第４１卷第２期 ２
０１５年２月工矿自动化
Ｉｎｄｕｓｔｒｙ
ａｎｄ Ｍｉｎｅ ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＶｏｌ．４１Ｎｏ．２
Ｆｅｂ．２０１５
檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾殧
殧
殧
殧
科研成果
文章编号：１６７１－２５１Ｘ（２０１５）０２－０００１－０５ ＤＯＩ：１０．１３２７２／
ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－２５１ｘ．２０１５．０２．００１孙继平．煤矿事故特点与煤矿通信、人员定位及监视新技术［Ｊ］．工矿自动化，２０１５，４１（２）：１－ ５．煤矿事故特点与煤矿通信、人员定位及监视新技术
孙继平
（中国矿业大学（北京），北京 １０
００８３） 摘要：
分析了２００９—２０１３年全国煤矿较大及以上瓦斯、水害和顶板事故特点：发生在采掘工作面事故最多，事故起数和死亡人数分别占７８．５４％和７８．８０％。提出移动通信、广播通信、救灾通信系统不宜用作矿井应急通信系统；矿井透地通信系统可用作矿井应急通信系统，但性价比低。提出将矿用有线调度通信系统用作矿井应急通信系统，具有性价比高的优点：将电缆埋入巷帮与底板夹角处；将井下电话机设置在硐室内，并加强防护；减少电缆接头，提高电缆接续的防水性能。分析了煤矿井下“智慧线”通信存在的问题：无中继传输距离短；本质安全型防爆制约供电距离；不能用于大容量主干传输；易发生短路等故障；外护套不耐爆等。 关键词：煤矿事故；通信；人员定位；监视；应急通信；智慧线
中图分类号：
ＴＤ６７ 文献标志码：Ａ 网络出版时间：２０１５－０２－０３ １５：０８ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：
／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／３２．１６２７．ＴＰ．２０１５０２０３．１５０８．００１．ｈｔｍｌ收稿日期：２０１５－０１－０６；修回日期：２０１５－０１－１２；责任编辑：盛男。基金项目：国家自然科学基金重点项目（５１１３４０２４
）。作者简介：孙继平（１９５８－），男，山西翼城人，教授，博士，博士研究生导师，中国矿业大学（北京）副校长；获国家科技进步二等奖３项（其中作为第１完成人２项、第２完成人１项）；作为第１完成人获省部级科技进步一等奖７项；作为第１完成人主持制定中华人民共和国煤炭行业和安全生产行业标准２６项；主持制定《煤矿安全规程》第三章“通风安全监控”；作为第１作者或独立完成著作１１部，发表论文１００余篇（其中被ＳＣＩ和ＥＩ检索的第１作者论文７０余篇）；作为第１发明人获国家专利权４０余项；作为国务院煤矿事故调查专家组组长参加了１０起煤矿特别重大事故调查工作；Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｊｐ
＠ｃｕｍｔｂ．ｅｄｕ．ｃｎ。Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ ａｎｄ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｉｅｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ
ａｎｄ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳＵＮ Ｊｉｐｉｎｇ
（Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｂｅｉｊｉｎｇ），Ｂｅｉｊｉｎｇ
１０００８３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｇａｓ，ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｒｏｏｆ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｄｕｒｉｎｇ
２００９－２０１３，ｏｂｔａｉｎｅｄ ｎｕｍｂｅｒｓ ｏｆ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ ａｎｄ ｄｅａｔｈｓ ａｃｃｏｕｎｔｅｄ ｆｏｒ ７８．５４％ａｎｄ ７８．８０％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ａｔ ｍｉｎｉｎｇｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ．Ｉｔ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｂｒｏａｄｃａｓｔ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄｒｅｓｃｕｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｓｈｏｕｌｄ ｎｏｔ ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｍｉｎｅ ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ ｔｈｒｏｕｇｈ－ｔｈｅ－ｅａｒｔｈ
ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｍｉｎｅ ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｌｏｗｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ－ｐｒｉｃｅ ｒａｔｉｏ．Ｉｔ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｗｉｒｅｄ ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｅｄ ａｓ ｍｉｎｅ ｅｍｅｒｇｅｎｃｙｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ－ｐｒｉｃｅ ｒａｔｉｏ．Ｉｎ ｔｈｅ ｗｉｒｅｄ ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｃａｂｌｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｂｕｒｉｅｄ ｕｎｄｅｒ ｌａｎｅｗａｙ ｓｉｄｅｗａｌｌ ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ ｗｉｔｈ ｒｏａｄｗａｙ ｆｌｏｏｒ，ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｓｅｔ ｉｎ ｃｈａｍｂｅｒ ｗｉｔｈ ｓｔｒｏｎｇｅｒ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄ ｃａｂｌｅ ｊｏｉｎｔ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅｒｅｄｕｃｅｄ ａｎｄ ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｂｌｅ ｊｏｉｎｔ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｉｔ ａｎａｌｙｚｅｄ ｐ
ｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｗｉｓｄｏｍｌｉｎｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ，ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｌｕｄｅ ｓｈｏｒｔ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｗｉｔｈｏｕｔ ｒｅｐｅａｔｅｒ，ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄ ｂｙ ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｓａｆｅｔｙ
ａｎｄ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ－ｐｒｏｏｆ，ｅａｓｉｌｙ ｏｃｃｕｒｓ ｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔ ｆａｕｌｔ，
ａｎｄ ｉｔ ｃａｎｎｏｔ ｂｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｂａｃｋｂｏｎｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｗｉｔｈ ｌａｒｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ｉｔｓ ｏｕｔｅｒ ｓｈｅａｔｈ ｉｓ ｎｏｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｔｏｅｘｐｌｏｓｉｏｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ａｃｃｉｄｅｎｔ；ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｅｍｅｒｇｅｎｃｙｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｗｉｓｄｏｍ ｌｉｎｅ
０ 引言
煤矿事故主要有瓦斯、顶板、水害、火灾、机电、运输、放炮等事故。其中，顶板事故起数和死亡人数最多；较大及以上（较大、重大、特别重大）瓦斯事故最多［１］；发生在采掘工作面事故最多。因此，通过监控、通信、监视等，减少煤矿井下作业人员，特别是采掘工作面作业人员，是煤矿安全生产的发展方向。
１ 瓦斯、水害和顶板事故分析
通过对２００９—２０１３年《全国煤矿事故分析报告》［２］研究分析，得出：２００９—２０１３年全国煤矿共发生较大及以上瓦斯、水害和顶板事故４２４起，死亡３ １９８人；其中，发生在掘进工作面２２５起，死亡１ ６７４人，分别占５３．０７％和５２．３５％；发生在采煤工作面１０８起，死亡８４６人，分别占２５．４７％和２６．４５％；发生在采掘工作面３３３起，死亡２ ５２０人，分别占７８．５４％和７８．８０％，见表１。
２００９年，全国煤矿发生较大及以上瓦斯事故６８起，死亡６３４人；其中，发生在掘进工作面３５起，死亡３２４人，分别占较大及以上瓦斯事故５１．４７％和５１．１０％；发生在采煤工作面１０起，死亡５１人，分
表１ ２００９—２０１３年全国煤矿较大及以上瓦斯、水害和顶板事故
年份事故起数／起死亡人数／人掘进工作面
事故起数／起
掘进工作面
事故起数
占比／％
掘进工作面
死亡人数／人
掘进工作面
死亡人数
占比／％
采煤工作面
事故起数／起
２００９ １０４ ８２５ ５２ ５０．００ ４２０ ５０．９１ １８２０１０ １１２ ８１７ ６３ ５６．２５ ４６７ ５７．１６ ２５２０１１ ９２ ６６３ ５５ ５９．７８ ４３５ ６５．６１ ２３２０１２ ６５ ４７６ ３４ ５２．３１ ２１８ ４５．８０ ２０２０１３ ５１ ４１７ ２１ ４１．１８ １３４ ３２．１３ ２２累计４２４ ３ １９８ ２２５ ５３．０７ １ ６７４ ５２．３５ １０８
年份采煤工作面
事故起数
占比／％
采煤工作面
死亡人数／人
采煤工作面
死亡人数
占比／％
采掘工作面
事故起数／起
采掘工作面
事故起数
占比／％
采掘工作面
死亡人数／人
采掘工作面
死亡人数
占比／％
２００９ １７．３１ ９３ １１．２７ ７０ ６７．３１ ５１３ ６２．１８２０１０ ２２．３２ ２１５ ２６．３２ ８８ ７８．５７ ６８２ ８３．４８２０１１ ２５．００ １３１ １９．７６ ７８ ８４．７８ ５６６ ８５．３７２０１２ ３０．７７ １８３ ３８．４５ ５４ ８３．０８ ４０１ ８４．２４２０１３ ４３．１４ ２２４ ５３．７２ ４３ ８４．３１ ３５８ ８５．８５累计２５．４７ ８４６ ２６．４５ ３３３ ７８．５４ ２ ５２０ ７８．８０
别占较大及以上瓦斯事故１４．７１％和８．０４％；发生在采掘工作面４５起，死亡３７５人，分别占较大及以上瓦斯事故６６．１８％和５９．１５％。
２００９年，全国煤矿发生较大及以上水害事故２０起，死亡１３１人；其中，发生在掘进工作面１２起，死亡７６人，分别占较大及以上水害事故６０．００％和５８．０２％；发生在采煤工作面２起，死亡１９人，分别占较大及以上水害事故１０．００％和１４．５０％；发生在采掘工作面１４起，死亡９５人，分别占较大及以上水害事故７０．００％和７２．５２％。
２００９年，全国煤矿未发生重大和特别重大顶板事故，发生较大顶板事故１６起，死亡６０人；其中，发生在掘进工作面５起，死亡２０人，分别占较大顶板事故３１．２５％和３３．３３％；发生在采煤工作面６起，死亡２３人，分别占较大顶板事故３７．５０％和３８．３３％；发生在采掘工作面１１起，死亡４３人，分别占较大顶板事故６８．７５％和７１．６７％。
２０１０年，全国煤矿发生较大及以上瓦斯事故６８起，死亡５１９人；其中，发生在掘进工作面４１起，死亡２７５人，分别占较大及以上瓦斯事故６０．２９％
·
２
·工矿自动化２０１５年第４１卷
和５２．９９％；发生在采煤工作面１３起，死亡１７１人，分别占较大及以上瓦斯事故１９．１１
％和３２．９５％；发生在采掘工作面５４起，死亡４４６人，分别占较大及以上瓦斯事故７９．４１％和８５．９３％。
２０１０年，全国煤矿发生较大及以上水害事故１９起，死亡１９７人；其中，发生在掘进工作面１４起，死亡１６４人，分别占较大及以上水害事故７３．６８％和８３．２５％；发生在采煤工作面１起，死亡３人，分别占较大及以上水害事故５．２６％和１．５２％；发生在采掘工作面１５起，死亡１６７人，分别占较大及以上水害事故７８．９５％和８４．７７％。
２０１０年，全国煤矿发生较大及以上顶板事故２５起，死亡１０１人；其中，发生在掘进工作面８起，死亡２８人，分别占较大及以上顶板事故３２．００％和２７．７２％；发生在采煤工作面１１起，死亡４１人，分别占较大及以上顶板事故４４．００％和４０．５９％；发生在采掘工作面１９起，死亡６９人，分别占较大及以上顶板事故７６．００％和６８．３２％。
２０１１年，全国煤矿发生较大及以上瓦斯事故５５起，死亡４４０人；其中，发生在掘进工作面３７起，死亡３１９人，分别占较大及以上瓦斯事故６７．２７％和７２．５０％；发生在采煤工作面１１起，死亡７７人，分别占较大及以上瓦斯事故２０．００％和１７．５０％；发生在采掘工作面４８起，死亡３９６人，分别占较大及以上瓦斯事故８７．２７％和９０．００％。
２０１１年，全国煤矿发生较大及以上水害事故２２起，死亡１６３人；其中，发生在掘进工作面１
３起，死亡９４人，分别占较大及以上水害事故５９．０９％和５７．６７％；发生在采煤工作面６起，死亡３１人，分别占较大及以上水害事故２７．２７％和１９．０２％；发生在采掘工作面１９起，死亡１２５人，分别占较大及以上水害事故８６．３６％和７６．６９％。
２０１１年，全国煤矿发生较大及以上顶板事故１５起，死亡６０人；其中，发生在掘进工作面５起，死亡２２人，分别占较大及以上顶板事故３３．３３％和３６．６７％；发生在采煤工作面６起，死亡２３人，分别占较大及以上顶板事故４０．００％和３８．３３％；发生在采掘工作面１１起，死亡４５人，分别占较大及以上顶板事故７３．３３％和７５．００％。
２０１２年，全国煤矿发生较大及以上瓦斯事故３６起，死亡３０３人；其中，发生在掘进工作面２０起，死亡１２４人，分别占较大及以上瓦斯事故５５．５６％和４０．９２％；发生在采煤工作面８起，死亡１１４人，分别占较大及以上瓦斯事故２２．２２％和３７．６２％；发生在采掘工作面２８起，死亡２３８人，分别占较大及以上瓦斯事故７７．７８％和７８．５５％。
２０１２年，全国煤矿发生较大及以上水害事故１３起，死亡１０７人；其中，发生在掘进工作面９起，死亡７１人，分别占较大及以上水害事故６９．２３％和６６．３６％；发生在采煤工作面３起，死亡３２人，分别占较大及以上水害事故２３．０８％和２９．９１％；发生在采掘工作面１２起，死亡１０３人，分别占较大及以上水害事故９２．３１％和９６．２６％。
２０１２年，全国煤矿没有发生重大和特别重大顶板事故，发生较大顶板事故１６起，死亡６６人；其中，发生在掘进工作面５起，死亡２３人，分别占较大顶板事故３１．２５％和３４．８５％；发生在采煤工作面９起，死亡３７人，分别占较大顶板事故５６．２５％和５６．０６％；发生在采掘工作面１４起，死亡６０人，分别占较大顶板事故８７．５０％和９０．９１％。
２０１３年，全国煤矿发生较大及以上瓦斯事故３０起，死亡３１１人；其中，发生在掘进工作面１２起，死亡８４人，分别占较大及以上瓦斯事故４０．００％和２７．０１％；发生在采煤工作面１３起，死亡１７８人，分别占较大及以上瓦斯事故４３．３３％和５７．２３％；发生在采掘工作面２５起，死亡２６２人，分别占较大及以上瓦斯事故８３．３３％和８４．２４％。
２０１３年，全国煤矿发生较大及以上水害事故１３起，死亡７６人；其中，发生在掘进工作面７起，死亡３９人，分别占较大及以上水害事故５３．８５％和５１．３２％；发生在采煤工作面５起，死亡３３人，分别占较大及以上水害事故３８．４６％和４３．４２％；发生在采掘工作面１２起，死亡７２人，分别占较大及以上水害事故９２．３１％和９４．７４％。
２０１３年，全国煤矿没有发生重大和特别重大顶板事故，发生较大顶板事故８起，死亡３０人；其中，发生在掘进工作面２起，死亡１１人，分别占较大顶板事故２５．００％和３６．６７％；发生在采煤工作面４起，死亡１３人，分别占较大顶板事故５０．００％和４３．３３％；发生在采掘工作面６起，死亡２４人，分别占较大顶板事故７５．００％和８０．００％。
２ 矿井移动、广播与救灾通信系统
２．１ ＷｉＦｉ，３Ｇ，４Ｇ矿井移动通信系统
不断推进的采掘工作面和井下流动作业人员，需要矿井移动通信系统。早期矿井移动通信系统主要有漏泄通信系统、感应通信系统、透地通信系统等，然而均存在体积大、传输带宽窄等问题，主要用
·
３
·
２０１５年第２期孙继平：煤矿事故特点与煤矿通信、人员定位及监视新技术
作电机车、工作面、救灾等局部通信系统，不能用作全矿井移动通信系统。因此，人们先后研制了ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙ－ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ，小灵通），ＷｉＦｉ，３Ｇ，４Ｇ矿井移动通信系统等［３］。但由于ＰＨＳ通信系统存在控制器和非本质安全型防爆、抗灾变能力差、传输距离短、配件困难等问题，已很少采用。传输带宽宽，传输距离远，体积小，质量轻，具有语音、图像和数据通信功能的ＷｉＦｉ和４Ｇ全矿井移动通信系统已成为首选。
２．２ 矿井广播通信系统
为减少人员伤亡，当瓦斯超限或发生瓦斯、水害、火灾等事故时，需将井下作业人员撤至地面。矿井广播通信系统是及时发布撤人命令的有效工具［３］，其具有语音广播、显示、井下紧急呼叫地面、双向语音通信等功能。矿井广播通信系统除可作为事故撤人和报警通信外，还可作为生产调度广播通信。２．３ 多媒体矿井救灾通信系统
矿井救灾通信系统是矿山救护队的必备装备，在应急救援工作中发挥着重要作用。矿山救护队早期配备的中频感应矿井救灾通信系统，可进行语音通信，但不能将事故现场图像传送给井下救援基地和地面救援指挥中心。多媒体矿井救灾通信系统采用ＷｉＦｉ和Ｍｅｓｈ等通信技术［３］，具有语音通信，图像监视，ＣＨ４、ＣＯ、Ｏ２、温度等环境监测，救护队员心跳、体温、姿态监测等功能，获得了广泛应用。
３ 矿井应急通信系统
瓦斯爆炸、顶板冒落、火灾等事故均会造成线缆断缆、设备损坏，通信系统无法正常工作。抗灾变能力强、受灾害影响小的矿井应急通信系统既是应急救援的迫切需要，又是矿井通信研究的热点。
瓦斯超限、瓦斯爆炸、火灾等事故，会造成矿井停电。因此，需井下供电的矿井移动通信系统、矿井广播通信系统等，不宜用作矿井应急通信系统。
矿井救灾通信系统主要由矿山救护队配备，发生事故后，由救护队员设置。《矿山救护规程》规定“矿山救护队驻地至服务矿井的距离，以行车时间不超过３０ｍｉｎ为限”，因此，救护队员到达事故井下，并建立通信联络，需要一定的时间。特别是当巷道堵塞、有害气体超标、Ｏ２含量不足时，救护队员将无法到达相关灾变区域，也不能建立通信联络。因此，矿井救灾通信系统不能用作矿井应急通信系统。
矿井透地通信系统受事故影响小，特别是地面向井下单向透地通信系统，其井下接收设备功率小、体积小、质量轻、便于携带，只要事故没有造成井下接收设备损坏，就可保持单向通信。双向透地通信系统的井下发射设备功率较大，发射天线也较大，一般设置在避难硐室内。因此，矿井透地通信系统可以用作矿井应急通信系统，但性价比低。
将通信电缆埋入巷帮与底板夹角处的矿用有线调度通信系统，平时用于生产调度通信，事故时用于应急救援通信，是性价比最高的应急通信系统。矿用有线调度通信系统不需井下供电，当发生瓦斯爆炸、顶板冒落、火灾、水害等事故时，只要电缆不断、电话不坏，就可实现双向语音通信。这已被河南省陕县支建煤矿“７·２９”透水事故等多起事故成功救援所证明［４］。将电缆埋入巷帮与底板夹角处，减小了瓦斯爆炸、顶板冒落、机械碰撞等造成断缆的概率，减少了火灾对电缆的损坏；将井下电话机设置在硐室内，并加强防护，减小了事故造成电话机损坏的概率；减少电缆接头，提高电缆接续的防水性能，减少了水害事故对系统的影响。因此，将通信电缆埋入巷帮与底板夹角处的矿用有线调
度通信系统是迄今为止既可用于日常生产和安全调度，又可用于事故应急救援通信，最可靠、最经济、最有效的矿井应急通信系统。
４ 矿井人员定位系统
煤矿井下人员定位是遏制煤矿井下超定员生产，加强煤矿井下作业人员管理和应急救援等工作的需要［５］。煤矿井下无线衰减严重、电磁环境恶劣、本质安全型防爆等制约着ＧＰＳ等地面定位技术直接在煤矿井下应用。
采用ＲＦＩＤ区域位置监测技术的矿井人员位置监测系统，不能实现人员定位，无便携式搜寻器，不能满足救援搜寻需求，无双向紧急呼叫功能。
基于场强的定位方法，受巷道断面、倾斜、弯曲、分支、围岩性质、支护、纵向导体、横向导体等影响大，定位精度低。
基于ＴＯＡ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ，到达时间）的定位方法，具有定位精度高等优点，除可用于煤矿井下人员定位外，还可用于煤矿井下胶轮车、电机车等动目标定位。基于ＴＯＡ的定位方法，将成为矿井人员定位系统的主流技术，在遏制煤矿井下和采掘工作面等重点区域超定员生产，遏制重特大事故发生，防止人员进入盲巷等限制区域，控制作业人员超时下井，加强特种作业人员管理、领导下井带班管理、考勤管理和应急救援等方面发挥着重要作用。
·
４
·工矿自动化２０１５年第４１卷
５ 煤矿井下“智慧线”通信
煤矿井下“智慧线”通信将通信和定位等芯片沿线布置，封装在电缆中，具有无线通信和人员定位功能，采用ＴＯＡ定位方法，定位静态误差可达２ｍ。“智慧线”不需设置天线，可用于弯曲、分支、变坡、遮挡等非视距、无线衰减大的巷道，但存在以下问题：（１）无中继传输距离短。采掘工作面距地面调度室达１０ｋｍ。为避免井下瓦斯超限停电等影响监控、定位、通信和监视系统正常工作，应减少有源中继器（或类似产品）的使用。ＡＱ ６２１０—２００７《煤矿井下作业人员管理系统通用技术条件》要求，人员位置监测系统传输距离应不小于１０ｋｍ，串入可靠中继器数量不超过２台。煤矿井下“智慧线”通信标称最远供电距离２ｋｍ，难以满足２次中继后系统传输距离应不小于１０ｋｍ的要求。
（２）本质安全型防爆制约着供电距离。“智慧线”标称功耗１０ｍＷ／ｍ，供电距离２ｋｍ。不难看出，“智慧线”２ｋｍ功耗高达２０Ｗ。通信信号电缆的分布电感和分布电容分别约为０．８ｍＨ／ｋｍ
和０．０６μＦ／ｋｍ，加上通信和定位等电路的集中和分布电感、电容，“智慧线”每千米电感和电容远大于０．８ｍＨ／ｋｍ和０．０６μＦ／ｋｍ。在满足本质安全型防爆要求和“智慧线”工作正常的前提下，实际供电距离达到２ｋｍ十分困难。
（３）不能用于大容量主干传输。目前，矿用以太网传输带宽达万兆，除可用于语音、定位、监控数据传输，还可传输多路高清工业监视图像。“智慧线”传输带宽远低于千兆，且无中继传输距离越远，传输带宽越窄。因此，当矿用手机数量较多、井下作业人员较多、传输距离较远时，将其用于主干传输将难以满足传输带宽要求。
（４）易发生短路等故障。电缆是煤矿井下电气防爆的最薄弱环节，因电缆故障引起的瓦斯爆炸在瓦斯爆炸事故中占有较大比例。因此，应减小电缆发生短路等故障的概率。“智慧线”在电缆中沿线布置了大量定位和通信等芯片，增加了短路等事故概率。虽然“智慧线”是本质安全型防爆产品，一旦向其供电的本质安全型防爆电源的双重化保护电路失效，其短路和开路火花将会引起瓦斯爆炸。工程实践表明，在煤矿井下及时发现本质安全型防爆电源的双重化保护电路失效十分困难。
（５）外护套不耐爆。采用隔爆兼本质安全型防爆电源向“智慧线”供电，接入隔爆腔的“智慧线”电缆外护套应耐爆。为防止隔爆兼本质安全型防爆电源的隔爆外壳内发生爆炸时，所产生的高温、高压气体使与其相连接的“智慧线”电缆外护套发生爆裂，引起周围爆炸性气体混合物燃烧和爆炸，接入隔爆腔的“智慧线”电缆外护套应耐爆。
６ 矿井图像监视与宽带传输
６．１ 无线与高清图像监视
图像监视具有信息量大、眼见为实的特点。无人值守的岗位，除需要具有远程监控功能的监控系统外，还应设置图像监视系统和移动通信系统。为满足对胶轮车、电机车、采煤机、掘进机等移动设备的监控，研制成功并推广应用了ＷｉＦｉ等矿用无线摄像机。为便于图像识别与处理，研制成功并推广应用了矿用低照度高清摄像机等。
６．２ 矿用万兆以太网和无源光网络
为满足煤矿井下高清图像监视的需求，研制成功并推广应用了矿用万兆以太网，实现了高清图像、语音、人员定位等多媒体传输。研制成功并推广应用的矿用无源光网络［６］，具有主干无源、双树冗余、时延小等优点。
７ 结语
煤矿伤亡事故主要发生在采掘工作面。因此，通过监控、通信、监视等，减少煤矿井下和采掘工作面作业人员，是安全、高效、现代化矿井发展方向。ＷｉＦｉ和４Ｇ矿井移动通信系统、矿井广播通信系统、多媒体矿井救灾通信系统、将通信电缆埋入巷帮与底板夹角处的矿用有线调度通信系统、基于
ＴＯＡ的动目标定位系统、矿用无线摄像机、矿用低照度高清摄像机、矿用万兆以太网、矿用无源光网络等新技术和新装备，将在煤矿安全生产中发挥重要作用。
参考文献：
［１］ 孙继平．煤与瓦斯突出报警方法［Ｊ］．工矿自动化，２０１４，４０（１１）：１－５．
［２］ 国家煤矿安全监察局．全国煤矿事故分析报告［Ｒ］．２００９—２０１３．
［３］ 孙继平．现代化矿井通信技术与系统［Ｊ］．工矿自动化，２０１３，３９（３）：１－５．
［４］ 孙继平．矿井通信技术与系统［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１０，３８（１２）：１－３．
［５］ 孙继平．安全高效矿井监控关键技术研究［Ｊ］．工矿自动化，２０１２，３８（１２）：１－５．
［６］ 孙继平．煤矿井下有线宽带信息传输研究［Ｊ］．工矿自动化，２０１３，３９（１）：１－５．
·
５
·
２０１５年第２期孙继平：煤矿事故特点与煤矿通信、人员定位及监视新技术
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议