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目的

　　根據(jù)煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控與通信技術(shù)現(xiàn)狀，針對煤礦安全生產(chǎn)需求，提出煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控與通信發(fā)展方向和關(guān)鍵技術(shù)。

方法

　　分析煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控與通信技術(shù)現(xiàn)狀和煤礦安全生產(chǎn)需求，提出急需解決的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題和解決辦法。

結(jié)果

　　通過分析研究，得出如下結(jié)果： (1)礦用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。為避免假冒機(jī)電產(chǎn)品在煤礦使用造成事故，為煤礦安全生產(chǎn)和應(yīng)急救援提供快速有效的物資保障、優(yōu)化采購和庫存、降低成本，需要礦用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對煤礦采掘、運(yùn)輸、提升、電氣、通風(fēng)安全、地測、應(yīng)急救援等裝備和維修用零部件，從生產(chǎn)、采購、運(yùn)輸、倉儲、使用、維護(hù)等環(huán)節(jié)全過程監(jiān)管。 (2)煤礦一體化通信技術(shù)與系統(tǒng)。為滿足煤礦生產(chǎn)調(diào)度與應(yīng)急通信的需求，需要研究有線/無線一體化通信技術(shù)，生產(chǎn)調(diào)度與應(yīng)急通信一體化技術(shù)，語音、視頻及短信多媒體通信技術(shù)。研制具有如下功能的煤礦一體化通信系統(tǒng)：①具有生產(chǎn)調(diào)度、報(bào)警聯(lián)動、應(yīng)急擴(kuò)音通信、緊急呼叫、避險(xiǎn)與逃生聲光提示、位置監(jiān)測等功能；②具有語音、視頻、短信等通信功能；③具有移動和固定通信功能。 (3)無人工作面遙控技術(shù)。采掘工作面是煤礦事故多發(fā)地點(diǎn)。因此，要通過煤礦監(jiān)控、通信與機(jī)械化，減少煤礦采掘工作面作業(yè)人員。目前采煤工作面能夠做到工作面有人巡視條件下的回采巷道遙控和記憶割煤，但不能自動識別煤巖，不能實(shí)現(xiàn)工作面無人控制。因此，需要研究煤巖分界識別技術(shù)和儀器，研究液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)精確定位技術(shù)，進(jìn)一步提高監(jiān)控的可靠性，實(shí)現(xiàn)無人工作面地面遙控。 (4)煤礦井下人員精確定位技術(shù)。煤礦事故應(yīng)急救援急需煤礦井下人員定位系統(tǒng)，以便及時發(fā)現(xiàn)被困人員位置，爭取救援時間。GPS信號不能覆蓋煤礦井下巷道。目前，煤礦井下人員位置監(jiān)測系統(tǒng)主要采用RFID、漏泄電纜等技術(shù)，這些系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)人員精確定位。因此，需要針對煤礦井下巷道特點(diǎn)，研究煤礦井下人員定位網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和定位算法等，研制具有精確定位功能的煤礦井下人員定位技術(shù)與系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煤礦井下人員精確定位。 (5)煤礦重大災(zāi)害預(yù)警技術(shù)。煤礦重大災(zāi)害預(yù)警是保障煤礦安全生產(chǎn)的重要措施。現(xiàn)有煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)具有瓦斯等實(shí)時監(jiān)測、報(bào)警與斷電功能，部分系統(tǒng)具有瓦斯、火災(zāi)、沖擊地壓等重大災(zāi)害預(yù)警功能，但預(yù)警準(zhǔn)確率較低。因此，需要研究基于煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)和3DGIS、瓦斯地質(zhì)、瓦斯壓力、地音、瓦斯?jié)舛茸兓榷嘣畔⑷诤系耐咚雇怀鲱A(yù)警方法；研究基于煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)和3DGIS、煤炭自燃傾向性、溫度、一氧化碳濃度、氧氣濃度、二氧化碳濃度等多元信息融合的煤炭自燃預(yù)警方法；研究基于煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)和3DGIS、煤巖特性、煤巖聲發(fā)射、微震等多元信息融合的沖擊地壓預(yù)警方法。 (6)基于3DGIS的煤礦安全生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)。煤礦在地質(zhì)勘探、設(shè)計(jì)、建井施工、安全生產(chǎn)、經(jīng)營管理中產(chǎn)生了大量的空間數(shù)據(jù)和對應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)。煤礦安全生產(chǎn)與經(jīng)營管理需要對煤層、頂?shù)装濉鷰r、地質(zhì)構(gòu)造等基礎(chǔ)信息、井巷測量信息、供電、通風(fēng)、排水、運(yùn)輸、采掘、監(jiān)控、通信等生產(chǎn)信息進(jìn)行三維表達(dá)與分析，這就需要研究基于3DGIS的煤礦安全生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)。研究礦用三維建模算法和三維可視化表達(dá)方法。 (7)煤礦井下生命探測技術(shù)。煤礦井下發(fā)生災(zāi)變后，生命探測技術(shù)和裝置是加快搜救進(jìn)度，減少人員死亡的有效手段之一。由于煤礦井下電氣防爆，無線傳輸衰減大等特殊性，地面一些成熟技術(shù)難以直接在煤礦井下應(yīng)用。這就需要根據(jù)煤礦井下災(zāi)后環(huán)境特殊性，研究能夠穿透煤巖冒落物的礦用防爆超寬帶生命探測雷達(dá)、礦用防爆超低頻生命探測儀、礦用防爆便攜式人員位置檢測儀、礦用防爆光學(xué)生命探測儀、礦用防爆紅外生命探測儀、礦用防爆聲學(xué)生命探測儀等。 (8)本質(zhì)安全無線通信技術(shù)。漏泄通信、感應(yīng)通信、透地通信、RFID、WiFi、PHS（小靈通）、ZIGBEE等無線通信技術(shù)和設(shè)備已在煤礦井下應(yīng)用。但缺乏對這些無線通信設(shè)備本質(zhì)安全防爆性能的研究。例如，這些無線通信設(shè)備的無線發(fā)射功率和能量能否引爆瓦斯和電雷管等。因此，需要研究無線電波引爆瓦斯的極限功率和能量、以及天線、工作頻率、復(fù)用方式、調(diào)制方式等影響。 (9)本質(zhì)安全光纖通信技術(shù)。以太網(wǎng)、光纖通信技術(shù)已在煤礦井下應(yīng)用。但激光引爆瓦斯的極限功率和能量的研究較少。需要研究光信號引爆瓦斯的極限功率和能量，以及復(fù)用方式等影響。 (10)傳感器無盲區(qū)布置。為實(shí)時監(jiān)測煤礦井下瓦斯?jié)舛茸兓?，避免瓦斯爆炸等重特大事故發(fā)生，煤礦井下需布置大量的瓦斯等傳感器。大量的瓦斯傳感器不但會增加系統(tǒng)資金投入，還增加了系統(tǒng)維護(hù)工作量。因此，需要根據(jù)煤礦井下采掘布置、通風(fēng)系統(tǒng)、風(fēng)速、瓦斯分布和運(yùn)移規(guī)律、瓦斯變化趨勢、瓦斯爆炸界限、傳感器響應(yīng)時間、系統(tǒng)斷電控制響應(yīng)時間、供電系統(tǒng)、斷電區(qū)域等，優(yōu)化傳感器設(shè)置地點(diǎn)、吊掛位置、最大間距、斷電濃度、報(bào)警濃度、復(fù)電濃度等，實(shí)現(xiàn)傳感器無盲區(qū)優(yōu)化布置和分級分區(qū)斷電控制。

結(jié)論

　　煤礦物聯(lián)網(wǎng)、煤礦一體化通信技術(shù)與系統(tǒng)、無人工作面遙控技術(shù)、煤礦井下人員精確定位技術(shù)、煤礦重大災(zāi)害預(yù)警技術(shù)、基于3DGIS的煤礦安全生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、煤礦井下生命探測技術(shù)、本質(zhì)安全無線通信技術(shù)、本質(zhì)安全光纖通信技術(shù)、傳感器無盲區(qū)布置等是煤礦安全生產(chǎn)急需解決的關(guān)鍵技術(shù)。