史兆偉　盧雪紅　樊宙　潘濤

摘 要：煤礦安全事故多種多樣，救援機器人作為最早能夠進入煤礦事故現(xiàn)場的設備，對于被困人員的救援、礦井的維修有著非常中的意義。救援機器人在井下能夠有效展開工作的基本依靠就是通信功能，通信功能有助于地面人員根據(jù)井下的不同情況采取相應的救援措施。然而由于地下情況復雜，由于不同的因素造成的災害事故也產(chǎn)生了不同的環(huán)境，對于通信的正常傳輸造成了一定的影響。本文主要分析了礦井之中常見的災害的不同特征，討論了不同災害發(fā)生時的網(wǎng)絡特性，提出了不同通信要求的搭建方式，以期能夠為救援機器人的使用以及不同環(huán)境的需求提供有效幫助。

關鍵詞：煤礦井下災害;救援機器人;通信方式

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.23.100

0 引言

隨著煤礦開采工作機智能化越來越高，先進的技術也不斷的被應用在煤礦救援之中，煤礦救援機器人就是其中之一。救援機器人的通信是一種基于遠程控制與智能操作的設備，其能夠采集井下實際情況，并將其傳輸回地面端，為救援工作提供有價值的參考。

1 研究目標

本項目以煤礦井下救援機器人為服務對象和基礎，研究適用于煤礦井下不同災害發(fā)生時救援機器人的通訊系統(tǒng)的研究與搭建，在此基礎上，實現(xiàn)煤礦救援機器人通信系統(tǒng)安全、準確、快速的搭建。預期達到以下目標：（1）全面掌握煤礦井下不同災害發(fā)生時的環(huán)境特性，為救援機器人在不同環(huán)境下工作提可靠依據(jù);（2）掌握煤礦井下不同災害環(huán)境下的通信網(wǎng)絡傳輸特性，為安全、可靠、穩(wěn)定的搭建通信系統(tǒng)提供可靠依據(jù);（3）根據(jù)煤礦井下不同災害發(fā)生時的環(huán)境特性、通信網(wǎng)絡傳輸?shù)奶匦?，為實現(xiàn)不同環(huán)境下煤礦救援機器人應急救援通信系統(tǒng)搭建合理的不同類型的通信系統(tǒng)。

2 研究內(nèi)容

本項目圍繞煤礦安全事故發(fā)生后，針對煤礦救援機器人開展救援工作時，煤礦井下不同災害環(huán)境中的應急救援通信系統(tǒng)搭建方式進行研究，主要內(nèi)容包括以下幾點：（1）研究煤礦井下不同災害發(fā)生時的環(huán)境特性。通過統(tǒng)計分析，研究近年來瓦斯、煤塵、水、火和頂板災害發(fā)生時的環(huán)境特性，按照煤礦事故發(fā)生時井下環(huán)境的特性分類總結。（2）研究煤礦井下不同災害發(fā)生時的通信網(wǎng)絡傳輸特性。根據(jù)煤礦事故發(fā)生時井下環(huán)境的特性分類研究救援機器人在不同環(huán)境中的通信網(wǎng)絡傳輸?shù)奶匦浴＃?）研究煤礦井下不同災害發(fā)生時不同通信系統(tǒng)的搭建方式。根據(jù)煤礦井下事故發(fā)生時的環(huán)境特性、通信網(wǎng)絡傳輸?shù)奶匦裕瑸閷崿F(xiàn)不同環(huán)境下煤礦救援機器人應急救援通信系統(tǒng)建立合理的不同類型的通信系統(tǒng)搭建方式。

3 研究結果

（1）不同環(huán)境以及不同的傳輸方式。煤礦井下不同災害發(fā)生時，救援機器人在開展救援工作時，建立安全可靠高效的通迅網(wǎng)絡是關鍵問題。根據(jù)事故的引發(fā)以及井下的實際情況，可以將井下事故分為煤礦瓦斯爆炸、塌方、漏水等。在此基礎上結合實際造成的事故大小，可以大致分為易燃易爆類、結構坍塌類、水含量高類。這幾種事故場景伴隨著不同的二次危險，對于易燃易爆類，如果在建立通信或者通信過程中產(chǎn)生火花，則有可能造成爆炸情況，嚴重影響了救援進度。對于結構坍塌類，由于通道曲折，不利于線路通行，在選擇通信過程中，不能選擇有線方式，極容易造成線路纏繞，影響通信過程。對于發(fā)生漏水事故的情況，由于通信設備可能在水中進行長期的浸泡，因此需要做好防水措施，如果使用有線通信，則需要選擇外部包裹防水的線路。

有線傳輸是指通過特質(zhì)的線路跟隨救援機器人一起進入井下，這種線路的優(yōu)勢在于能夠將大量的數(shù)據(jù)以無損的形式傳輸，同時這種傳輸形式延遲非常小，有利于對于救援機器人的控制，是一種存在時間長、效果好的通信模式?，F(xiàn)階段，由于光線線路輕、韌性好被廣泛應用于救援機器人進行井下救援，但是這種線路耐磨性能差、不利于在狹小的空間內(nèi)來回穿梭，影響了救援機器人的靈活性。

無線傳輸是指通過電磁波的形式進行信號的傳輸，但是電磁傳輸過程中有可能造成火花，因此這種方式的使用也有著一定的限制性。但是無線傳輸?shù)膬?yōu)勢在于能夠通過各種復雜的井道進行信息的傳輸。當前應用比較廣泛的WIFI通信模式，除了自身能夠直接傳輸信息之外，還能夠通過搭建AP的形式進行信息的階段傳輸，不但保證信息的傳輸?shù)木嚯x還能夠強化其傳輸質(zhì)量。需要注意的是，這種傳播方式與天線的功率以及指向有著非常緊密的關聯(lián)，因此一些傳輸系統(tǒng)，尤其是中繼之中采用了“不倒翁”設計，通過在天線的另一端增加重錘的形式，使得另一端的天線能夠一直呈現(xiàn)向上的狀態(tài)。

（2）通信的搭建。根據(jù)通信性質(zhì)的不同，可以分為有線通信搭建與無線通信搭建。在有線通信搭建過程中需要充分考慮井道之內(nèi)是否出現(xiàn)了水或者其他腐蝕性液體，以便在搭建通信時選擇合適的線路。選擇好通信線路之后，直接將機器人放入井道之中，通過拖曳的方式，進行通信的建立。在無線通信搭建方面，一般需要根據(jù)通信需要在井道之中建立網(wǎng)絡，并設置多個熱點，使其能夠覆蓋整個井道，當進行救援機器人通信搭建時只需要進行網(wǎng)絡接入。對于一部分沒有進行網(wǎng)絡布置的井道，可以通過自主攜帶AP，逐步投放的形式來建立起廣泛的局域網(wǎng)絡。常見的通信搭建包括了WIFI通信搭建、ZigBee通信搭建等。

4 總結

煤礦井下事故環(huán)境復雜，一旦發(fā)生事故，一般需要投放救援機器人進行勘探，再制定相應的救援方案。因此能夠將井下實際情況回傳就必得非常關鍵，救援機器人的通信功能是能夠實現(xiàn)救援機器人功能性的基本依靠。在面對不同的井下環(huán)境時需要選擇相應的通信方式，既要不對井道造成二次危害，又要能夠實現(xiàn)井下情況的準確回傳。這就需要在通信方式的選擇上具有速率高、延遲低的特性，還需要能夠快速布置，減少通信的困難度。

參考文獻：

[1]韓秀娟，杜翠杰，秦玉鑫，etal.基于WIFI的井下救援機器人無線監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].煤礦安全，2015，46（03）：105-107.

基金項目：2019年甘肅省高等學校創(chuàng)新能力提升項目《基于煤礦井下不同災害環(huán)境的救援機器人通信方式研究》階段性研究成果。

作者簡介：史兆偉（1985-），男，陜西岐山人，碩士，講師，主要研究方向：機電設備的改進、設計與制造。