矿用人车无线报警系统研发

朱 君

（肥城白庄煤矿有限公司,山东 肥城 271623）

矿用人车无线报警系统研发

朱 君

（肥城白庄煤矿有限公司,山东 肥城 271623）

研发了一套矿用人车无线报警系统，该系统可以用于载人的电机车，也可以用于载物的电机车司机之间的安全提醒。

矿用人车;无线报警；联系装置

1 概述

目前我国的煤矿井下平巷中用于运输人员的电机车车头和车厢之间没有可靠的信号联系装置。两列载物列车的司机之间也没有信号联系。《煤矿安全规程》中规定的唯一的联系方法是用矿灯发送信号。而在井下的现场，由于电机车运行时噪声特别大，另外井下环境噪声也特别大，如风车发出的噪声、绞车发出的噪声等，在这种噪声特别大的环境中，有时根本听不到呼喊声，由于车头和车厢的距离远时，摆动矿灯司机也不能及时发现，还因为司机的主要精力是放在观察车头前方的路面有无障碍和行人，而对车头后方的摆灯和呼喊根本不注意。

根据上述情况，我们研发了一套矿用人车无线报警系统，该系统可以用于载人的电机车，也可以用于载物的电机车司机之间的安全提醒。

用于载人电机车。在每节车厢内安设一套无线发射装置，在紧急情况下给车头发出求救信号；在车头内安设一套无线接收装置，车头的接收电路中有一个声光报警器，当收到车厢内发出的紧急呼救信号时，发出声光报警。这时司机就接到停车信号，立即停车。

用于载物电机车。给每个电机车司机也配备一个无线发射器。用于两列列车司机之间的互相提醒。即两列载物列车在追尾或相对碰撞之前，司机之间可互相发信号警示。

2 系统技术特性

该系统信号的发射和接收方式为无线。利用集成电路SC2262/2272组成一对无线收发电路。

该系统有以下特点：

（1）在车厢内的乘客遇到危险等特殊情况需要停车时，可以通过车厢内的无线信号发射器向安装在车头内的无线信号接收器发出报警信号，车头内的无线信号接收器收到信号后可以发出声光报警信号。用于电机车车头司机之间的安全提醒时，可以在每个电机车的驾驶室内配备一个无线信号发射器，遇到危险情况时，司机之间可以相互发出报警信号。

（2）发射和接收信号采用无线方式，隐蔽、安全且适合远距离传输。避免了车头与车厢之间、车厢与车厢之间的线缆连接，方便了维修和使用。

（3）有效通讯距离长，操作简单、稳定可靠。按一节车厢4米计算，一个车头拉22节车厢，在最后一节车厢内（距离车头90米）发出信号时，车头仍能准确稳定的收到报警信号。

3 关键技术

（1）利用集成电路SC2272/2262集成一对无线收发电路，应用于煤矿井下车辆报警信息装置中。

（2） 同时采用315MHZ和433MHZ双频段抭干扰技术。当一个频段有干扰时，立即换用另一个频段。

由于矿井井下环境差，对无线电波的吸收、反射等影响很大，而频段对无线电波的传输又至关重要，所以对无线电波的频段选择最关键。

4 关键工艺

（1）现场条件分析。井下巷道内周围都是煤、半煤岩、全岩石等。井下煤、半煤岩、全岩石对无线信号的吸收、反射、折射、衍射较井上的一般环境严重，不利于无线信号的远距离传输。选用合适的无线频率和发射功率是本项目的技术关键。

煤矿电机车主要用于井下平直大巷。以肥城矿业集团白庄煤矿-250水平井下大巷为例。

白庄煤矿井下主要为石炭系（C）太原组（C 3t）。厚约143～165m，平均155m。岩性以灰～灰黑色粉砂岩为主，浅灰～深灰色泥岩、灰～灰绿色中、细粉砂岩、粉砂岩与细砂岩互层等相间出现，含石灰岩5层，其中一、二、三、四灰为标志层。含煤13层，石灰岩中主要产腕足类、腹足类、海百合、珊瑚、长身贝、蜓科等化石。煤层顶底板主要含植物化石。

整个巷道岩体的性质决定了无线信号在矿井井下传输的局限性。如何克服这些煤、半煤岩、全岩石对无线信号的影响是本项目的关键工艺。

（2）无线通信传输信号最佳频段选择。由于煤矿井下环境恶劣，巷道几何形状不一，给无线信号的传输带来一定的影响，为保证井下通信有效、畅通，对井下信道的传输特性进行定性的分析，从而确定通信信号的最佳频率。本系统中我们以肥矿集团白庄煤矿-250水平轨道石门大巷中弯曲矩形巷道为实验环境，下面主要分析介绍针对弯曲矩形巷道的通信频段选择。

1）弯曲矩形巷道电磁波衰减特性。弯曲矩形巷道如下图一所示，巷道高为2h，宽为2b，a是弯曲巷道的平均曲率半径。巷道顶面与地面认为理想导体，两侧壁的电导率、介电常数、磁导率分别为?，并设两侧壁具有常阻抗（导纳）。巷道内为空气，介电常数、磁导率分别为。

2）实验分析。由实验可见，在平直巷道中，频率越高，衰减率越小，在弯曲巷道中，频率越高，衰减率越大，可见理论计算和试验结果的趋势是一致的。通过理论计算和试验结果可以看出，对平直巷道中，频率越高，越有利电磁波的传输，在弯曲巷道中，频率越高，越不利电磁波的传输，经多次现场测试，采用300M到450M左右的频率效果最佳，经实地测试，该频段无相近的信号和干扰，最后采用315MHz作为井下移动通信的首选工作频率。433MHZ作为第二套备用工作频率。