礦用人車無線報警系統(tǒng)研發(fā)

朱 君

（肥城白莊煤礦有限公司,山東 肥城 271623）

礦用人車無線報警系統(tǒng)研發(fā)

朱 君

（肥城白莊煤礦有限公司,山東 肥城 271623）

研發(fā)了一套礦用人車無線報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以用于載人的電機(jī)車，也可以用于載物的電機(jī)車司機(jī)之間的安全提醒。

礦用人車;無線報警；聯(lián)系裝置

1 概述

目前我國的煤礦井下平巷中用于運(yùn)輸人員的電機(jī)車車頭和車廂之間沒有可靠的信號聯(lián)系裝置。兩列載物列車的司機(jī)之間也沒有信號聯(lián)系。《煤礦安全規(guī)程》中規(guī)定的唯一的聯(lián)系方法是用礦燈發(fā)送信號。而在井下的現(xiàn)場，由于電機(jī)車運(yùn)行時噪聲特別大，另外井下環(huán)境噪聲也特別大，如風(fēng)車發(fā)出的噪聲、絞車發(fā)出的噪聲等，在這種噪聲特別大的環(huán)境中，有時根本聽不到呼喊聲，由于車頭和車廂的距離遠(yuǎn)時，擺動礦燈司機(jī)也不能及時發(fā)現(xiàn)，還因為司機(jī)的主要精力是放在觀察車頭前方的路面有無障礙和行人，而對車頭后方的擺燈和呼喊根本不注意。

根據(jù)上述情況，我們研發(fā)了一套礦用人車無線報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以用于載人的電機(jī)車，也可以用于載物的電機(jī)車司機(jī)之間的安全提醒。

用于載人電機(jī)車。在每節(jié)車廂內(nèi)安設(shè)一套無線發(fā)射裝置，在緊急情況下給車頭發(fā)出求救信號；在車頭內(nèi)安設(shè)一套無線接收裝置，車頭的接收電路中有一個聲光報警器，當(dāng)收到車廂內(nèi)發(fā)出的緊急呼救信號時，發(fā)出聲光報警。這時司機(jī)就接到停車信號，立即停車。

用于載物電機(jī)車。給每個電機(jī)車司機(jī)也配備一個無線發(fā)射器。用于兩列列車司機(jī)之間的互相提醒。即兩列載物列車在追尾或相對碰撞之前，司機(jī)之間可互相發(fā)信號警示。

2 系統(tǒng)技術(shù)特性

該系統(tǒng)信號的發(fā)射和接收方式為無線。利用集成電路SC2262/2272組成一對無線收發(fā)電路。

該系統(tǒng)有以下特點：

（1）在車廂內(nèi)的乘客遇到危險等特殊情況需要停車時，可以通過車廂內(nèi)的無線信號發(fā)射器向安裝在車頭內(nèi)的無線信號接收器發(fā)出報警信號，車頭內(nèi)的無線信號接收器收到信號后可以發(fā)出聲光報警信號。用于電機(jī)車車頭司機(jī)之間的安全提醒時，可以在每個電機(jī)車的駕駛室內(nèi)配備一個無線信號發(fā)射器，遇到危險情況時，司機(jī)之間可以相互發(fā)出報警信號。

（2）發(fā)射和接收信號采用無線方式，隱蔽、安全且適合遠(yuǎn)距離傳輸。避免了車頭與車廂之間、車廂與車廂之間的線纜連接，方便了維修和使用。

（3）有效通訊距離長，操作簡單、穩(wěn)定可靠。按一節(jié)車廂4米計算，一個車頭拉22節(jié)車廂，在最后一節(jié)車廂內(nèi)（距離車頭90米）發(fā)出信號時，車頭仍能準(zhǔn)確穩(wěn)定的收到報警信號。

3 關(guān)鍵技術(shù)

（1）利用集成電路SC2272/2262集成一對無線收發(fā)電路，應(yīng)用于煤礦井下車輛報警信息裝置中。

（2） 同時采用315MHZ和433MHZ雙頻段抭干擾技術(shù)。當(dāng)一個頻段有干擾時，立即換用另一個頻段。

由于礦井井下環(huán)境差，對無線電波的吸收、反射等影響很大，而頻段對無線電波的傳輸又至關(guān)重要，所以對無線電波的頻段選擇最關(guān)鍵。

4 關(guān)鍵工藝

（1）現(xiàn)場條件分析。井下巷道內(nèi)周圍都是煤、半煤巖、全巖石等。井下煤、半煤巖、全巖石對無線信號的吸收、反射、折射、衍射較井上的一般環(huán)境嚴(yán)重，不利于無線信號的遠(yuǎn)距離傳輸。選用合適的無線頻率和發(fā)射功率是本項目的技術(shù)關(guān)鍵。

煤礦電機(jī)車主要用于井下平直大巷。以肥城礦業(yè)集團(tuán)白莊煤礦-250水平井下大巷為例。

白莊煤礦井下主要為石炭系（C）太原組（C 3t）。厚約143～165m，平均155m。巖性以灰～灰黑色粉砂巖為主，淺灰～深灰色泥巖、灰～灰綠色中、細(xì)粉砂巖、粉砂巖與細(xì)砂巖互層等相間出現(xiàn)，含石灰?guī)r5層，其中一、二、三、四灰為標(biāo)志層。含煤13層，石灰?guī)r中主要產(chǎn)腕足類、腹足類、海百合、珊瑚、長身貝、蜓科等化石。煤層頂?shù)装逯饕参锘?/p>

整個巷道巖體的性質(zhì)決定了無線信號在礦井井下傳輸?shù)木窒扌?。如何克服這些煤、半煤巖、全巖石對無線信號的影響是本項目的關(guān)鍵工藝。

（2）無線通信傳輸信號最佳頻段選擇。由于煤礦井下環(huán)境惡劣，巷道幾何形狀不一，給無線信號的傳輸帶來一定的影響，為保證井下通信有效、暢通，對井下信道的傳輸特性進(jìn)行定性的分析，從而確定通信信號的最佳頻率。本系統(tǒng)中我們以肥礦集團(tuán)白莊煤礦-250水平軌道石門大巷中彎曲矩形巷道為實驗環(huán)境，下面主要分析介紹針對彎曲矩形巷道的通信頻段選擇。

1）彎曲矩形巷道電磁波衰減特性。彎曲矩形巷道如下圖一所示，巷道高為2h，寬為2b，a是彎曲巷道的平均曲率半徑。巷道頂面與地面認(rèn)為理想導(dǎo)體，兩側(cè)壁的電導(dǎo)率、介電常數(shù)、磁導(dǎo)率分別為?，并設(shè)兩側(cè)壁具有常阻抗（導(dǎo)納）。巷道內(nèi)為空氣，介電常數(shù)、磁導(dǎo)率分別為。

2）實驗分析。由實驗可見，在平直巷道中，頻率越高，衰減率越小，在彎曲巷道中，頻率越高，衰減率越大，可見理論計算和試驗結(jié)果的趨勢是一致的。通過理論計算和試驗結(jié)果可以看出，對平直巷道中，頻率越高，越有利電磁波的傳輸，在彎曲巷道中，頻率越高，越不利電磁波的傳輸，經(jīng)多次現(xiàn)場測試，采用300M到450M左右的頻率效果最佳，經(jīng)實地測試，該頻段無相近的信號和干擾，最后采用315MHz作為井下移動通信的首選工作頻率。433MHZ作為第二套備用工作頻率。