KJ30 救灾无线通信系统与光纤收发器的组合应用

赵鹏程

（霍州煤电集团应急救援中心，山西 霍州 031400）

煤矿井下工作环境复杂，且在发生重大突发事故后矿井原有的通信线路会遭到不同程度破坏而难以维持正常运行。因此，煤矿救援队伍进入灾区现场后能否在第一时间建立井下救援现场与救援指挥部可靠的应急通信联系，使抢险救援指挥部第一时间了解现场情况，对组织各方救援力量、制定科学的救援方案有着极为重要的意义。以霍州煤电集团应急救援中心李雅庄矿应急救援队为研究对象，进行了KJ30 矿用救灾无线通信系统与光纤收发器的组合应用的实践[1-2]，保障了应急救援工作的信息传输。

1 KJ30 矿用救灾无线通信系统和光纤收发器特点

1.1 KJ30 矿用救灾无线通信系统

1.1.1 KJ30 矿用救灾无线通信系统原理

KJ30 矿用救灾无线通信系统布置图如图1 所示，主要包括KJ30-C 矿用本安型数据采集仪、KJ30-2 矿用本安型无线中继器、XHG3 矿用本安型骨传导听说器、KBA12X 矿用本安型摄像仪四个部分，采用智能自组网技术将中继器通过无线方式与采集仪、计算机建立无线连接，与其他中继器或无线接收器组合搭建无线传输网络，以实现无线中继功能。在矿井突发事件发生后，救援人员可利用本系统在井下快速搭建数据传输通道，通过摄像仪、骨传导听说器等设备将事发地点的现场视频、音频等信息传输至后台指挥中心，同时系统支持前方和后方的双向对讲，供救援指挥人员实时掌握整个救援情况并进行可视化的管理和调度。

图1 KJ30 矿用救灾无线通信系统布置

1.1.2 矿用救灾无线通信系统优点

KJ30 矿用救灾无线通信系统的优点是：中继设备无编号无次序限制，可实现灵活随机混序布设，即放即用，随布随通；高宽带数据传输，视频清晰；单兵设备轻便，专为救援定制的骨传导语音听说器佩戴在安全帽内，解放双手，佩戴方便，在灾变条件下，无须拨号，免提通话，实时在线；具有噪声过滤功能，与全面罩配合使用，在救援人员全副武装情况下，在灾变现场嘈杂的环境中能保证话音质量，还可同时向全体救援人员发出语音广播指令。

1.2 光纤收发器

光纤收发器就是将短距离双绞线电信号与长距离光信号进行互换的以太网传输媒体转换单元。光纤收发器一端是光纤接口，另一端是以太网接口，利用光纤通信信息容量大、保密性好、重量轻、体积小、无中继、传输距离长等优点，解决了以太网在传输过程中的问题。

2 KJ30 矿用救灾无线通信系统与光纤收发器组合系统的应用

2.1 工程概况

李雅庄煤矿位于山西省霍州市，隶属于霍州煤电集团，设计生产能力1.50 Mt/a。有主斜井、副斜井和1 号回风立井三个井筒，目前开采2 号煤层。李雅庄煤矿应急救援队成立于2001 年，主要负责李雅庄煤矿的突水事故应急救援、地质灾害应急救援等救援工作。应急救援队成立以来使用的通信设备主要有PXS-1 型声能电话、KTT 系列便携式通信电话、KJT-75 型救灾通信设备、SS-958 应急救援音视频通信系统、RB2000 井下救援通信系统等。

从2014 年起，李雅庄煤矿应急救援队使用的KJ30 矿用救灾无线通信系统。该系统已可以实时将事故现场的图像和声音传输到远程控制指挥中心，实现事故现场和远程指挥中心之间实时信息沟通。在该矿应急救援和应急救援演练过程中，发现该KJ30 矿用救灾无线通信系统存在无线信号受井下灾区环境影响大、布置工艺要求相对较高、信号不够稳定可靠、电磁波在矿井巷道中传播衰耗严重、传输有效距离有限等缺点。针对这一情况，从2018年1 月起，霍州煤电集团应急救援中心为李雅庄矿应急救援队配发了2 套KJ30 矿用救灾无线通信系统+光纤收发器的组合设备，利用有线通信和无线通信的优点，在保证通信可靠的前提下，采用无线和有线相结合的组网模式传输语音、视频和环境监测数据。该组合应用系统采用了“有线+无线”的信号传输方式，既保证通信质量和距离，又实现了现场的图像和声音的实时传输。

2.2 组合通信系统的应用方案

2018 年1 月，李雅庄矿应急救援队对配发的2套KJ30 矿用救灾无线通信系统+光纤收发器的组合设备进行了安装调试，并制定了相应的应用方案。

2.2.1 组合通信系统传输原理

李雅庄矿应急救援队KJ30 矿用救灾无线通信系统+光纤收发器的组合系统设备的通信原理：事故现场救援人员通过配备的摄像仪、骨传导听说器将事故现场的视频、音频等信息通过采集仪以无线传输方式传输至中继器的中心点，中心点利用光纤收发器转换成光信号，通过光纤传输至井上光纤收发器再次转换成电信号，最后传输至指挥部计算机。该应急救援队在布置系统设备时，在该煤矿设定灾区外围根据现场实际情况铺设光纤，一般是利用矿井原有的监测、监控光纤完成有线传输部分的连接，同时该有线部分应尽量向灾区内延伸。进入灾区侦察时，侦察小队只需在灾区范围内布置一个中心点和前端点建立几百米的无线联接，即可实现事故现场与地面指挥部间的实时音、视频通信联系。其组合架构如图2。

图2 光纤收发器与KJ30 通信系统组合架构示意图

2.2.2 组合通信系统构建步骤

该矿应急救援队组合通信系统的构建步骤：（1）用RJ45 网线将笔记本电脑与其中的一个光纤收发器连接；（2）用光纤连接两个光纤收发器；（3）用专用RJ45 网线将中心点与另一个光纤收发器连接；（4）依次打开笔记本电脑、光纤收发器、中继器、采集仪电源开关；（5）登录KJ30 矿用救灾无线通信系统软件，即可实现救援现场与指挥部的通信联系。

2.3 组合通信系统应用存在的问题及解决方案

李雅庄矿应急救援队KJ30 矿用救灾无线通信系统+光纤收发器的组合系统在三年多的应用过程中存在着以下问题，并提出了相应的解决方案。

2.3.1 井下光纤收发器的电源防爆问题

该矿救援队在救援过程中，一般选择外置电源光纤收发器，其电源要求为电压5 V、电流2 A，充电电池即可满足要求。但为满足下井设备的防爆要求，在选用充电电池作为光纤收发器电源时必须采用防爆电池，同时将电池密封于防爆盒内，防止因电池失爆造成二次事故。

2.3.2 光纤材质的选择问题

光纤是一种脆性易碎材料，抗弯曲性能差，韧性差。而事故发生后井下环境复杂，在灾区侦察时布置光纤需要进行多次收放，对光纤抗压性、耐折性有特殊的技术要求。针对这一情况，该矿救援队选用军用野战光纤，该光纤利用特制封装工艺，具有重量轻、弯曲度大、抗电磁干扰能力强、网络带宽高的特点，更适用于井下音、视频及网络数据传输。

2.3.3 光纤的快速收放问题

在灾区进行侦察时，人工肩负式收放线和滚筒式收放线都有一定的缺点，无法适用。针对这一情况，确定选择了光纤滑环进行收放线。在收放线滚筒上加装一个光纤滑环，能完美解决旋转连接的系统部件之间的数据传输，光纤在实现快速收放的同时保证侦察小队与抢救指挥部的实时通信联系。

2.3.4 光纤收发器与矿井原有光纤的连接问题

李雅庄煤矿矿井监测监控系统的光纤完全能够满足KJ30 矿用救灾无线通信系统音、视频信号传输要求。矿井监测监控系统建设时留有各种光纤接头，救援队只需在平时准备各种形式的光纤连接器就能实现通信装备与监测监控系统光纤的对接，为应急通信的快速建立争取时间。

3 效果分析

KJ30 矿用救灾无线通信系统+光纤收发器的组合设备的应用有效解决了井上下应急通信的技术难题。同时该矿改进后的KJ30 矿用救灾无线通信系统的通信光纤与卫星通信车对接，实现了井下救援现场与集团应急救援指挥中心的音、视频通话。这套通信设备多次用于井下事故处理和大型演练的救援现场与指挥部的通信联络。

KJ30 矿用救灾无线通信系统+光纤收发器的组合设备应用后，在李雅庄矿救援队进行的多次大型救援装备综合实操演练中，救援过程中通信过程顺畅，指挥部利用该通信系统调动指挥数支救援小队，各队规范操作、密切配合，演练取得了圆满成功。

4 结论

李雅庄矿应急救援队KJ30 矿用救灾无线通信系统与光纤收发器组合系统的应用，对实现“安全救援，科学救援”起到了积极效果。改进后的KJ30矿用救灾无线通信系统顺利实现了井下救援现场与井上指挥部双向对讲，救援指挥人员可以实时掌握整个救援情况并进行可视化的管理和调度，为救援方案的快速制定和救援时机的把握提供必要的技术支持，救援效率大大提高。