设计能保证不更换设备即可最大限度地满足井下不同交流电的变换需求,应用非常灵活。

2.2电源保护单元

该保护单元可完成漏电闭锁、保护,过载、短路、过压、欠压保护等功能。

2.2.1漏电闭锁

漏电闭锁采用附加直流的检测原理。在接触器闭合之前,如果被控制回路所设置的整定值正确,漏电闭锁继电器闭合,CPU对漏电信号进行检测,若负荷线路上的绝缘电阻值低于漏电闭锁设定值,CPU则闭锁故障回路,此时无法进行启动操作,实现漏电闭锁,同时显示故障类型。

2.2.2漏电保护

在接触器闭合之后,如果被控制回路所设置的整定值正确,CPU对漏电信号进行检测,若负荷线路上的绝缘电阻值低于漏电保护设定值,CPU则断开运行回路,此时无法进行启动操作,实现漏电保护,同时显示故障类型。

2.2.3过载、短路保护

过载和短路保护采用鉴幅式保护原理。CPU按比较结果发出指令断开相应的故障回路,并显示和记忆故障类型以及故障时的参数。

2.2.4过压、欠压保护

欠压和过压信号直接由CPU进行采样处理,将采样值与设定值进行比较,如果采样值低于或高于CPU设定的欠压和过压值,不能执行启动操作,同时显示故障类型。当系统电压恢复到允许值时,开关解锁,可执行启动操作。启动后,则延时跳闸。

2.3通信单元

为了方便对井下通信及监控系统交流稳压供电装置进行监测,实时了解该装置运行状况,在本单元设计中提供了以下通信接口,从而可以将该装置工作参数上报给上位监控主机。

2.3.1以太网接口

井下通信及监控系统交流稳压供电装置提供以太网接口,从而方便将电源切换装置的工作状态参数直接上传到地面监控主机。

2.3.2CAN 总线通信接口

利用装置自带的CAN总线通信接口,可将电源切换装置工作状态参数上传给分站,再通过分站上传给地面监控主机。

2.3.3开关量接口

本设备提供若干对输入/输出电气无源接点,接入矿方井下监控分站,然后上传到地面监控主机,从而可以远程控制该电源装置,或通过无源接点了解该电源工作参数及工作状态。

2.4按键及液晶显示单元

通过装置所配置按键接口和液晶显示单元,可在本地显示该装置工作参数及工作状态,并通过按键和液晶屏分别使系统工作于自动或手动方式。

2.4.1自动工作方式

(1)分别将2路电源的开关转到运行位置,向控制系统送电。

(2)系统正常后,电源转换器的接触器自动吸合,输出127V电源。

(3)启动运行正常后 ,CPU会适时检测并显示工作参数及工作状态 ;如果工作电源出现故障 (过载、短路 ),接触器会自动跳闸 ,设备显示故障类别和故障参数 ,并报警 ,提示维护人员尽快检查故障并加以处理 ,同时设备自动切换到备用电源。

2.4.2手动工作方式

(1)分别将2路电源的开关转到运行位置,向控制系统送电。

(2)系统正常后,按手动启动按钮,再按下启动按钮,电源转换器的接触器吸合,输出127V电源。

(3)按下停止按钮,电源转换器的接触器断开。

(4)启动运行正常后,CPU会适时检测并显示工作参数及工作状态,如果工作电源出现故障(过载、短路),接触器会自动跳闸,同时设备自动切换到备用电源。

3项目实施内容

井下通信及监控系统交流稳压供电装置研发设计完成,将装配到我矿目前由重庆煤科院生产的煤矿综合监控KJ90NB系统以及通讯系统中,从最根本的供电电源方面,保证我矿井下通信及监控系统运行的稳定性。

实施内容主要包括:

(1)输入电源为双路交流1140V、660V、220V、127V,输出为交流127V。

(2)提供8路交流127V输出,当双路输入交流中任意一路发生故障时,可以将输入电源自动快速切换至另外一路。

(3)供电装置可工作于2种工作模式,即自动和手动模式。在自动模式中,接触器自动吸合,运行正常后,智能控制器实时监测并显示工作参数及工作状态,电源出现故障时备用输入交流电源将会自动启动;在手动模式中,可手动选择某一路127V接触器吸合或断开,运行正常后,智能控制器实时检测并显示工作参数及工作状态,电源出现故障时备用电源将会自动启动。

(4)装置具有漏电闭锁、保护,过载、短路、过压、欠压保护等功能。

(5)稳压供电装置具备联网和参数上传功能,既可单独利用设计的通信接口直接上传,也可利用所连接的监控分站间接上传工作参数至地面监控中心。

(6)系统体积小,重量轻,可人工携带。

4结语

井下通信系统篇8

瓦斯抽采一直是重庆能源投资集团松藻煤电公司各矿安全、生产的关键, 近些年更是如此, 因此在井下施工专用瓦斯抽采巷道、在巷道内施工抽采钻孔抽采瓦斯成为重庆能源投资集团松藻煤电公司各矿井治理瓦斯的主要手段之一。随着国家煤矿安全监察局等部门对矿井瓦斯治理强度的加大, 石壕煤矿井下瓦斯抽采打钻点增多。因打钻点存在瓦斯等易燃、易爆性气体, 而且空间狭小、粉尘大、环境潮湿[1], 直接影响着打钻的效率和矿工在打钻现场的安全。而井下瓦斯巷打钻地点情况复杂, 施钻人员只能通过调度电话反馈现场情况, 不能将现场情况及时反馈到地面调度中心, 因而调度中心不能及时掌握现场情况并做出调度指令, 存在较大的安全隐患。为解决上述问题, 松藻煤电公司石壕煤矿经多方论证, 选择装配WiFi无线通信系统。该系统可实现便携式通话, 并把井下瓦斯巷打钻点的现场图像上传至地面调度中心。

1 矿用WiFi无线通信系统的特点

1.1 矿用无线通信技术比较

目前, 应用于矿井的无线通信系统有矿用小灵通 (PHS) 无线通信系统、矿用CDMA无线通信系统、矿用WiFi无线通信系统[2,3], 这3种无线通信系统的技术参数比较如表1所示。

从表1可看出, WiFi无线通信系统的基站带宽为54 Mbit/s, 频带利用率较高, 既能实现把井下打钻点的图像上传到调度中心, 又具有良好的通话效果, 并且WiFi的基站可以接入矿上已有的环网通道, 不需要重复敷设主干电缆。小灵通和CDMA系统均需独立成网, 将增加矿方投资。因此, WiFi无线通信技术是石壕煤矿实现井下打钻点视频监控和无线通信需求的理想选择。

1.2 WiFi无线通信系统技术特点

(1) WiFi无线通信系统可利用矿上已有的工业以太环网线路, 无需建设专用的语音传输线路, 这样可以减少矿上的投资资金。

(2) WiFi无线通信系统带宽达54 Mbit/s, 图像、语音、数据可以综合传输, 互不影响。

(3) 无线Mesh技术级联, 可满足特殊区域的应用。石壕煤矿井下打钻点安装2台无线WiFi基站, 基站之间通过无线跳接传输视频和语音。

(4) 具有手机脱网通信功能。手机之间可直接对讲, 当井下基站与地面交换机之间的线缆断时, 基站覆盖下的手机也可以相互通话。基站的脱网功能可用于事故应急救援和临时施工通信[4,5]。

2 WiFi无线通信系统在石壕煤矿的应用

2.1 系统组成

石壕煤矿WiFi无线通信系统地面主要由IP调度交换机 (语音服务器) 、维护终端、语音网关、网络交换机等组成。井下主要由井下环网交换机、本安型无线光纤基站、本安型网络摄像仪、手机、矿用电源等组成。该系统网络拓扑如图1所示。

(1) IP调度交换机:

地面机房配置一台工业级语音服务器作为系统的软交换中心, 集成了全套的语音、图像、数据交换平台。

(2) 语音网关:

通过语音网关接出1部有线电话作为调度台电话, 可对所有的手机用户进行调度。

(3) 网络交换机:

使IP调度交换机、维护终端、语音网关在同一局域网内互联互通。

(4) 基站:

是无线网络的接入点, 是无线收发单元, 是从用户到网络以及从网络到用户之间的通信传输站。石壕煤矿在打钻点采用光纤基站, 具备3个电口和2个光口。

(5) 本安型网络摄像仪:

是井下瓦斯巷打钻点的视频监控终端。该摄像仪通过CCD摄像头采集视频信号, 视频信号采用H264技术压缩并转换成以太网信号, 再通过无线基站传到地面调度中心。

2.2 视频监控

在井下瓦斯巷打钻点安装一台本安型网络摄像仪, 该摄像仪由一台电源单独供电, 摄像仪实时监控到的图像通过基站A无线Mseh跳接技术传送到基站B, 基站B通过光缆接入环网交换机, 图像经过环网上传至地面调度中心, 地面调度中心的调度值班人员可以在电脑显示屏上清晰地看到井下打钻点的现场情况, 调度员根据现场监视的情况向领导汇报或者对井下作业人员发出指令、采取相应措施, 实现对井下瓦斯巷打钻点的现场监控。

2.3 语音通信

在地面调度中心可以通过2种方式与瓦斯巷打钻点取得通话联系。一种方式是从地面调度机房IP调度交换机接出1台语音网关, 通过语音网关接出一部有线电话放在调度台上, 这样调度员就可以使用这部有线电话和井下基站覆盖的区域手机电话通话, 另外调度员也可以通过这部调度电话在软调度台上对井下的手机用户实现强插、强拆、监听、会

议等调度功能。另外一种方式是在地面调度中心安装一台WiFi小基站, 小基站的无线信号可以覆盖整个调度中心, 在地面调度中心的调度员就可以通过手机和井下基站覆盖区域的手机用户相互通话, 根据监控到的井下瓦斯巷打钻点的现场情况发出相应的调度指令。

3 结语

WiFi无线通信系统在石壕煤矿投入运行后, 很好地实现了对井下瓦斯巷打钻点的视频监控和语音通话功能, 地面调度中心能根据井下的现场图像及时地作出调度。但是系统有些地方还需要在以后的开发中进一步地完善, 如矿用无线基站、摄像仪都需要单独配置电源, 取电移动不是很方便。

参考文献

[1]刘耀鸿.现有矿井移动通信技术的分析与比较[C]//第19届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨中国矿业大学 (北京) 百年校庆学术会议论文集, 2009, 北京.

[2]李文峰, 李华, 马志鹏, 等.矿山现代无线移动通信技术的研究[J].煤炭科学技术, 2007 (6) :72-74.

[3]孙继平.煤矿井下安全避险“六大系统”的作用和配置方案[J].工矿自动化, 2010 (11) :1-4.

[4]孙继平.矿井移动通信的现状及关键科学技术问题[J].工矿自动化, 2009 (7) :110-114.

井下通信系统篇9

关键词：煤矿井下；高压；供电系统；漏电保护

中图分类号： TD611 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）26-185-2

0 引言

现如今，随着我国市场经济体制的不断变革，各大煤矿企业的市场竞争压力越来越大，煤矿企业要想提高自身的市场竞争地位，就必须减少煤矿井下安全事故的发生。但是，从目前我国煤矿企业的发展现状来看，煤矿井下供电系统漏电现象经常发生，有很多漏电情况都是由于人为操作失误发生的，同时很多煤矿企业对井下安全用电管理力度不强，从而使得人身触电伤亡事故时有发生。因此，煤矿企业应该重视井下供电系统漏电问题，不断研究高性能的井下高压供电系统的漏电保护工作，从而减少井下漏电安全事故的发生，最终保证煤矿企业能够长久稳定地发展下去。

1 煤矿井下供电系统漏电原因

1.1 供用电设备自身质量问题

众所周知，煤矿开采是一项非常复杂的工作，其中会用到很多供电设备，这些供电设备都是由生产厂家提供的，由于生产厂家的不同，生产出来的供电设备质量也会不一样。从目前我国煤矿企业的现状来看，很多煤矿企业为了节省成本，经常会购买一些没有达标的供电设备，这在很大程度上给井下工人带来了很大的安全隐患。与此同时，在具体的煤矿井下作业中，部分供电设备由于自身原因经常会出现绝缘层断裂的情况，从而使得电缆发热量不断增加，另外，由于长时间的工作，使得供电设备出现了老化情况，但是煤矿企业并没有加大对供电设备的维修，从而导致了供电系统出现漏电问题。

1.2 人为误操作造成漏电

据相关调查显示，目前很多煤矿企业的漏电现象大多都是人为操作因素失误造成的，比如，在安装电缆时，有的操作人员经常忽视火线与地线的连接，从而导致了短路情况的发生，最终引发漏电故障。再如，在对电缆进行吊接时，主要是利用铜丝和铁丝进行吊挂，但是由于操作人员在吊挂的过程中发生剧烈振动，从而产生了漏电情况。除此之外，在对电气设备的内部进行接线时，由于操作不当使得接线处发生松动，最终产生了漏电故障。

1.3 井下安全用电管理力度不强

目前，很多煤矿企业都把工作重点放在了煤矿井下开采上，轻视了井下安全用电问题，从而使得井下安全用电管理力度不强，引发了漏电故障。部分煤矿企业经常把电线电缆进行埋压，当电线电缆出现脱落问题时，也没有安排相关的维修人员进行维修，从而使得电缆绝缘受潮，进而出现了漏电问题。我们都知道，井下生产需要大量的电能，用电负荷非常大，如果电气设备经常处在超负荷状态下，那么就会使得电缆出现高温现象，然后烧毁绝缘层，最终发生漏电故障。除此之外，相关维修人员在对开关设备进行维修时，没有及时清理设备内部的金属碎片，这也会使得电气设备出现漏电现象。

2 煤矿井下供电系统漏电危害

2.1 人身触电伤亡事故

在煤矿井下作业时，由于时常会出现设备漏电情况，如果作业人员直接接触这些设备，那么就很容易发生触电伤亡事故。比如，在安装电缆的时候，电缆芯线刺破了外保护套，从而使得电缆芯线直接暴露在空气中，一旦作业人员与其接触，那么就会造成触电事故。

2.2 引起沼气及煤尘发生爆炸事故

我们都知道，煤矿井下作业是一项非常复杂的工作，井下一般都会存在很多的沼气、煤尘等，如果井下发生了漏电现象，那么就会直接给通风带来很大的影响。与此同时，如果漏电遇到了明火，那么就会发生严重的爆炸事故，这会直接造成大量的人员伤亡。

2.3 烧损井下供配电电气设备

当电气设备发生漏电故障时，漏电电流会在电缆破损处产生大量的热量，如果相关的操作人员不能及时切断电源，一旦热量过高，就会造成短路故障，进而发生火灾事故。

2.4 严重影响煤矿井下作业面的安全生产

如果煤矿井下发生漏电故障时，那么相关的负责人就应该及时查找漏电原因，并找到合理的解决方法，但是在排查漏电原因时，需要花费大量的时间，那么就会严重影响井下的正常工作，降低了企业的经济效益。与此同时，在排查漏电时，就会切断电源，从而使得排水设备不能正常运作，井下积水过多的话也会严重影响煤矿井下作业面的安全生产。

2 零序功率的漏电保护实施策略

对于煤矿企业的井下漏电保护来说，零序功率的漏电保护具有非常重要的意义。零序功率的漏电保护主要指的就是零序电流（如图1）或零序电压幅值的改变对供电系统是否有漏电情况的判断，一旦发现有漏电情况，那么就应该采用相应的措施进行故障维修。如果在电网支路中出现了漏电故障，相关负责人就应该收取电网中的零序电流和零序电压的信号，然后再对这些信号进行分析整理，从而判断出故障所在位置，最后对故障位置附近的电源进行切断，从而有效地进行漏电保护。

3 煤矿井下高压供电系统的漏电保护策略

对于煤矿企业来说，井下高压供电系统的漏电保护属于目前比较常用的漏电保护措施。近年来，随着我国科学技术的不断发展，目前很多煤矿企业都在采用新型的高压电网微机自适应选线漏电保护的策略，它的核心部位是微机处理控制模块，以此种方法来达到漏电保护的目的。

3.1 确定消弧线圈补偿抽头

一般情况下，电网是随时在改变的。过去我国很多煤矿企业都采用旧式固定补偿消弧线圈，但是，目前很多企业都在使用自动跟踪补偿消弧线圈，这样不仅提高了工作效率，又起到了很多的调节作用。

3.2 整定自适应随机

自适应继电保护是由20世纪80年代提出的，它主要指的就是把保护设施和电力系统有效的结合在一起，从而减少漏电的情况发生，最终实现漏电保护的目的。首先，应该采用自适应欠补偿的形式，当发现单相接地时，就应该固定接地电流，最好控制在5A-15A范围内，与此同时还应该控制零序电压。其次，对自适应保护原理进行整定，从而提高设备的灵敏度。

3.3 确保纵向选择性

从目前我国煤矿井下高压供电系统的漏电保护现状来看，高压主要分为三部分：变电所、矿井中央变电所、地面变电所。变电所属于一级漏电保护，它的目的主要是在采区变电所移向变电站的时出现单相漏电的情景下，借助高压开关对漏电故障进行保护。矿井中央变电所属于二级漏电保护，它的目的主要是在中央变电所移到采取变电所时出现单相漏电的情况下，把动作延时0.4s-0.5s，从而保证供电系统的正常运行。地面变电所属于三级漏电保护，它的主要目的就是当地面变电所移到中央变电所出现单相漏电的时候，将动作延时0.9s-1s，并且充当电网漏电的后备保护。

4 结束语

总而言之，我国煤矿井下高压供电系统保护工作是一项长期且复杂的工作，煤矿企业要想提高自身的经济效益，就需要充分认识到高压供电系统漏电保护工作的重要性，减少安全事故的发生，提高供电系统的选线准确性和高度灵敏性，从而为煤矿企业的可持续发展奠定坚实的基础。

参考文献

[1] 孙勇.煤矿井下电网漏电保护系统设计[J].煤炭科学技术，2012，05：82-85.

[2] 支东恒，丁士磊.煤矿井下高压漏电保护整定的探讨[J].江西煤炭科技，2012，02：122-124.

[3] 张豪，王燕丽.煤矿井下高压供电系统漏电保护技术研究与应用[J].煤炭与化工，2015，04：96-98.

[4] 李晓飞，刘英君，沙波，许仁杰，郑伟.煤矿供电系统漏电保护技术的应用与发展[J].科技视界，2015，34：5-6+48.

[5] 周云龙.井下供电系统与漏电保护系统的探究分析[J].煤炭技术，2014，02：212-214.

井下通信系统篇10

煤矿井下具有很多的电磁干扰源, 这些干扰源产生的电磁干扰对井下通信和监控系统具有一定的干扰作用。由于井下的电磁干扰与地面的电磁干扰在传播特性上不同, 因此, 它们具有不同的特点。而目前对煤矿井下电磁干扰研究的较少:王艺华的“煤矿井下甚高频电磁干扰分布的分析”[1]对煤矿井下甚高频电磁干扰的形成机理进行了分析, 提出了VHF电磁干扰分布规律和对电磁干扰定量分析的认识;王晓珠的“煤矿井下电子设备防电磁干扰的方法”[2]主要定性地分析井下电磁干扰的来源及传播途径, 提出具体的抑制电磁干扰的方法;其它关于煤矿井下电磁干扰的论文主要是如何抗干扰方面的。对于电磁干扰对井下通信和监控系统的影响情况, 前人都没有进行具体的分析。随着煤矿井下电磁兼容性研究的逐渐开展, 对井下电磁干扰源、干扰源干扰的大小以及影响的范围等, 需要逐步地研究。本文借助电磁波在井下的传输特性来分析电磁干扰的影响情况, 并结合试验测试结果进行分析。其结果对于井下无线通信设备及监控设施的电磁干扰分析具有一定的理论意义和实用价值。

由于煤矿井下巷道内情况十分复杂, 巷道中有钢轨、支架、风门、照明线和动力电缆等, 巷道壁凹凸不平, 巷道纵横交错、拐弯抹角。电磁干扰的传播影响是极其复杂的, 因此进行理论研究时常假设巷道是空的, 下面以矩形巷道为例进行研究分析。

1 电磁波在矩形巷道的衰减

假定巷道四周为理想的导电体, 对于宽为a、高为b的矩形波导, 其截止频率为

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式中:m和n为整数, (m, n) 序数对表示波导模式的阶数。当电磁波频率低于其截止频率时, 模式迅速衰减, 也就是说模式只有衰减而没有相移。其衰减率由式 (2) 给出[3,4]:

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式中:C=3×108 m/s, 为真空中的光速;f为电磁波频率;fc为巷道主模电磁波截止频率。具有最低截止频率值的模式称为主模, 主模的截止频率称为波导截止频率。当电磁波频率低于波导截止频率时, 一切模式都是迅衰的, 也就是说电磁波无法在波导中传播。如果巷道高为3 m, 宽为5 m, 其主模截止频率为30 MHz, 对于10 MHz的干扰信号, 每米衰减率为5.15 dB/m, 当频率低于3 MHz时, 每米衰减率约为5.4575 dB/m, 因此, 对于低于30 MHz的电磁干扰信号根本不能向远处传播, 是迅衰的。如图1所示。

当电磁波频率高于截止频率时, 模式的衰减率由频率、波导形状和截面尺寸等因素决定, 矩形巷道的衰减率[5,6]:

式中:λ为波长;h、v均为水平极化模式;ε1为两侧壁的相对介电常数;ε2为巷顶和巷底的相对介电常数。假设矩形巷道宽为5 m, 高为3 m, 巷道围岩的相对介电常数为10, 电导率为0.01 s/m, 衰减率随传播频率变化曲线如图2所示。

从图2可知, 各个模式的衰减率总是随着传播频率的增高而下降的, 在频率较低的频段, 衰减很大, 频率较高的频段, 衰减很小。在0500 MHz后, 衰减率的下降幅度变缓, 并保持一个比较稳定的数值。

2 煤矿井下电磁干扰分析

按电磁干扰的来源分类, 煤矿井下电磁干扰可分为自然干扰和人为干扰2类。

自然干扰源根据其不同的起因和物理性质可分为宇宙噪声、雷电、热噪声3类。宇宙噪声和雷电对位于地表的干扰源来到位于数百米深处的巷道中的接收点时, 将变得极微弱, 可以不作考虑;而热噪声是井下电气设备不可避免要发出的, 它的干扰电平很小, 而井下的电磁环境比较恶劣, 干扰电平较高, 这样就把热噪声给湮没了, 所以也不用考虑热噪声的干扰。因此, 煤矿井下的电磁干扰源可以不考虑自然干扰。

在煤矿井下, 人为干扰源分为电力线路、大功率设备和馈电开关、牵引网络和电机车、电力电子系统、高频无线发射装置、静电放电及其它等。

(1) 电力线路、大功率设备和馈电开关

煤矿井下供电系统电压等级多, 供电系统是由电感、电阻和电容组成的网络, 在一定的参数配合下可能对某些频率产生谐振, 出现过电压和过电流。由于变压器铁芯的非线性, 高次谐波电流会使电源电压波形畸变, 电源的高次谐波电压通过电容耦合, 会在二次设备上产生高次谐波感应电压和感应电流[7]。这类干扰以开关操作产生的瞬变电磁场对电子设备的危害最大。在开关动触头的开、合动作过程中会产生大量的电弧 (包括预燃和重燃) , 电弧的持续时间大约从几μs到几ms, 上升时间为ns级。开关动作产生的典型过电压值约为相电压幅值的2倍。在某些特殊的情况下, 由瞬变电磁场产生的过电压能达到相电压幅值的6.5倍。因此供电线路以及高压大功率设备产生大量谐波传导电磁干扰, 沿传输线路产生高频辐射干扰, 而馈电开关产生电压很高的传导干扰以及频率很高的电磁辐射干扰[8,9]。电源线干扰源的频率范围在50 kHz～4.0 MHz之间, 开关形成的电弧频率范围在30～200 MHz内。

(2) 牵引网络和电机车

矿用架线电机车系统包括固定的电磁干扰源, 如牵引变电所整流设备以及线路的故障放电;流动的电磁干扰源, 如机车上的设备以及受电弓与接触网导线的接触点。受电弓与滑接馈电线间不断地发生火花, 这些火花产生的脉冲干扰是一些振幅和持续时间都带有随机性的经常重复的大脉冲群。

(3) 电力电子系统

电力电子装置在煤矿中的应用越来越多, 如煤矿中的交-直流变换、有源功率补偿电路、变频调速系统等, 对煤矿电网带来的影响包括功率因数的下降、高次谐波增加等。变频器的输出侧采用PWM型逆变电路, 其载波频率较高, 最高PWM载波频率为12 kHz, 逆变电路中电压和电流高速开关动作使其输出电压、电流波形均有高次谐波。变频器内电压和电流高速开关动作产生的高次谐波可达20 MHz, 但主要是在100 kHz～5 MHz 范围内的无线电频率, 其能量可传播很远的距离, 形成对周围电路的电磁干扰[10]。变频器本身不会通过辐射产生很多的电磁干扰, 仅在其100 mm范围内有较强的电磁干扰。但电磁干扰强度随距离的增加而迅速衰减, 在距变频器300 mm处电磁干扰的强度就变得很弱了。

(4) 高频无线发射装置

煤矿井下的无线通信设备, 本身发射的电磁能量都是带有信息的, 对于其本身来说是有用信号, 而对于其它系统就成为无用的电磁干扰, 特别是对于井下监控设备来说就是电磁干扰。

(5) 静电放电

井下能产生静电的设备和场所很多, 采煤机、掘进机在切割、破碎煤、岩石的过程中, 可能在煤壁、岩壁上产生静电;胶带输送机的传动带与煤、滚筒、托滚 (尤其是塑料托滚) 快速摩擦产生静电, 经常出现静电放电, 产生静电电磁干扰。

(6) 其它

井下的照明设备, 最常用的是荧光灯, 它是靠水银蒸汽放电时发出可见光和紫外线, 后者又激励管内壁的荧光粉而发光的。无论是气体放电或放电管内形成的等离子体, 都是电磁干扰源。日光灯电弧的频率范围在100 kHz～3.0 MHz之间, 荧光灯的频谱为0.1～3 MHz (峰值在1 MHz左右) 。

3 井下电磁干扰实测情况

煤矿井下电磁干扰分析非常复杂, 特别是对井下通信设备和监控设备电磁干扰影响情况很难做出准确的理论分析, 因此, 中国矿业大学电磁兼容基础性研究课题组对煤矿井下设备的电磁干扰情况进行了实测。

2007年4月对河南平顶山煤业集团二矿和四矿的井下牵引网络和电机车、井下变电站、变频器、井下巷道以及输送机电磁辐射干扰进行了实测, 测试频率为100 kHz～2 060 MHz。图3为测试频段为0～160 MHz的煤矿井下电磁干扰测试结果。

测试结果分布情况如下:

(1) 井下巷道内电磁干扰强度很小, 说明井下电缆辐射电磁干扰很小, 可以忽略;

(2) 井下电机车运行时产生的电磁辐射干扰主要在300 MHz以下, 比较大的电磁干扰出现在100～160 MHz之间, 最大值出现的频率为138 MHz, 其值为-34.5 dBmV/m, 160～560 MHz之间干扰值较小, 在560 MHz以上基本上没有电磁干扰;

(3) 井下变电站的测试结果:最大辐射干扰出现在112 MHz, 其场强值为-19 dBmV/m, 电磁干扰出现的频率主要在180 MHz以下, 在180～540 MHz的值比较小, 一般在-55 dBmV/m以下, 在 540 MHz以上基本上没有电磁干扰;

(4) 变频器电磁干扰频谱较宽, 在1 200 MHz以下都有电磁干扰, 在 500 MHz以上电磁干扰具有周期性, 500 MHz以下频段内都有电磁干扰, 最大值出现的频率为119 MHz, 其值为-31.5 dBmV/m, 在500 MHz以上电磁干扰小于-60 dBmV/m。

4 井下电磁干扰对通信系统和监控系统的影响

4.1 煤矿井下电磁干扰对通信系统的影响

煤矿井下通信系统有无线通信系统、有线通信系统和漏泄通信系统, 电磁干扰对无线通信系统的影响主要是通过辐射干扰对系统形成干扰, 对有线通信系统的影响主要是通过传导耦合干扰对系统形成干扰, 漏泄通信系统既受辐射干扰又受传导干扰的影响。

对无线通信系统, 电磁干扰主要是井下电磁辐射干扰, 主要考虑辐射对通信发射系统、接收系统以及通信使用频段的影响。井下无线发射系统的安置应该远离井下各种电磁干扰源, 从电磁干扰源、电磁干扰大小以及电磁波在井下传播的角度分析, 井下电磁干扰较强的变电站、变频器等设备距离无线发射系统应不小于10 m, 以保证系统的绝对安全。井下通信频率的选择既要考虑井下的干扰频谱分布情况, 又要考虑电磁波在井下的传播特性, 选择900 MHz是一个比较理想的频率, 这是因为在900 MHz附近电磁辐射干扰很小, 同时该频段信号在井下传播的衰减也较小。

对有线通信系统, 电磁干扰主要来自传导耦合干扰, 因为传输线都是屏蔽线, 因此, 辐射干扰对有线通信基本没有影响。井下传导干扰主要来自各种强电的传输线, 频率为50 Hz基波以及各级谐波。在铺设传输线时, 为了减小传导耦合干扰, 应将传输线距强电传输线不小于0.3 m的距离。

对漏泄通信系统, 电磁干扰比较复杂, 因为漏泄通信系统的频率一般在450 MHz以下, 而在井下450 MHz以下的电磁辐射干扰比较强, 同时系统本身采用漏泄电缆传输信号, 因此, 要防止井下线路的传导耦合干扰, 井下漏泄电缆应距强电传输线不小于0.3 m的距离, 同时为了保证传输信号不受井下电磁辐射干扰的影响, 通信系统应该采用扩频通信[11]。

4.2 煤矿井下电磁干扰对监控系统的影响

井下监控系统是防爆的本质安全电路, 存在防爆外壳, 其外壳本身具有一定的屏蔽作用, 因此对监控系统产生电磁干扰的影响主要是通过导线的传导干扰, 电磁辐射干扰较小。井下监控系统一方面要防止监控感应设备以及井下监控分站的电磁辐射干扰, 另一方面还要防止传输线路的传导耦合干扰, 因此, 监控感应设备及监控分站的安装位置应与电磁干扰源的距离不小于5 m, 传输线应与电磁干扰线路不小于0.3 m的距离。

5 结论

本文分析了电磁波在矩形巷道中传播衰减特性、煤矿井下存在的电磁干扰以及分布的情况、井下电磁干扰对通信系统和监控系统的影响, 通过分析得出以下结论:

(1) 在煤矿巷道截止频率以下的电磁干扰不能向远处传播。

(2) 在煤矿巷道截止频率以上且在500 MHz以下的电磁干扰衰减非常大, 在该频段的电磁干扰也不能影响到距干扰源一定距离的通信设备以及监控设备。

(3) 从煤矿井下电磁干扰的产生情况以及电磁干扰频谱范围和电磁干扰幅度看, 主要的电磁干扰在500 MHz以下, 从电磁波在巷道内的传播规律可知, 井下电磁干扰的范围不会太大, 主要是电磁干扰传播过程中的衰减太快, 对于小于巷道截止频率的电磁干扰以5.457 5 dB/m的速度衰减, 因此研究井下电磁干扰主要是研究干扰源附近的干扰情况。对通信设备和监控设备的干扰范围主要根据干扰源产生的干扰大小及其被干扰设备的抗干扰能力决定。

(4) 频段在500 MHz以上的电磁干扰只在变频器周围存在而且呈周期性, 因此, 设计通信设备时可以有效地避开干扰区间以免受井下设备的电磁干扰, 同时由于在该频段内的电磁干扰值较小, 对监控设备不会形成干扰。

所以, 通过采取一些有效的措施是可以避免井下通信系统和监控系统的电磁干扰的, 能够保证系统的正常运行。

参考文献

[1]王艺华.煤矿井下甚高频电磁干扰分布的分析[J].电信科学, 2002 (3) :63~64.

[2]王晓珠.煤矿井下电子设备防电磁干扰的方法[J].煤炭科技, 2003 (4) :25~27.

[3]成凌飞.非理想空巷道中电磁波传播特性的研究[D].北京:中国矿业大学 (北京) , 2005.

[4]EMSLIE A G, LAGACE R L, STRONG P F.Theory of Propagation of UHF Radio Waves in CoalMine Tunnels[J].IEEE Transactions, 1975, 23 (2) .

[5]孙继平, 石庆冬.矩形隧道中的列车对电磁波截止频率的影响[J].电波科学学报, 2001, 16 (1) :100~102.

[6]孙继平, 魏占永.矿井隧道中电磁场能量的损耗[J].中国矿业大学学报, 2001, 31 (6) :575~578.

[7]卢斌先, 王泽忠, 李成榕, 等.500 kV变电站开关操作瞬态电场测量与研究[J].中国电机工程学报, 2004, 24 (4) :133~138.

[8]李清泉, 李彦明, 牛亚民.变电站开关操作引起的瞬变电磁场及其防护[J].高电压技术, 2001, 27 (4) :35~37.

[9]WIGGINS C M, WRIGHT S E.Switching TransientFields in Substations[J].IEEE Trans.on P D, 1991, 6 (2) :591.