煤矿应急通信保障系统的设计.pdf

第 2期 2 0 1 2年 2月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a nd M i ne Aut o mat i o n No ． 2 F e b ． 2 O1 2 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 2 0 2 0 0 0 5 --0 4 DO I C NK I 3 2 1 6 2 7 ／ T P ． 2 0 1 2 0 1 1 3 ． 1 2 4 5 ． 0 0 2 燥矿应急通信保障系统的设计 钱建生， 李双双， 王莹莹 中国矿业大学信 电学院，江苏 徐州 2 2 1 1 1 6 摘要 提 出了一种煤矿应急通信保障 系统的设计方案。该 系统的核心即应急救援软件平 台通过 中继网 关 、 专 用转换 器等设备 整 合 井下 扩播 电话机 、 小灵 通 、 Wi F i 手 机 、 调 度 电话机 、 井 下广播 系统 ， 从 而 实现 各 通 信 系统 间 的互联 互通 ； 该 系统 通过 应 急救援 软件 平 台实现与 矿 井人 员定位 系统 的互联 互 通 、 与矿 井 工业 以太 网的综合接入。实际测试结果表明， 该 系统具有线路 管理、 音频播放、 一键通、 广播及应急通信救援等功能， 提 高 了应 急救援 工作 的 效率 。 关键 词 煤 矿应 急通 信 ； 语 音通信 ；应 急救援 软件 平 台；工业 以太 网 ； 一键 通 ；广播 中图分类号 T D6 5 5 文献标识码 A 网络出版时间 2 0 1 2 --0 1 1 3 1 2 4 5 网络 出版地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 0 1 2 0 1 1 3 ． 1 2 4 5 ． 0 0 2 ． h t ml De s i g n o f Eme r ge nc y Co mmu ni c a t i o n S e c u r i t y S y s t e m o f Co a l M i n e QI AN J i a n s h e n g， LI S h u a n g s h u a n g， W ANG Yi n g y i n g S c h o o l o f I n f o r ma t i o n a n d El e c t r i c a l En g i n e e r i n g o f CUM T． ，Xu z h o u 2 2 1 1 1 6 ，Ch i n a Ab s t r a c t The pa pe r pr o po s e d a d e s i gn s c h e m e of e m e r g e nc y c o m mun i c a t i o n s e c u r i t y s ys t e m o f c o a l mi ne．The s y s t e m S c o r e n a m e l y e m e r ge n c y r e s c u e s of t wa r e p l a t f o r m i n t e g r a t e s u nd e r gr o un d br o a dc a s t t e l e ph one ，PH S， W i Fi m o bi l e pho ne ， di s pa t c h i ng t e l e pho ne， u nd e r g r oun d br o a dc a s t i n g s y s t e m t hr o ug h r e l a y g a t e wa y a nd s p e c i a l c o nv e r t e r ， S O a s t o r e a l i z e i nt e r c o nne c t i o n a mo ng c ommuni c a t i o n s ys t e m s ．And t he s ys t e m c a n r e a l i z e i nt e r c o nne c t i on wi t h pe r s o nne l l oc a t i o n s ys t e m o f mi ne a nd i nt e gr a t e d a c c e s s wi t h 收稿 日期 2 0 1 1 1 0 1 7 基金项 目 国家高技术研究发展计划 “ 8 6 3 ” 计划 资助项 目 2 0 0 8 AA0 6 2 2 0 0 ， 江苏省成果转化项 目 B A2 0 1 0 0 5 8 作者简介 钱建生 1 9 6 4 一 ， 男 ， 浙江乌镇人 ， 教授 ， 博士 ， 主要研究方向为煤矿信息化及矿山物联 网通信技术 。E - ma i l q i a n j s h c u mt ． e d u ． c n [ 2] [ 3] [ 4] [5] [6 ] [7 ] [ 8] [ 9] 孙继平． 煤矿安全生产与信息化[ M] ． 北京 煤炭工业 出版社 ， 2 0 1 1 ． 孙继平． 煤矿井下紧急避 险系统研究 [ J ] ． 煤 炭科学技 术 ， 2 O 1 1 ， 3 9 1 6 9 7 1 ． 孙继平． 煤矿井下紧急避险关键技 术研 究E J ] ． 煤炭学 报 ， 2 0 1 1 ， 3 6 1 1 1 8 9 0 1 8 9 4 ． 孙继平． 煤矿井 下避 难 硐室 与 救 生舱 关 键 技术 研 究 [ J ] ． 煤炭 学报 ， 2 0 1 1 ， 3 6 5 7 1 3 7 1 7 ． 孙继平． 煤矿井下安全避 险“ 六大系统” 的作 用和 配置 方案l- J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 0 1 1 1 - 4 ． 孙继平． 瓦斯综合 防治方法研究 [ J ] ． 工矿 自动化， 2 0 1 1 2 1 - 5 ． 孙继平． 煤矿安全生产理念研究[ J ] ． 煤炭学报， 2 0 1 1 ， 3 6 2 3 1 3 - 3 1 6 ． 孙继平． 屯兰煤矿“ 2 2 2 ” 特别 重大 瓦斯爆 炸事 故原 [ 1 0 ] [ 1 1 ] [ 1 2 ] [ 1 3 ] [ 1 4 ] [ 1 5 ] [ 1 6 ] 因及教训[ J ] ． 煤炭学报 ， 2 0 1 0 ， 3 5 1 7 2 7 5 ． 孙继平． 煤矿安 全监 控 技术 与系 统 I- J ] ． 煤 炭 科学 技 术 ， 2 0 1 0， 3 8 1 0 1 - 4 ． 孙继平． 煤矿安全监控系统联网技术研究[ J ] ． 煤炭学 报 ， 2 0 0 9 ， 3 4 1 1 1 5 4 6 1 5 4 9 ． 孙继平． 煤矿井下人员位 置监 测技术 与系统[ J ] ． 煤炭 科学技术 ， 2 0 1 0 ， 3 8 1 1 1 - 4 ． 孙继平． 煤矿井下人员位置监测系统联网[ J ] ． 煤炭科 学技术 ， 2 0 0 9 ， 3 7 1 1 7 7 7 9 ． 孙继平． 矿 井 通 信技 术 与 系统 [ J ] ． 煤 炭科 学 技术 ， 2 0 1 0， 3 8 1 2 1 - 4 ． 孙继平． 煤矿安全生产监控与通信技术 [ J ] ． 煤炭学 报 ， 2 0 1 0 ， 3 5 1 1 1 9 2 5 - 1 9 2 9 ． 孙继 平． 煤矿物联网特点与关键技术研究 [ J ] ． 煤炭学 报 ， 2 0 1 1 ， 3 6 1 1 6 7 1 7 1 ． 6 工矿 自动化 2 0 1 2年 2月 i n dus t r i a l Et h e r ne t o f m i ne t hr ou gh e m e r ge n c y r e s c u e s o f t wa r e p l a t f o r m ．The a c t u a l t e s t r e s u l t s ho we d t h a t t h e s y s t e m h a s f u n c t i o n s o f l i n e ma n a g e me n t ， a u d i o p l a y i n g ， p u s h t o t a l k， b r o a d c a s t i n g a n d e me r g e nc y c ommun i c a t i o n r e s c ue ，wh i c h i mpr o v e s e f f i c i e nc y o f e me r g e n c y r e s c ue wo r k． Ke y wo r d s e m e r g e n c y c o mm u ni c a t i on o f c o a l m i n e，v o i c e c ommun i c a t i o n，e m e r ge n c y r e s c u e s o f t wa r e pl a t f o r m ，i nd us t r i a l Et he r ne t ，pu s h t o t a l k，br o a d c a s t i ng 0引言 煤矿井下生产过程极其复杂 ， 环境条件相 当恶 劣， 再加上一些 自然灾害因素 ， 时常引发矿难， 严重 影响煤矿安全生产I l ] 。因此 ， 当矿难即将发生或者 矿难刚刚发生时 ， 如何快速有效地通知井下工作人 员尽快撤离和通知指挥 中心第一 时间展 开救援工 作， 是 目前急需解决的问题 。 现有的大多数应急通信保障系统主要针对地面 应急通信 ， 如固定 电话等[ 4 ] ， 这些系统能很好地完成 地面应急通信的任务 ， 但不能覆盖到井下。同时， 煤 矿井下正常 的通信 网络， 如 同轴 电缆及 无线通 信 等[ 5 ] ， 在事故 中也会受到破坏 ， 导致煤矿井下在事 故后无法正常通信。 鉴此 ， 笔者开发了一种便捷可靠的煤矿应急通 信保障系统。该系统是在预 防为主的前提下 ， 能够 迅速 、 准确 、 有序地对井下作业人员进行 紧急通知、 疏散和救援的煤矿井下通信 系统 ， 在煤矿发生灾难 时可及时通知人员撤离并可与避险人员通话。 1 系统 设计 1 ． 1 总 体 架 构 煤矿应急通信保障系统为基于工业以太网的有 线／ 无线相结合的通信系统， 通过统一的应急救援软 件平 台， 即综合指挥救援 中心 ， 实现扩播通信 、 调度 通信及无线通信等功能 ， 其拓扑结构如图 1 所示 。 1 ． 2 应 急救 援软 件平 台设 计 应急救援软件平台采用 J a v a 平台开发， 可通过 中继网关 、 专用转换器等通信网关设备整合扩播 电 话机、 小灵通、 Wi F i 手机、 调度 电话机、 井下广播 系 统等既有资源。如 图 2所示 ， 煤矿各通信系统通过 应急救援软件平台可实现联络通信功能 。 应急救援软件平台主要功能 1 整合现有的语音通信系统 ， 统一界面 ， 统一 管理 ； 2 调度室可直接对扩播 电话机 、 调度电话机、 手机各点进行紧急呼叫或广播 ； 3 显示各分机点 、 线状态； 综 合指挥 救 援中心 磊 嚣 d交 , 换N 机N 交 换 机 地面 ⋯⋯⋯⋯ 小灵通 矿用 扩音扩音矿用 电源箱 电话机 电话机 电源箱 。。。。糕 ． - ． - ． ⋯一．．．I 开 、 、 i 一 l I I t 扩播电话机 、 、 冀篓 ／ 小灵 6 灵通 鬟 翁 棼 鞣 终鞋 ’ 二 j 数 播电 话 机 ‘ 音 接 入 网 一 ●● ～ 一 防爆有源音箱 一 阻燃电话线； ⋯⋯- - 单模光纤； ⋯一一一 阻燃八芯双绞线；⋯ 一一阻燃四芯电缆 图 1 煤矿应 急通信保 障系统拓扑结构 图 2应 急救 援 软件 平 台功 能 4 分级管理， 分级监控 。 1 ． 3 系统 特点 1 广播及应急救援通信 可对单个或多个区域以及整个区域进行广播 ， 按下井下分控站或报警点的“ 紧急呼叫” 按钮， 可立 即中断广播 内容 ， 实现井上井下紧急救援通信。 2 一 键通 提供一键通功能 ， 在紧急情况下单键操作便可 调度所有的通信节点 。灾难发生前 ， 可在 1 mi n内 通知 到井下 各作 业 区的所有 员工 ； 灾难 发生 后 ， 可 为 抢险救 援 提 供 通信 保 障 可 与井 下 救 生 舱 实 现 对话 。 3 全覆 盖 覆盖了井下生产作业区、 管理办公区、 休息区等 2 0 1 2年 第 2期 钱 建 生等 煤矿 应 急通信 保 障 系统 的设 计 7 包 含井 上井 下 在 内的全 部重 要 区域 。 4 全兼容 与现有的广播系统 、 程控电话、 井下无线通信系 统兼容， 可以实现各系统的互联互通 ， 满足管理、 巡 检 、 安全、 救急人员等通信联络的需求。 5 人 员定位 紧 急 呼叫 与矿 井 人 员 定 位 系统 互 联 ， 通 过 人员 定 位 卡 上 的紧 急按 钮实 现 紧急 呼叫 功能 。 2关 键技 术 分析 2 ． 1 与矿 井人 员定位 系统互联 互 通 的关键技 术 煤矿应急通信保障系统 中的应急救援软件平台 将矿井人员定位系统与通信联络 系统互联 ， 如 图 3 所示。正常情况下 ， 煤矿应 急通信保 障系统能够实 时了解井下人员的准确数量 、 流动情况及分布情况 ， 从而提高矿井生产效率 ； 当发生矿难事故时 ， 井下人 员 通 过人 员定 位 卡上 的紧 急按钮 实 现对井 上 调度 室 的紧 急呼 叫 ， 救 援 人 员 可根 据矿 井 人 员 定 位 系 统 提 供 的 数据 ， 迅速 了解 有关 人 员 的位 置 情 况 并 与 之 进 行有效的通信联络 ， 从而及时采取相应的救援措施 ， 提高应急救援工作的效率。 紧急 事件 指令 下 发 人 员定位卡 振动、紧急烟亮 图 3 矿井人员定位 系统与通信联络系统 的互联 2 ． 2与矿 井工业 以 太 网综 合接入 的关键技 术 早期的语音通信系统与音频信号 的采集 、 传输 、 存储均为模拟形式 ， 没有实现数字化 ， 更不能通过网 络 交换 数据 ， 这 些模 拟语 音 通 信 系 统 具 有 较 好 的 实 时性和语音质量， 但存在灵活性极差 、 占用线路资源 多 、 语音通信范 围小等缺点 。近几年 ， 随着井下综合 业务数字网的提出及发展 ， 数字语音通信系统逐渐 应用 于煤矿井下。 目前 ， 井下语音通信系统正处 于 模拟 系统与数字系统混合应用并向数字系统过渡的 阶段 。相对于模拟语音通信系统 ， 数字语 音通信系 统主要具有使用方便 、 传输距离不受限制、 方便扩展 升级等优点_ 7 ] 。 针 对 实 际情 况 ， 笔 者 研发 了一 种具 有 多 种接 人 方式的矿用综合语音接入网关 。该网关采用先进 的 数字语音通信技术， 基于 I P通信协议 ， 支持静态 、 动 态 I P地址及 I P地址智能学习功能 ， 支持 S I P协议 或者 H3 2 3协议 ； 语 音编 码支 持 G． 7 1 1 、 G7 2 3 ． 1 、 G． 7 2 9 A， 语 音清 晰 ， 适 应各 种 网络环境 ； 可 将从调 度 台由工业以太网传来的网络信号转换成适合 RS 4 8 5 传输的数据 ， 并发送到各个扩播电话机， 以便在井下 实现扩播功能。该网关用于矿井扩播对讲系统的主 要 目的是在保 留矿井老式模拟电话机的基础上将语 音传输 I P化 ， 从而改善井下布线的安全性 ， 提高传 输距离 ， 方便调度控制 ， 并为井下通信系统的进一步 升 级改 造打 好基 础 。 3 系统相 关功 能测试 煤矿应急通信保障系统在平顶山天安煤业股份 有限公司八矿进行了实际测试 ， 主要测试 系统的线 路管理 、 音频播放 、 通话打点、 一键通 、 广播及应急通 信救援等功能。测试结果表 明， 该系统可对线路进 行分级管理 、 分级监控 ， 如图 4所示 ； 通话 打点音质 好 ， 音量高达 9 7 d B， 能够满足大巷及胶带巷等环境 嘈杂地区的扩音通信要求 ； 音频播放功能指可 以在 地面调度室的软件上选播歌 曲， 也可以播放井下扩 播电话机中 S D卡 内存储的歌曲和音乐 ； 一键通 功 能是指发生 紧急情 况时 ， 按下一键 通键 ， 系统 可在 1 mi n内快 速 接 通 井 下 所 有 的 通信 系统 ， 以 告 知井 下人员快速撤离 ， 如图 5所示 ； 广播及应急通信救援 功能测试结果如图 6 所示。 4结语 图 4 线路 管理测试界 面 针对煤矿井下通信环境设计的煤矿应急通信保 障系统 ， 通过应急救援软件平 台实现了与矿井人员 8 工矿 自动 化 2 0 1 2年 2月 根 据 需 要扩 灵 活 设 置 广 播 范 围 图 5 一键通功能测试界面 专 斜巷 可对系统中单个或多个区域进行广播，按下井下分站或报警点的 紧急呼叫按钮， 可立即中断广播内容， 实现井上井下紧急救援通信 图 6 广播 及应 急通 信救援功 能测试界 面 定位系统的互联互通 、 与矿井工业 以太 网的综合 接 入 ， 从而实现了矿井的扩播通信、 调度通信及无线通 信 。现场实际测试结果表明， 该系统具有线路管理 、 音频播放、 通话打点 、 一键通、 广播及应 急通信救援 等功能， 提高了应急救援工作的效率。 参 考 文 献 [ 1 ] 丁延龙． 矿井灾 害事 故避 灾 系统研 究 [ D ] ． 阜新 辽宁 工程技术大学 ， 2 0 0 7 ． [ 2 ] 张艳． 我国煤矿 事故 多发原 因及对 策探讨 [ J ] ． 矿 业安 全与环保 ， 2 0 0 8 ， 1 2 3 5 9 9 - 1 0 1 ． [ 3 ] 崔兆华． 2 0 0 1 --2 0 0 8年我 国煤 矿瓦斯 事故统计及 原 因 分析 E J ] ． 科 技 情 报 开 发 与 经 济 ， 2 0 0 9 ， 1 9 2 1 1 3 9 14 1． [ 4 ] 郑万波 ， 吴燕青 ， 谢 成梁 ， 等． 新 型矿井 应 急救 援 通信 系统关键技术 研究 [ J ] ． 煤 炭 科学 技术 ， 2 0 0 9 8 1 0 0 1O 2． E 5 ] 杨维 ， 冯锡生 ， 程时听 ， 等． 新一代全矿井无线信息 系统 理论与关键技术[ J ] ． 煤炭学报 ， 2 0 0 4 ， 2 9 4 5 0 6 5 0 9 ． [ 6 ] 刘伟． 新型集团化煤矿企业 如何 打造一 套完善 的煤 矿 应急通信系统[ E B ／ OL ] ． 2 0 0 9 0 9 2 4 [ 2 0 1 1 0 9 2 7 - [ ．h t t p | | ． C WW． n e t ． c n ／ e x h i b i t ／ h t ml ／ 2 0 0 9 ／ 9 ／ 2 4 ／ 2 0 0 9 9 2 5 1 6 3 1 1 8 0 3 0 2 ． h t m． [ 7 ] 杨 然 ， 门汝静． 国外 应急 通 信历 经 考验 走 向成 熟 [ J ] ． 网络电信 ， 2 0 0 9 5 4 6 4 8 ． [ 8 ] 林 嘉宇 ， 易波． 数字 音频压 缩技 术研 究 I- J ] ． 通信 技术 ， 2 0 0 2 2 6 8 7 1 ． 鄂庄煤矿“ 猴车“ 变频 系统改造 山东能源新汶矿业集团鄂庄煤矿原先安装有一部低速 R J HY7 5型架空乘人装置俗称“ 猴车” ， 运行 速度为 l _ 2 m／ s ， 运行距离为 1 1 5 0 m 巷道平均坡度为 1 2 。 。由于运输距离长 架空乘人装置单程运行时间 为 1 6 mi n ， 且启动方式为可控硅控制启动 采用高速 电压的方式调整电动机转速 ， 启动时电动机启动力矩 变 小 ， 易 出现 下行侧 重载 启动 飞车事 故 。 鉴于以上情况 ， 鄂庄煤矿对架空乘人装置进行 了变频改造 ， 改造后的架空乘人装置变频系统具备 6个 特点 1 变频器具有转矩 自动补偿功能和 自动调节功能， 能够 自动测定 电动机特性及相关参数 ， 达到恒转 矩启动 ， 解决了传统调速方式存在的低速特性和低力矩 问题 ， 避免了飞车事故发生 ； 2 采用无传感器矢量 控制技术连续调速 ， 调速精度高 ， 可实现高速 1 ． 8 m／ s以上 运行 ； 3 采用 四象 限变频技术对系统运行 中 的不平衡载荷进行反馈制 动和能量 回馈 ， 将 电动机处 在发 电状态 时产生 的电能 回馈 电网， 节约 了电能； 4 内置 P L C控制系统 ， 通过闭环的给定值与反馈值之 间的比较 ， 运用 比例、 积分 、 微分功能实现流量、 温 度、 压力等变量的控制 ， 控制准确 、 可靠 ； 5 驱动装置设置高速工作制动和末级安全制动闭锁开关， 防止 了 制动装置未打开时启动， 降低了设备损坏程度， 保证了制动的可靠性 ； 实现了过流、 欠压 、 缺相保护和沿途急 停、 重锤限位及各保护项 目显示 、 故障显示 、 速度显示和主要运行参数显示功能 ； 6 安装 3个调速档， 可根 据实际需要调整架空乘人装置的运行速度 ， 实现了高速绿色通道 的建设 。 周峰 ， 尹 雪峰 ， 秦 晋