基于光纖通信的井下瓦斯?jié)舛葯z測(cè)網(wǎng)絡(luò)

摘 要：本文設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于礦井下的光纖通信傳感網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)在礦井下工作，可以克服惡劣的工作環(huán)境，同時(shí)保障瓦斯?jié)舛刃畔ⅰ⑷藛T位置信息等實(shí)時(shí)地傳遞給主機(jī)，從而保證安全生產(chǎn)的要求。

關(guān)鍵詞：光纖通信網(wǎng)絡(luò) 礦井環(huán)境 瓦斯?jié)舛刃畔?人員定位信息

中圖分類號(hào)：TN818 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）04（a）-0034-01

我國(guó)是煤炭資源大國(guó)，而我省又是煤炭主要生產(chǎn)地。作為基本的能源材料，開采煤炭的過程成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，煤炭的需求也日益增長(zhǎng)，而在追求產(chǎn)量的同時(shí)疏忽安全問題也是常見的現(xiàn)象，導(dǎo)致全國(guó)煤礦事故頻發(fā)，給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p失[1]。在中國(guó)，每百萬(wàn)噸死亡率在0.9左右，而相比國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，這個(gè)比例實(shí)在是太高了，在美國(guó)，每百萬(wàn)噸死亡率大約0.04左右，印度為0.4，俄羅斯為0.3，南非為0.12。因此，加強(qiáng)礦井下安全監(jiān)控非常重要[2]。

煤礦安全監(jiān)控是復(fù)雜系統(tǒng)工程，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是安全管理的重要部分，在防災(zāi)、減災(zāi)等方面提高生產(chǎn)效率。隨著礦井安全的不斷提高，研究一套實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)瓦斯?jié)舛取⑷藛T定位的通信網(wǎng)絡(luò)勢(shì)在必行。

光纖通信的發(fā)展速度非常快，其單位時(shí)間內(nèi)傳輸信息量大是其主要特點(diǎn)。而其建設(shè)費(fèi)用也隨著數(shù)量的增多而大大減小，并且具有體積小、質(zhì)量輕、抗電磁干擾能力強(qiáng)、保密好、抗干擾能力強(qiáng)等多種優(yōu)點(diǎn)[3]。本文研究設(shè)計(jì)了一種用于礦井下工作的光纖通信網(wǎng)絡(luò)，用于傳輸瓦斯?jié)舛?、氣壓、濕度、人員位置信息等多種信息，有效地滿足實(shí)時(shí)監(jiān)控的要求。

1 光纖通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

在整個(gè)礦井下，設(shè)置多個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)和礦帽節(jié)點(diǎn)，礦帽節(jié)點(diǎn)就是對(duì)應(yīng)的人員位置，每個(gè)人員位置上的瓦斯?jié)舛刃畔⒁约皾穸?、位置等信息通過無(wú)線傳輸模塊傳個(gè)與之相近的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)。而信標(biāo)節(jié)點(diǎn)實(shí)際上就是光纖通信輸入端，采用光纖傳輸完成相應(yīng)信息的交流，系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。

2 在井下應(yīng)用光纖通信網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

光纖通信的傳輸容量大、抗電磁干擾能力強(qiáng)、損耗小等優(yōu)點(diǎn)得到重視。井下光纖通信與地面光纖通信是不同的，由于井下環(huán)境惡劣、濕度大、巷道曲折、距離短等情況復(fù)雜，所以在具體應(yīng)用過程中比較困難，而其將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，不存在防爆、電磁干擾等特性有適合井下的特殊環(huán)境。

（l）礦井光纖通信的優(yōu)點(diǎn)。

光纖通信容量大，通信能力強(qiáng)。滿足礦井瓦斯、人員位置等信息的傳輸要求。光纖損耗低，一般幾十公里才需要考慮放大，可靠性高。而電纜一兩公里就要中繼放大，在空間狹窄的井下是十分不利的；抗電磁干擾性能強(qiáng)。光纖本身不導(dǎo)電，避免了電纜間的電磁干擾，而別的電磁信號(hào)也很難影響光信號(hào)?？乖肼暩蓴_能力強(qiáng)，在井下照明等電噪聲不能影響光信號(hào)。而眾多電氣設(shè)備的閉合電弧等均不會(huì)影響光纖通信；適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)。對(duì)于潮濕、多灰、瓦斯等氣體對(duì)光纖網(wǎng)絡(luò)基本沒有影響。光纖隨溫度變化小、抗腐蝕、氧化性能強(qiáng)。由于光纖不導(dǎo)電，使用光纖通信安全，不存在接地等問題；防爆性能好。井下含有易燃易爆氣體，井下工作需要有防爆性的器件，光纖不會(huì)引起環(huán)境爆炸等問題；經(jīng)濟(jì)性。光纖質(zhì)量輕、體積小，操作、運(yùn)輸方便，節(jié)省大量的銅、鋁等金屬，且損耗低，總成本低。

（2）礦井光纖通信的缺點(diǎn)。

光纖采用光信息，而終端設(shè)備為電處理器，所以需要光電轉(zhuǎn)換，增加了應(yīng)用成本。與電纜相比，抗拉強(qiáng)度小、而脆性又大，敷設(shè)過程復(fù)雜。光纖的維修、檢測(cè)需要專用設(shè)備，維修復(fù)雜，護(hù)理成本高。

3 井下光纖通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)施步驟

針對(duì)井下巷道變化的特點(diǎn)，敷設(shè)光纖時(shí)，采用專用設(shè)備，保持光纖的平直，曲率半徑不小于50 cm，減少損耗。由于井下通信量低，數(shù)據(jù)信息單一，可以不采用復(fù)用技術(shù)，降低技術(shù)實(shí)現(xiàn)成本。針對(duì)井下工作距離短、分支多的問題，可以省略對(duì)光纖距離衰減的計(jì)算，直接采用通信數(shù)據(jù)。采用技術(shù)成熟、價(jià)格低廉的C.652光纖就能滿足設(shè)計(jì)要求，還可以將路由器、集線器以及交換機(jī)設(shè)備組網(wǎng)，既增加了網(wǎng)絡(luò)靈活性，又對(duì)維護(hù)及管理帶來(lái)方便。

4 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于礦井下的光纖通信傳感網(wǎng)絡(luò)，分析了井下光纖網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，并給出了井下光纖網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施步驟。

參考文獻(xiàn)

[1]郝丹，閆柏旭.光纖通信概述[J].中國(guó)科技信息，2010，11（7）：112-113.

[2]劉中奇，王汝琳，周明.基于光纖通信的礦井通信應(yīng)用策略研究[J].煤炭機(jī)械，2004，2（2）：39-40.

[3]Michael Buchwitz. Retreval of CH4，CO，CO2 total column amounts from SCAMACHY near-infrared nadir spectra： Retrieval algorithm and first results[J].SPIE，2004，5235：375-388.