摘要：煤炭在我国一次能源的生产和消费中占有重要地位，我国煤炭开采长期遭受瓦斯、水害、顶板等事故的困扰。尽管绝大多数矿井部署了通信联络、灾害预警等辅助系统，但是重大事故仍时有发生，造成的人员伤亡依然十分严重。因此，矿井应急救援通信系统必须具有灾变情况下的顽存能力、灾变后的按需重构能力，以及通信与感知并重的特性。随着有线/无线通信技术的迅猛发展，以及物联网和云计算的快速成熟，矿井应急通信呈现出可重构化、协同化、云计算化，甚至“空天地井”联合优化的趋势。
关键词：煤矿；应急救援通信；发展趋势
要保证煤炭工业持续、稳定、健康发展，除继续建设高效矿井，提高采掘机械化水平外，还需研制一种矿井下的通讯控制系统。系统对煤矿皮带传输现场的各种环境参数及生产设备工作状态进行数据采集和自动监测，保证矿井的安全生产以及现代化管理水平的提高。主要对煤矿通讯系统中应用应急通信技术应用进行探究，以期对相关工作人员提供新的思路。
一、现有煤矿应急通信面临的挑战
煤矿事故会导致有线通信线缆被砸断、设备损毁或供电中断，因而骨干网络、调度通信系统、移动通信系统和广播通信系统都无法确保事故区域的通信联络。将电缆埋入底板虽可以一定程度上抵御煤块砸压的影响， 但在矿压和底鼓严重的情况下电缆依然会折断。透地通信虽然受到事故的影响较小，但是天线太大，铺设复杂，信道容量小，通信距离短。中频感应通信配备了特殊的感应通信电缆，但是信道容量小，天线体积大，电磁干扰强。漏泄通信的地面站通常建立在控制室，虽然覆盖范围广，但是抗干扰和移动能力较弱，不能完全满足井下救援通信需要。Mesh 技术虽然可以采用自组织的方式让残存节点自组成网，但是如果节点连片被毁（比如爆炸事故），也无法保证通信。基于钢轨的应急通信系统利用振动信号在固体媒介中的传播特性传输信号，但是传输的信息量较小，覆盖范围受限。虽然有文献针对救援网络信道容量不足、传输干扰严重的问题展开研究， 但前提是需要有可用的灾后网络。另外，也有学者提出将井下扩播电话、井下小灵通、Wi-Fi 手机、调度电话、井下广播系统等通过网关或转换器互联起来，以增加覆盖范围和可靠度，但是这种互联并不能解决通信系统本身的损毁问题。其他无线通信方式，如无线传感器网络、可见光通信、RFID 等，都会由于设备在事故中损毁而无法组网。不过，煤矿事故并不会造成有线网络全部被毁。矿井骨干网络多采用千兆甚至万兆工业以太网，与地面连通可通过 2 个井筒，也可通过单个井筒。以 2 个井筒为例，如图 1 所示，
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图 1 煤矿环形骨干网络
事故虽然会造成井下交换机A 和交换机B 之间的线缆中断，但是网络的其他部分依然可以继续工作，这称为灾后可用有线网络。有鉴于此，提出了基于漏泄通信的灾后通信网络，将图 1 中的骨干网络设计为漏泄通信电缆，交换机 A 可以通过灾后可用有线网络和地面进行通信，进而与交换机 B 实现互联。实际上，骨干网络为其他线缆类型与此类似。此外，除了有线网络之外，包括事故区域在内的煤矿巷道内还部署有数量众多的煤矿物联网节点，它们可能是感知节点，也可能是通信节点。
二、煤矿应急救援通信技术的应用
1.拓展的 Wi-Fi 技术。随着人们对无线网络依赖性的增强，Wi-Fi 逐渐成为了新时代的发展方向，但是传统的 Wi-Fi 技术只能满足居民小范围的网络需求，对于远距离的信息传输来说，需要改进传统的 Wi-Fi 技术，拓展的 Wi-Fi 技术是基于 Mesh 系统的新型无线网络通讯技术，Mesh 系统是一种具有移动宽带特征，并可以动态拓展和平衡，且稳定性更高的新型网络结构，与传统的 Wi-Fi 技术相比，Mesh 无线系统中每个节点都能与一个甚至多个对应节点直接通讯，且成本更低，通讯效果更强。拓展的 Wi-Fi
技术的一大优势是，如果近处的 Ap 信号被堵塞，数据信号会及时辨别并把信号快速切换到流量更小的Node 上，在煤矿行业中运用拓展的 Wi-Fi 技术能提供更广阔的网络覆盖范围，且能连续不断地进行无障碍的信号传输， 提高了煤矿行业信息通讯的质量。
2.救援机器人。计算机技术、传感技术、控制技术、新材料技术的快速发展，特别是网络技术和图像信息处理技术的长足发展，为煤矿救援机器人的研发提供了各种技术支持。目前，随着计算机和通信技术的发展， 多源信息融合技术在许多行业已经得到广泛应用，但在煤矿中的应用甚少。由于目前煤矿救灾区的环境条件，煤矿救援机器人的多参数监测及通信系统应具有以下优势：一是功能更强大，可以实现煤矿井下灾变时期的温度、湿度、CO、O2 及 CH4 浓度、视音频等多环境参数的实时监测，具有自主分析、自动判断与预警等功能；二是无论是气体环境信息还是视音频信息， 可以通过集中处理的方法进行数据的转换和预处理分析，根据数据关联、信息融合等手段对监测信息进行统一处理，实现信息处理与传输的多源化和智能化。多源信息智能融合是煤矿救援机器人的发展趋势之一。
3.建设无线通信信道。无线通信信道是应急援救无线通信系统中的关键构成部分。援救人员在具体工作中将控制命令与计算机上的 Wi Fi 链路的中心节点FFD1 发送到小车上的RFD 采集终端。RFD 采集终端在运行过程中收到救援基地发出的相应的命令后，然后将命令传送给运输小车，依据命令的制定方向，进行推进。在具体推进期间，采集终端会将自身所处环境的信息进行发送，并且，对于返回中各项信息都带有采集终端与前一级节点信号强度信息，在进行救援工作中，救援人员要依据接收到信号强度信息建立链路。在该过程中，如果信号强度达到系统制定的限值，此时系统会发生指令，小车停止前进，此时，救援人员通过井下援救基地中的计算机，对投放链路节点命令进行投放，完成上述操作后，可以通过指令让小车再次前进。WiFi 技术在具体应用过程中具有自主网功能，如果在应用 WiFi 技术时，2 个节点通信距离超过通信范围后，新投入的节点则会被自动加入到已经建设好的 WiFi 网络中，从而转变为路由器中一个新节点， 进而使通信链能够得到继续延伸，确保通信顺利进行。采集终端会将救援前端环境的具体参数内容送回，救援人员和救援指挥调度中心对采集到的各项数据内容进行分析，并且做好相应的处理工作，安排下一步救援工作。
三、发展趋势
1.以物联网为架构平台，充分融合现有井上下通信资源，形成覆盖全矿井的煤矿安全生产和应急救援的一张大网，融入大网中的资源具有较强的灾后互识能力和按需重构能力。
2.大力发展穿岩通信技术，通过岩石、土壤等媒介直接传递求救和救援信号，突破有线线缆和无线节点大面积损毁导致的通信难题，这在“十二五”和“十三五”期间均有国家层面的科技攻关计划支持，如中国矿业大学主持的“十三五”国家重点研发计划项目“煤矿重特大事故应急处置与救援技术研究”。
3.与云计算、“互联网+”等技术融合，构建空天地井一体化的新兴救援方式，不过这种救援方式的前提是要有煤矿应急通信网络提供救援现场的一手信息，是在应急通信网络基础上的应用扩展，
总之，在煤矿井下灾害应急救援系统过程中，也应当紧跟时代的发展脚步，基于 WiFi 技术构建应急救援无线通信系统，通过对该系统的应用， 可快速完成相应的救援工作，降低煤矿井下灾害造成的危害，减少人员伤亡和经济损失。
参考文献：
[1]赵河.浅析应急通信保障系统在煤矿井下的应用.2019. [2]王学起.浅谈煤矿应急救援通信技术的现状与趋势.2018.