一种用于矿井安全管理的多频段通信系统技术领域
本发明涉及一种多频段通信系统，特别涉及一种用于矿井安全管理的
多频段通信系统。
背景技术
目前，在对煤炭等自然资源的开采过程中，经常需要操作人员深入到
地下矿井内进行工作。由于地下环境复杂恶劣，危害操作人员人身安全及
矿井施工安全的因素众多，为了避免矿难事故的发生需要对井下安全状况
进行实时监测。
当前的矿井安全状况检测主要有下述几种方式：
通过专业安全人员携带检测设备深入到矿井内部进行安全检测，并通
过传统的电话等设备进行安全信息通报，这种做法使用的历史悠久，技术
成熟，且运行成本低廉，但需要消耗较大的人力，且严重依赖于工作人员
的经验和工作态度，对井下环境检测工作的精确性不高，检测范围有限，
无法有效满足当前的矿井作业的需要。
另外一种方式是利用专业的定点安全环境监控设备，将其均布在矿井
内部，并通过与控制主机建立起通讯服务网络，远程及时地将矿井内部信
息发送至地上控制系统从而实现矿井生产的安全管理。但目前这种方式往
往仅具备语音通信系统，地上处理人员无法直观看到矿井中的情况，容易
导致误判。鉴于此问题，有技术方案提出另外增设图像传输系统以及时将
井下状况信息发送到地上，但这需要另外设置相应的设备，成本较高。
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的发明人鉴于以上情况，提出了一种新型的用于矿井安全管理
的多频段通信系统，其特别采用了漏泄电缆以传输信息，将语音通信子系
统、图像传输子系统和传感器子系统融合在一起，以较低的成本实现了对
矿井状况的全面实施监控，有效提高了井下工作的安全系数。
具体地，本发明通过以下技术方案实现了所述技术目的。
根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于矿井安全管理的多频段
通信系统，其包括语音通信子系统、图像传输子系统、传感器子系统以及
设置于地面上的中心站中的前端机，其中
所述语音通信子系统被设置为用于供井下人员与井下人员、以及井下
人员与地面通信；
所述图像传输子系统被设置为用于采集井下图像信息并通过漏泄电
缆将所述图像信息传输至监视器；
所述传感器子系统被设置为用于监测井下环境状态；
所述前端机被设置为用于实现语音和数据通信以及与自动电话或移
动电话之间的通话；
所述语音通信子系统、所述图像传输子系统和所述传感器子系统三个
子系统通过与其分别对应的接口设备和接口软件将矿井中的各个设备的
数据转变为无线信号；其中所述无线信号经中继设备发送至所述语音通信
子系统、所述图像传输子系统和所述传感器子系统三个子系统所共用的一
条传输漏泄电缆，并进一步通过所述传输漏泄电缆传送至所述前端机，经
所述前端机进行处理以实现地面上对矿井内情况的实时监控。
根据本发明的一个实施例的用于矿井安全管理的多频段通信系统，其
中，所述中继设备是针对于三种子系统分别设计的。
根据本发明的一个实施例的用于矿井安全管理的多频段通信系统，其
中，所述中继设备的中继天线使用多频段天线。
根据本发明的一个实施例的用于矿井安全管理的多频段通信系统，其
中，所述中继设备以350～500m的间距沿漏泄电缆布置，每6个中继设备
由一个15V直流电源，通过电源耦合器及漏泄电缆本身向其供电。
根据本发明的一个实施例的用于矿井安全管理的多频段通信系统，其
中，所述语音通信子系统配置有32路语音数据通道。
根据本发明的一个实施例的用于矿井安全管理的多频段通信系统，其
中，图像子系统采用标准CCD摄像仪输出视频信号，经过对应于所述图
像传输子系统的所述中继设备调制，通过所述漏泄电缆进行图像的单向传
输。
根据本发明的一个实施例的用于矿井安全管理的多频段通信系统，其
中，所述传感器子系统设置有各种类型的开关传感器和/或各种类型的模拟
量传感器，数个所述开关传感器和/或模拟量传感器产生的无线信号由同一
个对应于所述传感器子系统的所述中继设备接收，并进行调制信号放大之
后经漏泄电缆传输至地面来进行逻辑判断及报警断电控制。
根据本发明的一个实施例的用于矿井安全管理的多频段通信系统，其
中，所述前端机内安装有用于实现语音和数据通信的语音收发机和数据收
发机、用于实现与自动电话或移动电话之间通话的电话汇接器。
发明效果
本发明的用于矿井安全管理的多频段通信系统，以较低的成本同时实
现了语音、图像的实时传输，并融生产监测与通风安全环境监测于一体，
由此实现了对矿井状况的全面实施监控，有效提高了井下工作的安全系
数。同时，由于采用多频段天线，使得即使后续工作中更换不同频段传感
器与一些设备也不必更换天线。而且，本发明的用于矿井安全管理的多频
段通信系统，能够实时显示井下环境数据，并以多种形式显示，并可对所
采集的信息进行数据转换、计算，对小时平均值、分钟平均值、最大值、
最小值、超限值及出现时间进行统计分析，且具有网络功能，便于联网传
输。在经济性的同时，本发明实现了矿井科学管理水平的提高和设备故障
率的降低，通过及时掌握井下安全动态，能够实现科学决策和科学管理，
从而提高生产效率，降低并及时解决各种故障。
附图说明
图1为本发明的用于矿井安全管理的多频段通信系统的工作流程示意
图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的用于矿井安全管理的多频段通信系统包括语音
通信子系统、图像传输子系统、传感器子系统及设置于地面上的中心站中
的前端机，三个子系统通过对应于所述各子系统的接口设备和接口软件
(例如，当通过语音通信子系统传送信号时，所述接口设备即便携式手机
或车载台)将矿井中各个设备的数据变为无线信号，该无线信号经设置于
矿井中的基站中的中继设备发送至上述三个子系统所共用的一条传输漏
泄电缆，并进一步通过传输漏泄电缆传送至设置于地面上的中心站，再经
设置于中心站中的前端机进行处理以实现地面上对矿井内生产情况的实
时监控。
所述中继设备是针对于三种子系统分别设计的，所述中继设备的中继
天线使用多频段天线，语音通信的天线覆盖
GSM850/GSM900/DCS/PCS/UMTS等多个频段，传感器终端的多频段天线
可以覆盖2.4G-2.5G/5.1-1.2GHz的频段。使用多频段天线可以减少天线的
使用量，后续更换不同频段传感器与一些设备时也可以不用更换天线，从
而减少了成本。为了保证信号的强度，需要对信号进行补强，以弥补在传
输过程中所衰减的信号强度。为此需要进一步沿传输漏泄电缆以350～
500m的间距设置中继设备，该距离可根据井下具体情况进行适当增减，
每6个中继设备由一个15V直流电源，通过电源耦合器及漏泄电缆本身向
其供电。
语音通信子系统配置提有32路语音数据通道，采用便携式手机和车
载台向基站发送信息。其中，便携式手机供井下流动作业人员使用，车载
台供机车人员使用。通讯设备发出的无线信号被井下基站接收到，被通过
漏泄电缆传输，并进一步被通过二功分器、光分路合路器与地面有线电话
网、移动通讯网等系统进行汇接。信号由此被传输到地面上的前端机，通
过前端机解调器被分析，如果判定为语言，则该语言信号被解码之后将被
输送到监控终端1或监控终端2；如果判定为数据，则被传输至检测主机，
被经分析处理和存储等操作之后，进一步传输至终端一或终端二。如此可
实现井下人员与井下人员，井下与地面的通信。
图像子系统采用标准CCD摄像机拍摄和输出视频信号，经过对应于
图像传输子系统的图像中继设备调制，通过漏泄电缆进行图像的单向传
输。传输方式为单工方式，图像通道提供远程现场摄像机至地面图像监测
站的通道。每一图像通讯占用1路图像通道(共16路)，而摄像控制占用1
路语音、数据通道(共32路)。在地面中心站图像信号经过图像解调器解调，
被分配到图像装置中以实现图像监视。
传感器子系统融生产监测与通风安全环境监测于一体，其包括设置于
井下的多个分站，所述分站既可接入各种类型的开关传感器，又可接入各
种类型的模拟量传感器。数个传感器(如图1中传感器1～传感器n)产生
的无线信号可由同一个中继设备接收，进行调制信号放大之后经漏泄电缆
传输至地面，并经如上所述图像信号或数据的传输过程，传输至检测主机
进行分析，并进一步被输送至终端一或终端二。使用无线执行机构(未示
出)控制该传感器子系统，由此其可进行逻辑判断并具有报警断电控制能
力。
安装在地面中心站内的前端机(也称漏泄系统前端机)是本发明多频
段通信系统(也称漏泄通信系统)的核心，除漏泄电缆外，前端机内安装
有语言装置、数据装置，以实现语音和数据通信。前端机还安装有电话汇
接器，或与调度机或行政交换机相连，由此实现与自动电话或移动电话等
之间的通话。前端机的终端一和终端二可实时显示井下传感器传输上来的
井下环境数据如温度、湿度、二氧化碳含量、瓦斯浓度，并以文字、表格、
图形等多种方式显示实时监测值。前端机可对所采集信息进行数据转换、
计算，并对小时平均值、分钟平均值、最大值、最小值、超限值及出现时
间等进行统计分析，并进行存储以备后续数据查询。每一监测点(即每一
车载台、摄像机或传感器分站)的数据每2min存储1次，所有数据能保
存1a以上，并能同时用不同颜色显示3个测点的曲线，便于进行数据和
趋势分析，其具有网络功能，能够联网。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和
详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，
对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以
做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保
护范围应以所附权利要求为准。
产业上的实用性
本发明的用于矿井安全管理的多频段通信系统，以较低的成本同时实
现了语音、图像的实时传输，并融生产监测与通风安全环境监测于一体，
由此实现了对矿井状况的全面实施监控，有效提高了井下工作的安全系
数，具有广阔的应用前景。