煤礦井安全監控的無線通信技術
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摘要：在我國目前的能源結構中，煤炭仍然占據較大的比例。安全問題是煤炭產業中最重要的部分，但就目前而言，我國的煤炭生產環境不容樂觀，在救援方面也相對落后。所以，應當把煤炭產業與現代的信息技術相結合，利用這些新技術，提高井下生產的安全性以及保證救援的及時性。文章就煤礦安全這一課題展開了針對性的研究，結合井下生產的實際情況，提出把無線通信技術運用到煤炭產業的各個環節，以加強對礦井下的安全監控。
1煤礦井下安全監控無線通信技術的重要性
在最近的幾年里，我國的煤礦事故時有發生，這不僅意味著財產的損失，更重要的是威脅到了井下工作人員的生命安全。就目前而言，我國的煤炭產業的安全生產情況仍然和世界上的發達國家存在較大差距，2012年，我國每生產100萬噸煤炭的人員死亡率為0.37，而同年美國的這一數據為0.03，澳大利亞為0.05；2016年，我國每生產100萬噸煤炭的人員死亡率為0.156。從這些數據中可以看出我國在煤礦安全生產上仍然有許多不足的地方，與世界發達國家的差距也比較大；也可以看出，隨著我國的發展，安全問題也在逐漸得到改善，但仍然與發達國家之間存在差距，這說明我們國家在煤炭行業中仍然可以改進。煤炭事故不僅對國家和人民的財產生命安全造成威脅，其同樣也是一個社會問題，人民時刻關注這個問題。因此，我們國家也對煤礦的安全生產越來越重視。這使得我國煤礦安全事故得到一定程度的控制，但煤炭的安全生產仍然存在問題，人們對其中的一些具有代表性的煤礦事故展開分析，發現這些事故的原因大部分是因為地面的工作人員不能與井下的工作人員進行實時溝通，地面工作人員也不能實時監控井下工作人員所處位置和工作狀況，這就造成一旦發生事故，不能及時發現井下工作人員所在位置導致救援效果不理想，這是其中的一個問題[1]。另一個問題是由于人為疏忽造成的安全問題，比如，負責瓦斯監測的工作人員由于不負責任或疏忽沒有及時發現瓦斯超標所造成的安全事故。通過以上的分析，如果在煤礦的生產監管過程中可以實現及時有效的信息傳輸，那么煤礦的安全問題將會得到一定的改善。而無線通信技術可以對此提供幫助。
2煤礦井下生產現狀以及煤礦產業對無線通信的需求
我國是世界上最大的煤炭生產國，煤炭產量大約占據世界總產量的1/3。但我國的煤炭生產卻存在很多的安全隱患，在我國，幾乎每年都可以看到有關煤礦事故的新聞，這些事故無一不在說明我國的煤礦生產現狀仍然不容樂觀。在煤炭產業中，最重要的問題就是安全生產。在我國一些大中規模的煤礦中，在一口井下工作的各類工作人員能夠達到千余人，大量的工作人員和工作設備分布于礦井中，在實際的生產過程中，井下的工作人員需要和地面人員進行溝通，實時地將井下監控數據傳遞到地面安全人員，以便地面工作人員對這些數據進行查看分析。如果發生事故，監控人員也需要將事故信息傳遞到相關人員手中，以便對采取及時有效的救援。目前，我國煤礦的地面通信網絡建設已達到實際需求，但井下通信仍然需要繼續加緊建設。煤礦的通信方式主要分為兩類，一類是有線通信，一類是無線通信。在過去，井下通信主要依賴有線通信，而且，由于技術受限，每個通信系統都需要專門鋪設電纜來實現溝通，這就意味著各個通信系統并不能實現互聯互通。這種情況使得信息不能進行及時傳遞，而且，維護這些通信系統也需要耗費大量的精力。在后來，光纖技術的出現雖然解決了一些問題，但總體提升空間不大[1]。而無線通信技術就可以完美地解決這些問題，如果將無線通信技術應用于煤礦的安全生產，那煤礦的安全問題就可以得到很大程度的改善。
3煤礦安全監控以及無線通信技術
3.1實現井下工作人員的位置監控
煤礦一旦發生事故，井下的工作人員位置信息將成為關鍵信息，如果能夠實施監測到井下工作人員的位置，將會對救援工作起到巨大的作用。在地面上，要定位一個人大多采用全球定位系統（GlobalPositioningSystem，GPS），但在井下，GPS信號無法進行全覆蓋，因此GPS的效果不是特別好[2]。在目前的煤礦井下，一般使用無線射頻識別（RadioFrequencyIdentificationDevices，RFID）等無線通信技術來實現井下工作人員的位置監控，但這些技術在進行精確定位時有些力不從心，因此，人們應該結合井下的實際工作環境，開發出一套適合井下的無線通信技術，實現對井下工作人員的精確定位，這樣一旦發生事故，地面救援人員就可以精確定位到受困礦工并對其進行及時、有效的救援。
3.2實現井下安全隱患預警
我國的煤炭儲量豐富，但我國的大部分煤礦都屬于高瓦斯煤礦，這種煤礦的開采難度比較大，危險系數也比較高，要想提高煤礦安全性，就需要對這些安全隱患進行監測預警。比如在瓦斯的監測方面，如果對這類監測開發一套實施監測預警系統，能夠對瓦斯的含量做到實時監測并對其進行預警，那這類事故的發生將會得到大大緩解。目前在煤礦的安全系統中都有監測預警功能，但有些還做不到對數據進行實時傳輸和預警，難以滿足實際的安全需求[3]。這也需要將更有效的無線通信技術融入煤礦安全監測系統中，爭取實現煤礦的安全生產。
3.3運用無線通信技術實現井下信息的實時監測和傳遞
（1）將多個功能集合在一起通過RFID或者Wi-Fi發到監控中心，比如說將定位功能和監測瓦斯的功能結合在一起，攜帶定位識別設備的工作人員每走到一個地方都可以實時了解這個地方的瓦斯濃度，以便判斷能否進入該區域，同時，將預警功能也整合到這個設備當中，這個設備將該工作人員所在位置的信息實時傳遞到監控中心，監控中心實時對這些數據進行監測分析，一旦發現異常情況立即通知井下工作人員并給出解決方案；（2）在工作區域建立基站，將定位功能和地壓監測功能整合到一起，使得這些數據可以實時傳遞到監測中心，并由這些數據分析得出是否會出現危險；（3）將煤礦的監控系統與政府監控網互連，這樣不僅可以讓政府及時了解到煤礦生產情況，也可以對煤礦生產情況進行實時監測，一旦發生危險，政府就可以調動最大力量去參與救援，以確保礦工的生命安全。這些功能的實現都要基于無線通信技術，有了無線通信技術的支持，信息才能及時、有效地進行傳遞[4]。
4結語
煤礦的生產安全是一個永恒的主題，為了實現這一目標，要堅持發展煤礦安全技術，基于煤礦井下實際需求，結合現代先進技術，開發有效的安全措施。無線通信技術對煤礦的安全生產起到了決定性的作用。在無線通信的基礎上可以實現很多功能，例如，井下工作人員的位置監控、井下安全隱患的實時預警等，這些功能都將對井下的安全生產起到巨大的作用[5]。同時，在實際應用上，有些技術達不到實際需求，這就需要人們繼續努力鉆研，開發出合適的方法來確保井下生產的安全性，進而達到保障井下工作人員的生命安全和國家財產安全的這一目標。隨著技術的發展，無線通信在煤礦中將得到更大范圍的運用，同時也將取得更大的效果，人們要用自己最大的努力不斷完善和發展煤礦井下的安全技術，爭取將煤礦事故發生率降到最低。
[參考文獻]
[1]季文濤.煤礦井下安全監控無線通信技術[C].北京：中國科協年會，2006.
[2]張柱.基于CDMA的煤礦井下無線通信系統[D].太原：太原理工大學，2014.
[3]孫永.煤礦物聯網無線信道優選理論算法的研究[D].徐州：中國礦業大學，2016.
[4]靳松魁.礦山井下安全監控系統的研究與實現[D].長沙：湖南大學，2009.
[5]胡江浪.煤礦井下移動視頻監控系統的設計與實現[D].南京：南京信息工程大學，2016.
作者:陶崗 單位:云南省宣威市電子政務網絡管理中心