时间：2022-04-10 10:45:26
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【摘 要】文章简单明了的介绍了应急广播系统的总体概要、系统组成、系统的功能特点。详细的阐述了应急广播系统在煤矿井下安全生产中的重要性和必要性。
【关键词】应急广播;矿井;安全
1、引言
近一个时期以来，在煤矿安全事故频发的客观条件下，国家安监总局了煤矿井下避险“六大系统”的建设规范和建设时间表，规定时间内未完成“六大系统”建设的煤矿将被关停。[1]为保证煤矿企业遭遇突发性事件时，能以最简捷、最快的途径通知井下作业人员，并指导相关人员紧急疏散或采取相应安全措施，做到及时并有效的应急救援，通过结合语音广播现状与发展方向，采用数字技术、单片机编解码技术、高级软件编程技术等开发了数字化可寻址矿用智能应急救援语音系统。该系统集安全播报、调度指挥、安全监测、公共语音为一体，是新一代的数字化语音系统。矿用智能应急救援语音系统结合煤矿安全生产的需要，以安全监测监控、综合自动化系统原始数据为依据，以各种应急预案为基础，开发出智能语音告警及应急救援模块。日常可以进行安全宣传、教育，在指定区域播放安全规章、安全措施、注意事项等，增强职工安全意识。还可共享安全监控系统有关数据，经过定制，当出现瓦斯超限、风机不能正常工作等情况时，自动在特定区域发出安全告警，指挥相关人员撤离或采取必要的措施。如果检测到安全监控系统告警，井下出现重大安全事故时，可以根据事先设定程序，调动相关应急预案，指挥现场人员撤离；也可以人工调用应急预案语音材料，播放给指定区域，并可以通过麦克风，直接指挥有关人员撤离。根据需要，可以播放背景音乐。 结合数字视频技术，可以实时观察工况直观图像，做到数据、语音、视频的真正联动。
2、系统结构组成
矿用无线通信系统由井上设备和井下设备两部分组成。
2.1 井上设备
井上设备由语音通讯服务器、数字中继网关、管理调度电脑、核心交换机、井上基站等组成。
2.1.1语音通讯服务器。主机服务器，为系统提供各种网络和应用程序等服务。实现井上井下通讯一体化、有线无线一体化、调度通讯行政通讯一体化，用户井上、井下漫游。
2.1.2数字中继网关。数字语音网关一侧连接传统程控交换机，一侧与IP网连接，实现IP网与PSTN的互连互通，将IP网络与固定电话网络、移动网络结合，从而实现对于公网、专网有线、无线用户的综合指挥调度。
2.1.3管理调度电脑
2.1.4核心交换机。将井下光纤网络设备、语音服务器、数字中继网关、管理调度电脑、井上基站等设备接入到统一网络中实现数据传输。
2.1.5井上基站。满足语音通讯的同时还能够为井上管理办公提供无线上网、中短途数据传输等应用提供服务。
2.2 井下设备
井下设备主要由矿用本安型交换机、矿用本安型无线基站、矿用隔爆兼本安直流稳压电源、矿用本安型手机等组成。
2.2.1矿用本安型交换机。连接井下工业以太网环网。
2.2.2矿用本安型无线基站。基站是整个系统无线信号接入点，实现与终端的数据交互。基站采用WIFI通信技术，能够大大提高无线通信的安全性和扩展性。基站连接可采用光缆、网线、电缆方式，可根据实际环境进行配置。
2.2.3矿用隔爆兼本安直流稳压电源。电源采用三路交流电源输入（AC127V、AC380V、AC660V) ，提供稳定的DC 输出，输出电压为12V、24V，提供给基站和交换机工作。采用不间断供电设计，后备电池可保证井下断电后设备仍能工作不低于2小时。
2.2.4矿用本安型手机。系统语音终端，采用矿用本安设计，轻便小巧，便于携带。
3、系统功能特点
多路广播功能：系统可以实现多套节目同时传输。
音源种类丰富：音源种类丰富，可以是麦克风、话筒、DVD/VCD等传统音响设备，也可以是电脑、MP3等现代数字设备；同时，系统内置FM调频收音机，接收当地公共电台广播节目。[2]当使用电脑进行播放时，可以播放电脑支持的全部数字语音文件，另外可支持网络播放，矿领导可在本办公室内通过电脑对井下广播讲话。
可分区功能：可自动或手动进行按区域或逻辑分组广播、分区域广播（如办公区、井下候车室、食堂），做到单独控制，如单独对办公区播放通知；也可进行全矿广播。
远程控制功能：可以通过计算机进行单台音箱的开停控制，界面友好，操作方便，真正实现了可寻址到点控制。
与安全监控、综合自动化系统有机融合：共享安全监控、综合自动化系统有关数据，经过定制，当出现瓦斯超限、风机不能正常工作等情况时，系统自动在特定区域发出安全告警，指挥相关人员采取必要的措施。
结合应急预案，进行自动或人工应急救援：当系统监测到安全监控系统告警，井下出现重大安全事故时，可以根据事先设定程序，调动相关应急预案，指挥现场人员撤离；也可以人工调用应急预案语音，播放给指定区域；还可以通过麦克风，直接指挥有关人员撤离。
开关量输入：硬件上支持4路开关量信息输入，配合矿业现场其他设备，进行语音告警提示，避免事故的发生。可根据需要设置启动警报点附近的音箱或全部音箱。
传输距离长：可以采用全光缆方式传输，抗冲击、无干扰、高保真、传输距离可以达到60公里，特别适合煤矿井下恶劣环境。
高品质的语音：专业的语音芯片设计，独特的机械、工艺设计，做到声音洪亮，不失真，改变了过去煤矿井下扩音电话音质差的根本问题。
较高的稳定性与可靠性：采用RF弱信号传输方式，极大地提高了系统的可靠性，系统传输网络中无功率信号，单只音箱的故障不影响系统工作，整机在没有信号的情况下自动处于关闭状态，待有启动信号或接收到开机指令后音箱自动启动，无需人员的控制。[3]
传输方式可通过工业以太网：目前煤矿井下工业以太网越来越普及，本系统支持在工业以太网传输，避免了重复布线，节约资源。
数字视频联动：可以和数字视频系统相结合，达到数据、语音、视频联动。
4、小结
随着科技的发展和生产力水平的不断提高，越来越多的高科技产品和技术相继应用到原本生产力水平低下、生产技术粗矿的煤矿生产中来，为煤矿生产这个昔日多数人眼中的低水平行业增添了新的活力。本文所介绍的应急广播系统就是这其中的一个代表，它最重要的特点就是能够在危险发生的第一时间将信息传递到井下的每一个角落，从而更大程度的保证每一个矿工的生命安全。
摘要：矿井透水事故是危害面最大、影响时间最长的矿难事故。为体现以人为本的精神，增加透水情况下人员逃生的机会，国家有关部门极为重视，把以抢险救灾事后处理改变为以事先预防治理的策略。潜水泵对于一定流量范围的突水事故可有效控制，为避免淹井或延缓淹井争取时间，保证人员安全撤离和设备拆除；由于该系统采用地面控制，即使排水泵房被淹，潜水泵也能正常运行，为淹井后抢险救灾赢得时间。鉴于潜水泵应急强排系统的诸多优点，矿井在现有排水能力的基础上，增设潜水泵应急强排系统是十分必要的。
关键字：潜水泵；应急强排系统；配电及控制
0、前言
矿井透水事故是危害面最大、影响时间最长的矿难事故。为体现以人为本的精神，增加透水情况下人员逃生的机会，国家有关部门极为重视，把以抢险救灾事后处理改变为以事先预防治理的策略。
国家安全生产监督管理总局颁布2009年12月1日起施行的《煤矿防治水规定》第一百一十八条规定：受水威胁严重的矿井，应当实现井下泵房无人值守和地面远程监控，推广使用地面操控的潜水泵排水系统；《煤矿安全规程》（2011版）第二百七十三条 水文地质条件复杂或有突水淹井危险的矿井，应当在井底车场周围设置防水闸门或在正常排水系统基础上另外安设具有独立供电系统且排水能力不小于最大涌水量的潜水泵。
1、增设潜水泵应急强排系统的必要性
目前常用的防突措施主要为设置防水闸门和建设潜水泵应急强排系统。防水闸门与潜水泵应急强排系统特点如下：
防水闸门是为预防矿井突然涌水造成淹井而安设的闸门。砌筑在通往水灾威胁地区巷道的总汇合处、井底车场和井下水泵房。防水闸门笨重，开启与关闭不方便，虽可利用液压系统进行远程操纵，但防水闸门安装处带压一般较大，大压力等级的防水闸门设置难度大且关闭非常困难，很难保证关闭质量和把握关闭时间，尤其在人员没有安全撤出之前，不能关闭。关闭闸门后，人员及设备不能出入，且水对被淹没区域内设备和巷道影响较大，恢复生产难度较大。防水闸门建成后，可能会对巷道通风、电缆布置，轨道运输、皮带运输存在一定影响；特别需考虑安装地段的通风系统的风流调解，防止在关闭防水闸门后，造成该段巷道通风不畅或盲巷，出现新的隐患问题。另外，防水闸门在地压较大矿井不适用。
防水闸门是带压开采矿井中常用的防治水安全措施，主要作用在一个“堵”字。防水闸门为被动堵水，而潜水泵为主动排水，变被动为主动，有利于矿井的防治水工作。而潜水泵对于一定流量范围的突水事故可有效控制，为避免淹井或延缓淹井争取时间，保证人员安全撤离和设备拆除；由于该系统采用地面控制，即使排水泵房被淹，潜水泵也能正常运行，为淹井后抢险救灾赢得时间。
鉴于潜水泵应急强排系统的诸多优点，矿井在现有排水能力的基础上，增设潜水泵应急强排系统是十分必要的。
2、潜水泵应急强排系统的组成
1）系统的组成
一般情况下，将多级泵和电动机采用固定连接方式组成一体潜水电泵，安装在吸罩内。被输送液体由吸罩吸入经过电动机表面进入泵的吸水口，通过多级叶轮传送，经出水口、逆止阀或多功能阀、电动阀和扬水管排出。当采用水泵控制自动化时，选用电动闸阀或电液动闸阀。目前已有隔爆矿用潜水电动液控闸阀为潜水泵的自动控制提供了保证。地面或井下控制系统实现多种监控。
综上所述，潜水电泵、阀门、管路、配电及控制装置等组成潜水电泵排水系统。
2）潜水电泵安装方式
潜水电泵安装方式可分为立式、卧（斜）式两大类。
立式安装方式：潜水电泵悬吊在矿井水仓内，水仓的深度应大于潜水电泵的整体高度。优点是受力方式合理，运行寿命长，维修时可以整体取出。缺点是对起重设备要求较高，对水仓内的支撑大梁要求较高，排水井一次性投资大。
卧（斜）式安装方式：安装灵活，随着水位和水源位置的变化，机组的位置可很快的做出调整，缩短排水时间。优点是对起重设备要求不高，对水仓内的支撑大梁要求不高。
3）隔爆矿用潜水电动液控闸阀
隔爆矿用潜水电动液控闸阀是潜水泵应急强排系统的一个关键部件，其可靠性是潜水泵的自动控制的保证。传统闸阀存在以下问题：可靠性差、控制复杂、故障率高、遇见突水现象电动闸阀打不开，不能长时间在水下工作。隔爆矿用潜水电动液控闸阀克服了以上缺点，选配防爆潜水电机作为动力源，采用高压液压缸执行装置作为闸阀的开启和关闭装置，可使闸阀长时间在水下使用。该潜水电液闸阀能在地面或井下控制闸阀的开启，能有效控制闸阀的开关速度和关闭力。具有手动、电动液控两种操作方式。
3、潜水泵应急强排系统的配电及控制
《煤矿防治水规定》中推广使用地面操控的潜水泵排水系统，在条件具备时，采用地面控制，即配电及控制设备放置于地面，动力及控制电缆直接下井接至潜水泵电机及其辅助设备或传感器上（根据现场实际情况，采用沿井筒敷设或沿电缆钻孔敷设）。只有在受条件限制时（配电能力、工农关系等），才采用井下适当位置控制，潜水泵配电室位置应置于高于潜水泵的安装位置，且留出足够的储水余量，使其不致淹至潜水泵配电室位置，而影响潜水泵的工作。
1）地面配电系统
在地面合适位置设应急强排配电室，两回10kV（6kV）电源分别引自矿井35kV（110kV、220kV）变电站10kV（6kV）不同母线段，两回~380/220V电源引自场地动照网。应急强排配电室内设KYN28A-12型高压开关柜，采用高压开关设备或软启动装置分别向井下潜水泵供电。
潜水电泵可以全压（直接）起动，也可降压起动。原则上，在全压起动条件满足时，要采用全压起动，因为全压起动是最简单、最可靠、最经济的起动方式。但全压起动起动电流大，在配电母线上引起的电压下降大。
当全压起动条件不满足时，可考虑采用降压起动方式。降压起动的方式有：电抗器降压起动、自耦变压器降压起动、软起动（可控硅固态软起动、水电阻软起动）、星三角降压起动。目前多采用固态软起动，优点是可提供平滑无极的加速和可控制的减速，起动时避免过冲，停车时避免水锤现象。
2）井下配电系统
从井下变配电所引两回~660V低压电源，采用阀门电控装置分别向电动阀门供电。变配电所及阀门电控装置安装位置应高于电动阀门的安装位置。目前设计的电动阀门在正常情况下一般是常开的，在检修时关闭。
3）控制系统
地面潜水泵配电室内设应急排水泵站控制装置，完成信号传输、监测和应急排水泵站设备控制等功能。由低压配电装置、智能控制器、检测传感器及信号控制电缆等部分组成。具有“自动”、“手动”和“检修”三种工作方式，特殊情况下可以退出自动化运行，转为地面手动操作，确保潜水泵可靠起动；具有远程启动、停止、复位和测试功能；并实时显示系统监测的所有信息具备完善的报警功能，对所有被测参数超限、保护动作及设备运行状态改变进行声、光报警；能够通过工业以太网向上一级计算机管理信息系统传送生产数据和图形信息。另外可以增加工业电视系统，通信系统等为应急强排系统提供声像信息。
4、设计过程中还应考虑的问题
1）影响电动机起动有线路压降、配电母线压降、电动机端子压降等的几个因素。
《GB/T 12325-2008电能质量供电电压偏差》中规定：35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%；20kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7%；3.3 220V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7%、-10%。
《GB 50055-2011 通用用电设备配电设计规范》中规定：电动机起动时，其端子电压应能保证机械要求的起动转矩，且在配电系统中引起的电压波动不应妨碍其他用电设备的工作。
交流电动机起动时，配电母线上的电压应符合下列规定：配电母线上接有照明或其他对电压波动较敏感的负荷，电动机频繁起动时，不宜低于额定电压的90%；电动机不频繁起动，不宜低于额定电压的85%。配电母线上未接照明或其他对电压波动较敏感的负荷，不应低于额定电压的80%；配电母线上未接其他用电设备时，可按保证电动机起动转矩的条件决定；对于低压电动机，尚应保证接触器线圈的电压不低于释放电压。关于压降的计算这里不再赘述。
2）控制信号的传输
对于控制信号能否在长的距离工况下稳定工作，一直困扰着设计人员，于是与太原博世通机电液工程有限公司合作，针对长距离（1—2km）信号传输及水下潜水闸阀控制做了一系列试验。
（1）长距离PT100温度传感器信号衰减试验结论：三线制传输的信号与实际的温度差值恒定，利用软件可消除误差；四线制传输的信号衰减很小。
（2）长距离接近开关信号衰减试验（加直流24V电源）结论：信号衰减不大，能够驱动中间继电器，并使PLC能够得到反馈信号。
（3）信号长距离控制潜水闸阀水下动作试验（动力电压660V，控制电压24V）结论：很好的实现了长距离远程起动电机和长距离信号传输控制。
以上试验证明，2km以内潜水泵相关控制及监测信号的传输可满足地面自动控制的要求。若超过2km的信号传输，没有相应的试验或应用实例，建议采用井下加隔爆PLC分站的方式进行信号传输。
5结束语
我公司开展潜水泵应急强排系统在同行业领先，目前设计完成的有单侯矿井、东欢坨矿井、梧桐庄矿井、宣东矿二号井、九龙矿等，另李雅庄、曹村、干河、庞庞塔、马营等矿处在设计阶段。以上设计除东欢坨矿井、曹村矿为井下控制外，其他均为地面控制。以开滦单候矿井为例，原设计采用防水闸门，后经过专家论证改为潜水泵应急强排系统后，避免了一次重大淹井事故。
潜水泵应急强排系统是一个综合性的课题，涉及技术、管理、使用等许多方面。从国家国家安全生产监督管理总局颁布《煤矿防治水规定》到许多煤业集团逐步增设应急强排系统充分体现国家到地方对矿井消除透水事故隐患的重视程度及执行力度。充分体现以人为本的精神，把以抢险救灾事后处理改变为以事先预防治理。
摘要：
针对变频器发生故障时很难在较短时间内恢复正常运行的问题，设计了煤矿电动机应急调速系统。该系统采用应急变频装置替代故障的原始变频器来控制电动机：当原始变频器发生故障时，PLC主控单元根据电动机和变频器的故障状态实时控制应急变频装置；当应急变频装置的输出达到电动机的运行条件时，切换装置立即动作，从而实现应急变频装置对电动机转速的稳定控制。仿真结果表明，该系统在原始变频器故障的情况下能够快速接入应急变频装置，具有较好的调速性能。
关键词：
电动机；应急调速；应急变频装置
0引言
随着计算机和电力电子技术的迅速发展，采用变频器控制的电动机调速系统逐渐代替了传统的电动机调速系统。基于电力电子技术的变频器调速控制系统具有快速、稳定的特点，在工业应用中得到了普及，成为主流的调速设备［1－4］。但是，变频器的主电路是由电力电子开关器件组成，当发生故障时很难在较短的时间内恢复正常运行，所以一旦故障就会导致电动机非正常运行，影响煤矿生产系统的正常运行。针对这一问题，本文设计了一种煤矿电动机应急调速系统。该系统由应急变频装置、PLC主控单元和切换装置等组成，PLC主控单元根据电动机和变频器的故障状态，采用模糊PID算法实时控制应急变频装置的输出［7－8］，一旦应急变频装置的输出达到电动机运行条件，切换装置立即动作，从而实现应急变频装置对电动机的稳定控制。
1系统结构及工作原理
煤矿电动机应急调速系统结构如图1所示，其中应急变频装置参数与原始变频器控制参数相同。PLC主控单元采集并处理电动机和原始变频器的运行信息，用于判断是否出现故障，一旦检测到原始变频器发生故障，即对切换装置和应急变频装置实施控制。切换装置根据PLC主控单元的信号，将应急变频装置与故障变频器进行切换。应急变频装置在PLC的指令下立即启动，并根据PLC的输入信号来控制输出频率，从而控制电动机转速。煤矿电动机应急调速系统工作原理如图2所示。若电动机在原始变频器故障后处于转动状态，则切换系统中的锁相环同步控制器。当锁相环同步控制器检测到应急变频装置与电动机同频同相时，将应急变频装置与电动机的接触器闭合，从而实现应急变频装置对电动机转速的稳定控制；若电动机在原始变频器故障后处于停止状态，则采用应急变频装置重新启动电动机。
2系统硬件设计
2．1应急变频装置
应急变频装置为交－直－交结构，其电路结构如图3所示。该装置主要由主电路和控制电路组成，其中主电路包括整流器、直流侧滤波器、逆变器。整流器用于将三相交流信号转换成直流信号，直流侧滤波器用于吸收整流侧和逆变侧的脉动电压，逆变器则用于将直流信号转换成交流信号。控制电路由转速检测电路、运算电路、驱动电路和保护电路等组成。检测电路主要用于检测系统的电压、频率等信息。运算电路主要负责处理反馈信号，得到输出信号的参考值。驱动电路用于控制开关器件的通断。保护电路用于保护变频器和电动机。
3系统软件设计
要使煤矿电动机应急调速系统快速、稳定地投入运行，应急变频装置必须具有较快的启动速度，以便及时代替原故障变频器。
3．1主程序
煤矿电动机应急调速系统主程序流程如图6所示。当PLC主控单元检测到原变频器发生故障时，实时启动应急变频装置。应急变频装置导入原变频器的参数和工作频率参数，然后将模糊PID子程序导入其控制系统。
3．2PLC主控单元切换程序
PLC主控单元切换程序流程如图7所示。首先判断原变频器故障后电动机是否停机，若电动机处于停机状态，则切换程序重新启动电动机；若电动机没有停机，在故障变频器停止工作后，延时2s，启动应急变频装置并封锁其输出，通过锁相环同步控制器检测应急变频装置相位和频率是否与电动机一致，一旦检测到同频同相，则切换程序通过控制接触开关控制电动机继续工作。
4仿真验证
为验证煤矿电动机应急变频调速系统的快速响应能力，在Matlab／Simulink环境下建立系统模型，如图8所示。具体参数如下：额定功率PN＝200kW，额定电压UN＝380V，频率f＝50Hz，定子电感L＝20mH，定子电阻R＝0．03Ω，转子电感Lr＝19mH，转子电阻Rr＝0．026Ω，转动惯量J＝2．56kg•m2，直流电压Udc＝900V，电磁常数T＝0．016。原变频器在0．5s时发生故障情况下的电动机输出电流i和转速n曲线如图9所示。从图9可看出，原变频器故障前，电动机的电流和转速都处于稳定运行状态；发生故障时，电动机电流降为0，转速也逐渐下降，直至电动机处于停机状态。以图9所示的电动机停机状态为例，在该状态下投入应急变频装置后的电动机输出电流和转速曲线如图10所示。从图10可看出，应急变频装置开始时处于封锁状态，电动机处于停机状态，输出电流为0；0．5s时开始启动电动机并接入应急变频装置，电动机转速缓慢上升，直至达到额定转速；电动机输出电流由开始较大的启动电流过渡到稳定运行状态下的电流，说明煤矿电动机应急变频调速系统具有快速响应能力。
5结语
介绍了一种煤矿电动机应急调速系统的整体设计，在Matlab／Simulink平台对系统可行性进行了验证。仿真结果表明，该系统在原始变频器故障的情况下，能够快速接入应急变频装置，具有较好的调速性能。
作者:阮文韬 单位:成都纺织高等专科学校电气信息工程学院
摘要： 煤炭是我国最为重要的能源资源之一，但属于高危行业，安全生产是矿井的头等大事，受到了国家的高度重视，信息化技术的广泛应用为灾害预警起到了一定作用。尽管如此，矿井突发事件偶有发生。近年来，国家对应急管理工作的工作力度在逐年加大，通信保障在煤矿应急管理工作中有着重要的地位，且对它的要求也越来越高。文章对煤矿突发事件应急预案中通讯系统保障机制进行探讨。
关键词： 事件 应急预案 通信系统 预警 保障
0引言
煤炭是我国最为重要的能源资源之一，煤炭生产的安全事关重大。矿山救护是矿山生产的重要组成部分，由于人员移动频繁、话务量集中、又由于煤矿井下复杂的、特殊的工作环境，固定电话及公众移动电话在救护调度中往往显得无能为力。通讯不畅严重影响了矿山安全救护工作。
近年来，国家对应急管理工作的工作力度在逐年加大，而应急通信保障也是应急预案的重要组成部分，应急通信平台服务于应急指挥和应急救援，因此，通信保障在应急管理工作中有着重要的地位，且对它的要求也越来越高。煤矿生产及其环境的特殊性，决定了煤矿生产对通信畅通、方便、灵活性和可靠性的要求比地面要高，井下通信的实施较地面难度要大得多，且煤矿灾害频发，发展应急通信是当务之急。建立起统一指挥、反应灵敏、协调有序、运转高效的应急通信保障机制迫在眉睫。
1通信现状
目前，矿井的地面大都有固话基站，有互联网及内部局域网；有直通上级部门的无线电台；井下工作地点都装有有线调度电话，直通矿生产调度室；在国家安全生产监督管理总局要求下，矿井也都安装了人员定位监测系统，而该系统大部分是不能直接与地面进行通话的，只有和小灵通一起y梆才能实现通话，但由于价格昂贵，还不能得到普及。另外，现部分矿井正在做矿井监控或矿井自动化建设，井下工业环网已在推广使用，信息化技术的广泛应用为灾害预警起到了一定作用。但当井下一旦发生突发事件时，会造成整个盘区甚至全井下停电，这些系统将全部瘫痪，只能获取停电瞬间前的信息。
由于煤矿井下是一个复杂的、特别的工作环境，井下的通信不同于地面上现有的通信。电磁波在巷道中传播信号衰减严重，整机功耗受到易燃易爆环境的制约，且价格昂贵，因此，无线通信在煤矿井下的普及应用还存在困难。目前，在救灾过程中只有小范围的无线对讲机在使用，与地面调度指挥系统难以形成一个高效的有机整体。
2通信系统的重要性
“安全为天，预防为主”是煤矿安全生产的主线，一份的预防胜过百倍的努力，早期的预防可杜绝许多事故的发生，可避免人民生命与国家财产的遭受损失，所以，一直以来国家对煤矿的安全投入了相当大人力、物力和财力，使得煤矿安全状况全面提升。
随着信息化技术的发展，煤矿自动化程度也在不断提高，各种监测监控系统正在投入使用或功能正在完善，无线通讯系统也正在发展，这些为灾害的预警提供了多种有效的手段。尽管如此，矿井突发事件偶有发生。如何迅速组建有效的救灾应急指挥系统，最大限度减少事件造成的损失，保障职工人身安全，通讯系统起着极为重要的作用，保证通信系统畅通、高效为救灾争取时间是必不可少的重要手段。由于通讯系统的传输方式多种，不是某个企业能够单独完成或所拥有的，要在国家与政府的支持和协调下，在当地通信公司的配合下，成立矿井突发事件通讯应急指挥机构有着重要的意义。
3通讯应急指挥机构职责
3.1 全体人员要在思想上充分认识通讯系统在抢险过程中的重要性，积极组织抢险抢修队伍；并且对所有人员要进行操作、维修的培训，熟练其通讯系统的基本原理和使用技能。
3.2 救灾的设备、材料备件、抢修工具各项细节落实到人，定期查看和测试，不能有损坏或失效，不得擅自挪做它用，抢险救灾后及时补充。
3.3 督促并检查各基站的设备及线路，发现问题及时处理，确保通讯网络系统运行状态正常。
3.4 负责组织定期对相关人员开展预案演练，可通过开展联合演练等方式，促进各单位的协调配合、职责落实和能力提升。确保人员在抢险救灾时头脑清醒、技术熟练。
3.5 配合矿方做好预警工作，如：利用人员定位监测系统的双向通讯功能，在紧急情况下向发射卡发送人员撤离信息；负责督促对各种预警系统的功能完善与系统升级；利用井下防爆对讲机实现井上下通讯（正常情况井下重要地点已放置的防爆对讲机）；做好人员的避灾演练工作，提高实战能力。
3.6 在政府的支持下，负责建立起一套空中与地面相结合、有线与无线相结合、固定与机动相结合、公众网与专用网相结合的立体应急通信保障体系，并进行强化管理。
3.7 当矿井发生紧急情况时，在指挥部的组织下通知相关人员立刻到达指定地点，在指挥部的统一指挥下进入预案状态，快速到达事故现场，确保矿井的通讯高效畅通，为事故救援争取时间。
摘 要：从当前实践来看，国内煤矿井下系统中的救援设备比较落后、不齐全，而且应急通信技术、系统比较落后，工具设备布设不合理，以致于煤矿井下安全事故频发。其中，信息通信受阻，是造成救援不利、威胁井下人员生命安全的主要影响因素之一，如果不及时采取有效的措施予以防治，则会严重影响煤矿建设事业的可持续发展。本文将对当前煤矿井下应急通信技术及其现状进行分析，并在此基础上就如何建立切实可行的煤矿井下应急无线通信系统，谈一下自己的观点和认识，仅供参考。
近年来，随着社会经济的快速发展和煤矿开采技术的不断进步，煤矿井下开采强度、深度等均有所增加，生产安全问题相伴而生。据调查发现，煤矿井下安全事故防治、救援工作中，最为关键的就是要保持通信畅通，以便于及时地联系、准确地找到受困者的位置。
一、煤矿井下应急通信系统及其技术现状
从当前煤矿井下的情况来看，无线应急通信技术多应用在井下事故问题出现时及时掌握现场情况，为井下人员营救准备了条件。同时，该系统和技术与地面救援系统、指挥中心相连接，形成一个临时性的无线通信路线和网络系统。实践中为了能够有效避免发生二次事故，一旦发生矿井事故，则供电系统就会完全切断电力系统。在该种情况下，煤矿井下救援过程中，难以使用原井下通信系统保持联络。当救援人员下井后获得信息以后，难以给地面人员、指挥中心保持联系。在该种情况下，地上救援时，工作人员难以获得井下的现状信息资料，或者不及时或者不准确，不利于及时救援。井下救援过程中，无法有效了解相关信息，而且救援人员可能会置身于险境。煤矿井下通信系统，关系着井上、井下人员的安全和联系畅通行，保持井下应急系统通信畅通，意义重大。实践证明，切实可靠的应急通信系统，能够在救援过程中起到非常好的应用效果，既可以提高救援效率，又可以减少人员伤亡和财产损失。
当前国内煤矿井下作业实践中，井下应急通信以有线通信为主，虽然部分设备配备了先进的井下无线通信装置，但因系统不配套等而难以发挥其作用。对于传统的煤矿井下应急通信系统而言，其中有线通信主要采用的是调度电话及联络系统。从应用实践来看，该系统属于无源传输，在发生井下事故以后，即便没有电源供电，也可保持正常通信，而且通话质量能够有所保障。实践中，因上述通信模式和手段实际布设成本较其他模式下的布设方案经济成本要高一些，加之井下环境特别的复杂，很难全面把握，而且容易出现变动，所以所用的话机可能无法覆盖整个巷道。一旦发生故障，则造成井下通信出现严重的中断现象。有线通信系统作为一种矿井应急通信系统，虽然可靠、灵活，但是存在着一些安全隐患问题，难以有效满足客观需求。
随着科技水平的不断提高，目前国内已经逐步引入无线通信系统，虽然技术水平较之于以往有所提高，但是依然存在一些问题或瑕疵。比如，通信过程中容量相对较小一些，而且部分区域的通信受限以及通信距离短和对基站具有较强的依赖性等，甚至无法支持煤矿井下救援任务。针对这些问题，本文基于目前已有的、相对比较成熟的无线Mesh网络系统和技术手段，将其引入到井下用于应急救援通信，并重新设计了新的无线应急通信体系，以此来有效满足煤矿井下作业和应急救援通信需求。
二、煤矿井下应急无线通信系统构建策略
基于以上分析，笔者认为在当前煤矿井下作业和应急救援通信系统建设过程中，应当从以下几个方面着手。
（一）煤矿井下应急无线通信系统基本需求
对于煤矿井下应急无线通信系统而言，其与地面系统之间存在着较大的差异，具体体现在如下方面：
1.通信环境复杂性
煤矿巷道多存在着一些转角，这就导致无线信号传播受阻，会出现各种类型的信号强度影响因素，比如反射、多径衰落以及折射等。
2.线行受限分析
井下巷道一般采用封闭式，在有限空间范围内，内部分支、弯道和上下坡位置，会出现巷道内景复杂多变等现象，如不及时采取措施应对，则可能会形成非视距信号通信场景。
3.环境恶劣
当发生煤矿井下事故时，可能会产生易爆、燃气体，而且量比较大；同时，还可以出现渗水现象，对巷道结构造成破坏。基于此，在应急通信系统设计过程中，应当有强扩展性以及鲁棒性，以便于能够有效适应特殊的场景需求。
4.无电源供电
井下事故发生以后，就会将原供电系统切断，整个系统中的所有需电设备均无法正常运行，甚至可能会造成供电设备损坏。由此可见，在现代无线通信系统建设过程中，应当解决好自我安全供电问题。煤矿井下应急救援通信系统的使用环境、场景等都非常的特殊，要求系统质量更高。根据实况，我们结合已掌握的情况，建立切实可靠的煤矿井下应急救援通信系统，其必须满足以下要求。
第一，系统载频不宜过低。因煤矿井下信号通道所处的环境比较复杂和特殊，如果系统载频过低，则收发信号过程中可能更加依赖于感应线路来实现传输之目的。
第二，多跳结构以及自组织。煤矿井下空间有较多的转折，通信信号受阻概率也非常大，无线应急救援通信系统应当有多跳结构，基于中介转发来放大信号，以确保点对点的通信良好性。在此过程中，还应当设计自组织性，以便于形成网络，并与煤矿井下部署。
第三，体积小、能耗低。煤矿井下救援设备，应当在井下空间内优化布设，而且要严格控制体积，方便携带。整个通信系统的能耗不能太大，可自行解决安全供电问题，确保能够在井下持续供电。
（二）优化设计系统架构
基于上文对煤矿井下应急通信系统的建设需求分析，以下将对Mesh网络系统应用基础上的应急通信系统架构进行设计。
从整体架构来看，该系统采用了分级无线网络模式，具体由MC以及MR组成。实践中，如果出现了煤矿井事故或者人员受到了威胁，则救援人员只需携带MC和MR进入受难井下巷道，即可展开及时搜救工作。不同的MR之间连接以后，又形成了一个骨干网络系统，此时搜救人员可携带MC，只需与其中一个MR正常连接，即可与地面保持正常通信。对于不同的MC而言，彼此之间的相互通信可基于MR实现转发之目的，由此便建立起一套比较完整的应急通信系统。
（三）优化设计系统硬件
1.器件优选
从功能层面来讲，MR主要用于信号转发及其放大等，对于硬件设备而言，其主要包括控制器、电源模块、存储器件以及无线通信模块和外围电路等。
第一，维控制器。维控制器对整个通信系统、性能等会产生较大的影响，基于对芯片性能可以有效满足利用场景的考虑，具有一定的运算、逻辑判断等能力，确保外部接口更加的丰富，本文选用的是S3C2440A型芯片，令其作为MR之MCU，实际上是一种精简指令集处理设备，缓存16K、主频400MHz，并且可实现操作系统的正常运行。
第二，无线模块。对于无线模块来讲，其主要功能是数据信息接收以及发送，无线通信芯片采用nRF24L01，在ISM频段集成的数据链路协议非常完整，而且速度能够达到2Mbps，只需简单的进行外围电路布设即可利用。
2.硬件架构
元器件选定以后，再优化设计硬件整体架构，对于MR整体架构而言，模块核心是MCU，通过无线收发模块、总线等进行通信、传输命令和数据。较之于MR而言，MC架构有相似之处，只是增加了一些语音通话功能，在整体架构上二者均可利用。
3.接口电路
第一，对存储单元接口进行电路优化设计。本文所研究的通信系统存储单元，主要利用了FLASH以及SDRAM存储器。对于SDRAM而言，主要作为系统内存应用，其频率与总线之间保持一致，能够有效进行快速擦写。然而，实践中应当不断进行刷新，以确保数据的客观有效性。对于FLASH而言，其作为非易失性存储设备，掉电以后数据信息也不丢失，而且能够随意擦写，一般作为固态存储装置，可存储代码以及相关信息数据。
第二，优化设计电源电路。该系统中的无线网卡需供电电源5V，存储器电源3.3V，MCU电源需1.3V。实践中，为了确保电压的统一需求，供电采用5V电源，利用芯片对电压处理以后，电压3.3V。
结语
煤矿井下应急通信系统得以广泛地应用和发展。本文结合井下实际情况和需求，将无线Mesh网络系统和技术设备引入井下，并且设计了Mesh网络应用基础上的井下应急通信系统，其成本非常的低，而且部署也比较灵活，有利于提高煤矿井下应急救援效率的提高。
摘 要：煤矿应急管理与救援指挥管理系统是一套集指挥调度、灾害演示、预警预测、快速反应、恢复重建、应急保障和监督管理于一体的应急救援指挥平台。同时，系统将信息管理与GIS平台相结合，实现了重大危险源、重要工作地点的可视化监测监控。系统在信息管理、风险分析、决策支持、协调指挥等方面为集团公司提供了一套应急管理与救援指挥整体解决方案。
关键词：应急管理 救援指挥 信息管理 系统开发
1 开发背景
近年来，我国煤炭行业的发展十分迅速，但煤矿安全问题并没有得到根本解决，重特大事故时有发生，煤矿安全生产事故造成大量人员死亡和巨大财产损失。伤亡事故的主要原因是缺少高效、协调、统一的应急救援和救援指挥管理机制。在此背景下，为进一步提高企业日常安全管理和应急救援水平，特研发了该系统。
2 国内外研究现状
2.1 国外相关产品及技术现状
发达国家普遍重视信息管理、风险分析、决策支持和协调指挥等应急管理技术在煤矿应急救援中的研究与应用。美国在“9.11”事件以后，在全国范围内加快建立综合性、一体化的突发公共事件处理方案，提供全国突发事件的预防、准备、响应和恢复的标准与规范，并从2005年开始要求各州、部族和地方政府都采用NIMS来处理突发事件。德国内政部门在2001年着手建立了“危机预防信息系统”，构造了一个联邦和地方政府的事件响应和公众信息网络，为突发公共事件的救援提供信息服务。英国RobshawL教授提出用信息技术来提高采掘工作面的活力能力。他利用信息技术建立一个煤矿信息系统，该系统给企业经理提供了关于煤矿采掘工作面性能的及时、准确地信息。
2.2 国内相关产品及技术现状
北京大学毛善君教授带领团队开发的矿山地理信息系统平台LongRuan GIS，已经在我国大部分煤矿使用。LongRuan GIS作为完全从底层开发的地理信息系统，引领了我国矿山地理信息系统发展方向[1]；重庆大学程平等研究设计了煤矿应急救援指挥通信平台[2]，中国矿业大学（北京）刘金城设计了煤矿瓦斯爆炸事故应急辅助决策系统[3]，为我国煤矿的应急救援管理工作做出了贡献。
3 系统功能
（1）应急救援管理系统可快速、准确地为决策者提供救援预案，以辅助决策者对事故救援作出决策，为救援工作节省宝贵时间。
（2）应急救援指挥系统按照扁平化、准确性、以人为本等五大原则，分为应急值守、应急救援和事故管理。应急值守实现在三维模型上动态监控安全、人员定位数据，发现危险，及时报警，启动应急救援程序。事故管理实现对灾害事故的汇总管理。
（3）监测监控系统可实现实时在线的检测监控数据展示、在线查看和危险指标报警，为灾害预警提供决策依据。其人员定位功能更能在救援活动中起到关键的作用。
（4）应急救援保障系统可完成救援人员、物资的综合管理，实现优化配置、综合利用、全面部署的战略规划。
4 系统开发的目标
（1）通过预先设计的综合应急预案，迅速组织救援队伍，利用一切可以利用的力量，在灾害事故发生后迅速控制其发展，并努力使灾害损失将至最低。
（2）通过研究煤矿应急管理与救援指挥信息系统，实现对煤矿工作人员提供安全全方位服务，使煤矿能及时更新安全信息，降低安全管理成本，在发生事故时能及时作出反应，并采取相关措施，提高事故的救援效率，有效减少事故损失。
（3）煤矿应急管理与救援指挥信息系统借助GIS平台，利用基于复杂地质条件下三维地质模型建模技术[4]，实现对井下工作环境的三维展示，在灾害发生时，可直观显示井下实际条件，为决策者对事故救援作出决策提供依据。
（4）应用计算机信息技术建立煤矿应急管理与救援指挥信息系统，可有效提高煤矿企业的信息获取能力、快速反应能力、组织协调能力、决策指挥能力、防灾减灾能力。
5 技术路线及研究方法
（1）整体技术实施路线包括：需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、系统实施、系统运行与维护等阶段。
（2）前端开发工具用C#来实现，后端数据库管理工具使用SQL Sreverse2008来实现，数据库系统采用的借口，使煤矿应急管理与救援指挥信息系统具有异构多源数据访问的能力。
（3）建立煤矿应急救援指挥与管理信息平台，把监测监控预警子系统与应急救援指挥系统有机结合起来，实现煤矿救援的安全、快速、高效和有序，最大限度减少事故发生所造成的人身伤害和财产损失。
（4）根据系统详细设计编码并调试所有的功能模块，并利用实际资料检验程序的正确性与容错性。在调试程序过程中，与相关专业技术人员密切配合，检验功能模块的实用性，并及时加以修改。
6 主要创新点
（1）建立了煤矿井下监测专用软件平台，完成了煤矿安全监测监控数据的分析和处理，实现了系统与监测设备及其他软件系统信息共享。
（2）基于Longruan 3DGIS平台，实现了避灾路线的与救灾路线的可变化。
（3）系统对应急预案在数据库进行拆分，实现了和应急救援流程的无缝集成，实现了应急救援程序的可视化。
（4）把矿山应急救援支护管理数字化，把大多数煤矿依托的纸质预案和传统通信手段提升到应用信息化平台，实现了狂三应急救援指挥的高效、科学和智能化管理。
（5）建立了基于GIS的三维可视化集成数据平台，实现危险源三维动态数据的显示及三维可视化救援与值守。当灾害发生时，能在根据实际情况建立的巷道、硐室、工作面等三维模型上动态地生成事故报告，并启动应急救援预案，同时还可以根据灾害发生的类型，自动生成最短的救灾路线，在三维模型上动态地显示，为救援工作提供建设性建议。
7 社会效益分析
矿山应急救援指挥管理是矿山安全生产工作的重要组成部分，全面做好矿山安全生产应急管理工作，尽可能避免和减少矿山事故造成的伤亡和损失，是坚持“以人为本”、贯彻社会主义和谐社会的具体体现。是维护社会稳定人民群众根本利益的需要，对预防和应对矿山突发安全生产事件，减少矿山突发事件造成的损失，具有重要意义。同时本系统有助于煤矿的日常管理，提高决策者的决策能力，增强管理人员的安全知识，强化人员的安全生产意识，提高人员应急反应和逃生能力。煤矿应急管理与救援指挥信息系统的应用，能够在煤矿应急管理和应急响应能力方面提供一种新型的信息化、智能化平台。
[摘 要]本文简述了姚桥煤矿井下应急数字广播系统的实现、区域划分、设点数量及救灾功能，详细分析了系统具体技术要求及系统设计原则，在实践应用中取得了较好经济效益和社会效益。
[关键词]广播系统；设计原则；技术要求；系统功能
1.概况
姚桥煤矿井下应急数字广播系统（以下简称广播系统）以井下工业以太环网作为数据传输平台，使用光纤或通信电缆连接主、副音箱等设备，实现应急数字广播。该系统覆盖区域总计安装应急数字广播作业地点50处，主要分布在3个采煤工作面上、下两巷，8个掘进工作面，6个人行车场，大泵房，运输调度室，猴车上、下人位置，主要变电所及轨道甩道口处。该系统以各种应急预案为基础，具有智能语音告警及应急救援功能，日常在指定区域可以播放背景音乐、播放安全宣传教育音频。当井下出现重大安全事故时，可以根据事先设定程序，调动相关应急预案，指挥现场人员撤离；可以人工调用应急预案语音材料，播放给指定区域，也可以地面调度室终端设备实现直接喊话，直接指挥有关人员撤离。
2.设计原则
广播系统的建设是煤矿信息化建设的重要设施，是煤炭安全生产管理体系的重要组成部分，必须从网络信息体系建设的全局考虑，将系统建设成一个高起点，易于扩充、升级、管理和使用的广播通信系统。主要设计原则包括：
高可靠性：稳定可靠运行是矿用应急通信保障系统建设目标的关键，保证在系统设计中选用高可靠性的产品设备，充分考虑冗余、容错和备份能力，同时合理设计系统架构，最大限度地支持系统的可靠运行。
安全性：煤炭系统作为国家的基础能源系统，设计中必须考虑防止内部及外部非法访问的措施，保证系统数据的安全传输。因此需要制订统一的系统安全策略，整体考虑系统平台的安全性。
网络可扩展性：根据未来业务的增长和变化，网络可以平滑地扩充和升级，最大程度地减少对网络架构和现有设备的调整。
可实施性：本次工程将充分分析现有的工业以太环网及既有的调度通信系统环境，充分考虑网络的可实施性。
技术先进性：在保证满足基本业务应用的同时，又要体现网络的先进性。在网络设计中要把先进的技术与现有的成熟技术和标准结合起来，充分考虑到网络应用的现状和未来发展趋势。
高性能：骨干通信节点的性能是整个网络良好运行的基础，在设计中必须保障设备的高吞吐能力，保证各类型信息的高质量传输，使系统成为煤炭安全生产管理的重要辅助设施。
经济性：在充分利用现有资源的情况下，最大限度地降低系统的总体投资，有计划、有步骤地实施，在保证网络整体性能的前提下，充分整合矿区现有的各类型通信广播系统。
开放性：相关产品的选择要以先进性和适用性为基础。广播系统采用通讯协议应为国际通用协议，并免费向用户开放通信协议，使该系统能与综合自动化系统融合。系统具备二次开发接口，满足维护、开发应用软件的需求。
3. 广播系统具体技术要求
3.1 广播系统的总体技术要求
广播系统以井下工业以太环网作为数据传输平台，上、下人行车场、各甩道口和无人值守猴车（处于静止状态）等主要巷道可使用光纤或通信电缆连接主、副音箱等设备，实现应急数字广播。系统应满足井下采掘工作面使用通信电缆通信的需要，且数据传输距离不小于2000米。系统建成后应达到井下应急广播的需要，声音清晰、无杂音、单个音箱声音单方向覆盖范围不小于150米。
广播系统应实现双向通信功能，井下人员听到音箱声音后可以通过该系统实现与矿调度的信息传递。
采掘工作面应满足2种方式广播：即可采用环网实现应急数字广播，也可采用现有调度电话通过网络传输实现应急通信或广播。
3.2 广播系统的覆盖区域要求
广播系统总共设计安装应急数字广播作业地点53处，主要分布在3个采煤工作面上、下两巷，8个掘进工作面，人行车场，猴车上、下人位置、避灾硐室，主要变电所及轨道甩道口处。
3.3 广播系统的架构要求
⑴. 广播系统主要设备包括系统管理软件及应急广播服务器、信号传输部分、矿用本安型音箱等。由地面和井下两部分组成：地面部分由麦克风、应急广播服务器、应急广播客户端、中继网关通信设备及相关附件组成。井下部分由矿用隔爆本安型主、副音箱、矿用隔爆兼本安型电源及相关附件组成。
⑵. 以井下工业环网作为系统的传输通道，易于系统的建设。
3.4 广播系统的管理软件要求
广播系统可以实现向线路通话，播放音频文件等功能，也可以接收井下线路的声音并将通话声音保存。同时可根据不同的需要设置权限部署在不同的服务器上。
整合现有的语音通信系统，统一界面，统一管理。
调度室直接对扩播、调度电话各点进行紧急呼叫或广播各分机点、在线状态显示。
一键通紧急广播（通过设置好的语音报警源直接传输到井下话站音响）。
丰富灵活的软件接口，支持定制开发。
支持软件远程操作运行环境：支持WINXP、WIN7、WIN 2003、 WIN 2008操作系统。
同时具有与人员定位系统、安全监控系统的相互联动的功能。
3.5 广播系统的环境要求
⑴.安装地点：大屯煤电姚桥煤矿
⑵.海拔高度：地面不大于1000m，井下不小于 -1000m。
⑶.安装环境：煤炭矿山工业环境。
⑷.环境温度：地面-18℃～45℃，井下2℃～40℃。
⑸.环境湿度：井底约95%，井口60%～85%。
⑹.耐震能力：按8度烈度设防。
⑺.运行方式：24小时连续工作制。
3.6 广播系统的主要材料设备如下表
4. 广播系统的功能
4.1 支持双重调度管理功能
通过广播系统可组成全矿区广播通信管理系统：当发现井下某个地点有异常情况，通过公司总调度室，即可实现各煤矿的调度通话，也可通过公司局域网访问应急数字广播系统对煤矿井下某个工作面直接讲话或播音，从而真正实现公司总调度室和矿调度室双重调度管理功能。
4.2 设备状态显示及故障检测功能
广播系统设备都可显示具体工作状态，便于工作人员及时发现处理。由于终端为网络或通信设备，具备灵活的IP地址或电话号码设置，因此通过管理软件可以通过编程来控制设备的IP或电话号码，以达到控制音箱及实时显示工作状态的效果。
4.3 广播系统呼叫功能
当井上管理人员要通过广播系统通知井下工作人员时，在调度室操作台上输入井下矿用隔爆兼本安型音箱的IP编码或电话号码，系统自动接通井下矿用隔爆兼本安型音箱。
4.4 双向通信功能
调度中心可以通过操作台或访问应急广播服务器对井下音箱进行讲话，井下人员也可以通过井下设备终端与矿调度进行对话。
4.5 广播分区不受限制
根据矿区广播系统需要，可以对矿区广播进行无限制分区，使得使用效率最大化。
4.6 音箱音量任意控制
根据井下区域不同，在调度室可以任意控制网络音箱的音量大小。每个音箱具有单独调节音量功能，并且可以任意选择各个网络音箱播放的不同背景音乐和宣传语音广播等内容。
4.7 远程广播系统管理
广播系统实现了真正意义上的无人职守，能够通过广播系统软件实现对整个系统设备进行远程管理与监控。可以通过计算机发送语音对井下进行应急广播。界面友好，操作方便，真正实现了可寻址到点控制。
5. 结语
姚桥煤矿广播系统实现了真正意义上的无人职守，能够通过系统软件实现对整个系统设备进行远程管理与监控。可以通过计算机发送语音对井下进行应急广播。界面清晰，操作方便，真正实现了寻址到点控制。通过本系统可组成全矿区广播通信管理，当发现井下某个地点有异常情况，通过公司总调度室，即可实现各煤矿的调度通话，也可通过公司局域网访问应急数字广播系统对煤矿井下某个工作面直接讲话或播音，从而真正实现公司总调度室和矿调度室双重调度管理功能。经过姚桥煤矿井下的实际应用取得了较好经济效益和社会效益。
摘 要：随着世界生产安全不断重视，尤其是对生产一线的工作者生命安全的不断重视并且国家安全生产政策的不断提出，但事故发生不断并且高频，面对突然煤矿事故尤其是大型事故，怎样有效的处理紧急问题至关重要。本文主要建立煤矿事故应急系统，通过各种软件建立效果分析，并且构建该系统框架图，该系统的建立为煤矿事故救援提供了最优处理方案。
关键词：煤矿；事故；比较；系统
1 建立煤矿事故应急救援系统的意义
加强对煤矿事故应急救援工作的领导，保证事故应急响应及时、抢救迅速有效，提高应急预案的启动速度、执行效率以及执行的准确程度，提高管理的现代化、智能化、系统化水平，尽最大可能减少和降低事故发生时所造成的人身伤害和财产损失，建立一套煤矿事故应急救援预案管理信息系统具有十分重要的意义。为了贯彻执行国务院《关于加强安全生产工作的决定》、《中华人民共和国安全生产法》、《煤矿安全生产条例》等法律法规。一方面，自我国煤炭资源得到很好地发展，矿井年生产力的不断提高，相应人员的配备比以前更多，尤其在社会高速发展经济的社会背景下，提高矿井各项工作效率也是至关重要；另一方面，在一旦发生重特大安全事故时，事故应急信息系统能提供完善的应急救援程序，促进煤矿重特大事故的防范工作，提高煤矿有效应对各种突发事件的能力，能做到处变不惊加强各部门的联动与配合，充分调动生产单位应急救援的各种资源，临危不惧，从而使救援工作有条不紊地开展，损失降到最低。
2 建立煤矿事故应急救援系统存在的问题
建立煤矿事故应急救援系统，不但要投入大量的人力、物力和财力，还需要配备多学科人才，包括矿产资源学、采矿学、应用化学、地质学、岩土工程学、环境学、材料学、工程力学、安全科学、计算机、流体力学、管理学、系统学等；另外，煤矿事故应急救援系统是一门集采矿学与现代管理技术系统的交叉学科，需要大批的复合型人才，但是在煤矿开采领域，这样的人才是很稀缺的，随着国发〔2010〕30文件的，安全生产，但煤矿事故在我国高发，保护劳动者生命安全很有必要建立煤矿事故应急救援系统。
3 建立煤矿事故应急救援系统的步骤
建立煤矿事故应急救援系统的主要功能是加强对煤矿事故救援的领导，保证事故应急响应及时、抢救迅速有效，提高应急启动速度、执行效率以及执行的准确程度，提高管理的现代化、智能化、系统化水平，尽最大可能减少和降低事故发生时所造成的人身伤害和财产损失。
3.1 收集整理数据、网络设计
在建立煤矿事故应急救援系统之前，就要对该煤矿的人员信息（年龄、工作经验、应变能力和专业研究深度等）、地理位置、交通要道、设备、本地管理协调机构等信息的综合评价和掌握。这些数据对后面本矿建立煤矿事故应急救援系统有着很重要的意义。
实现组织、成员及其职责的管理，实现用户管理，完善的用户管理机制，可以对用户设定密码安全认证与操作权限，拥有相关权限的人员才可以进入系统，高级别的用户可以抢夺低级别的用户的控制权，确保控制唯一性；拥有权限的用户可以方便地对系统配置进行查询和修改，并进行系统维护工作。可进行系统设置、数据整理、备份、恢复等功能。调查本矿所有机构设置，对于管理职能重叠、人员配备不足、人员分管工作不明进行整顿，综合建立煤矿事故应急救援系统。
3.2 建立数据库、录入数据
数据库的选择对煤矿事故应急救援系统的建立有很大的影响。现在一般可以应用Excel、Access、Microsoft office Infopath、Visual Basic、Visual C++、Visual J++、Visual InterDev、Visual SourceSafe 、FoxPro等软件开发数据库，Excel、Access、Microsoft office Infopath 软件建立数据库前期工作量少，所建数据库直观明确，但是随着数据的膨胀，后面查询会带来工作量增加。考虑到软件普遍、易操作、效率高、快速等特点，采用Visual FoxPro 建立煤矿事故应急救援系统整体性强、层次分明、较高的处理速度、利于后面的开发。
该系统基础信息管理模块用于危险源数据库、法律法规数据库、典型事故案例数据库、应急救援器材设备数据库及其他应急救援数据库的数据输入、编辑和输出。
数据库的设计决定着该系统的性能的高低甚至成败，所以在设计数据库时，按照事故类型进行数据库设计，事故类型分为瓦斯、地质水文、煤尘爆炸、煤与瓦斯突出和通风安全，分类的优势在于事故发生时，按照事故类型进行数据查询，找到处理事故的最佳人员配置和管理结果，把事故的生命和经济损失减到最低。
3.3 数据查询及事故汇报子系统的嵌入
该数据库主要是通过该矿的具体情况（地理位置、交通条件、本矿地质条件等因素）建立的，通过矿上事故处理各领域专家综合考虑然后建立的事故应急救援处理方案，在进行事故类别查询，得到最优事故处理方案。例如，当本矿出现水淹井事故，在该系统查询栏里面输入地质水文，系统查询处理水害事故的最优方案，查询结果里面出现处理水害专家，也及相应的人员、设备配备，还有先前该类事故经验和教训。同时还有出现事故汇报流程，做到事情紧急情况下，有条不紊的运行。
4 结束语
煤矿事故应急救援系统是随着经济增长特别是对以人为本的理念深入人心，有关法律法规和经济体制的不断健全的结果，是一个经济、安全生产的综合项目的研究。同时这个也是一个不断更新的动态项目，将随着新技术、新理念、新型经济的发展而不断进步，为安全生产提供了一个崭新的、高效的、更深层次的稳定系统。但同时也要注意该系统为事故发生提供了很优化的救援方案，与实际发生事故时，系统内部各块能否真正得到顺利，还要定期进行实际演练，各单位达到最佳磨合状况。
摘要：在煤矿灾害发生过程中，根据地理信息系统的特点及优势，将其应用于应急救援中，可以极大地提高救援效率，最大限度的降低人员、财产的损失。
关键词：煤矿灾害 应急救援系统 地理信息系统
一、引言
随着煤矿开采深度的加深，地质条件也将会愈加的复杂，各种事故会严重威胁着矿工的生命安全和煤炭生产的正常进行。通过建立生产安全事故应急救援预案，可以控制矿山发展并尽可能排除事故及矿井灾害，保护现场人员及场外人员的安全，将矿井灾害对人员、财产造成的损失降低到最小程度。
地理信息系统（GIS）是一种基于计算机的工具，它可以对在地球上存在的东西和发生的事件进行成图和分析。GIS技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起，从而使大量抽象、枯燥的数据变得生动、直观和易于理解，提高工作效率和管理工作的科学性和准确性。
二、地理信息系统的特点及优势
地理信息系统是以地理空间和动态的地理信息为地理研究和地理决策服务的信息系统，已被广泛用于资源管理、城市规划、应急救援等各个领域。地理信息系统的主要特点和优势有：
1、标准的信息存储、查询功能。GIS可以将各种不同的数据转化成利于计算机存储的内部格式。GIS不但包括各种要素分布的空间位置，也包括其实体特征的属性数据，同时还有明显的时序特征，而且空间数据和属性数据之间是一种密切的对应关系，空间信息和属性信息形成一个有机的整体。通过检索空间数据可查询相应属性信息；通过检索属性数据也可以查询相应的空间信息。避免了图形与相应的属性数据分离的现象，给企业资源的全面管理带来了极大的方便。从图形学的角度来看，GIS实质上是一种便于计算机处理和网络传输的数字化地图或图纸，可以方便地对空间数据进行输入、编辑、显示、查询、空间分析和输出打印，也可以利用三维动态仿真技术对各种要素实现仿真模拟，构造一个符合实际的模拟空间，展现各种地物之间复杂的时空关系。
2、便捷的的数据管理功能。一些数据库和应用系统公司，如Oracle，Microsoft和SAS等，已扩展了其产品容纳空间数据管理功能。另一方面，许多GIS软件也包含空间数据库引擎数据模型，借助这一模型可将空间数据加入到关系数据库管理系统中。这样使得大规模的GIS系统与空间数据技术一体化成为可能，便于各种系统的集成和信息共享。
3、优秀的空间分析功能。空间分析是地理信息系统最主要的特色。GIS系统可以利用其空间数据库和属性数据库，结合高效的算法进行空间分析。如对距离某一事故地点一定范围内各种空间要素的搜索，并对相关信息进行统计分析，为事故处理提供所需要的信息和应急预案等。这种空间分析的功能是其他信息管理系统无法实现的。
三、煤矿灾害应急救援地理信息系统模块功能设计
根据系统需求分析和开发目标，煤矿灾害应急救援系统应主要包括以下几个模块：
1、信息管理模块。该模块主要由矿井相关的各种基础信息数据库和地物属性分布组成。基础信息包括矿井基本情况数据库、井下主要设备信息数据库、安全设备数据库、地质条件数据库、主要灾害信息数据库以及实时的采掘工作面分布等。它具有实时维护、更新和管理煤矿基础信息所需的基本功能。？
2、应急预案模块。主要包括矿井灾害应急预案、应急救援队伍、救灾设备数据库、救灾专家数据库以及国家级矿山救援基地分布等内容。在矿井灾害应急预案中可以查询到通用的应急救援预案，如国家局制定的矿山重特大生产安全事故应急预案，也可以查询到针对本矿井实际的自行制定的应急预案内容。它具有维护和管理整个矿井灾害应急救援的基本功能。
3、灾害处理模块。囊括了矿井灾害从预测预报到控制处理的一般方法，主要包括矿井灾害预测方法、矿井灾害控制方法、矿井灾害处理方法。同时还提供了矿升灾害案例库这一功能，方便查找相关的矿井灾害案例，以期达到学习借鉴的目的。
4、法律法规模块。此模块提供了矿井生产适用的各项法律法规和部门规章制度，包括国家级及省级煤矿安全规程。能够按照目录、索引和关键字进行查询、打印，同时预留了扩展接口，用户可以随实际变化增减法律法规条文，有效地减少了检索规章制度文件的时间，为领导者做出正确的决策提供法律依据。
四、煤矿灾害应急救援地理信息系统的实现与应用
矿井灾害救援制约因素多、情况复杂多变，与其他行业的抢险救灾工作相比，具备更强的技术性、时效性和更大的危险性，要求反应迅速、判断准确、应变及时、措施有力，一旦事故发生，需要多支救援队伍密切配合、集中指挥展开救援工作。
建立矿井应急救援系统的目的：一是发生事故后控制危险源，避免事故扩大，在可能的情况下予以消除；二是尽可能减少事故所造成的人员和财产损失。因此，矿井灾害应急救援系统不仅要包括危险源空间布局、矿井环境状况、关键设施状况、应急救援力量等实体空间，而且还应涉及社会经济领域的非实体因素，如人员分布、财产分布等。？矿井应急救援作为一个动态运行的过程，其复杂的灾害生成机制需要强有力的信息分析工具的支持。地理信息系统是解决这一问题的有力工具。
本系统主要利用GIS开发软件，将煤矿生产工作范围内的电子地图、属性数据以及统计数据相结合，构成地理信息系统平台，通过此平台，实现生产工作范围内井下巷道、采掘工作面和各种机械、安全设备数据及其他数据的全面整合，达到数据统一管理和资源共享。同时在此基础上提供灾害预测、控制和应对方案，提高管理工作的科学性、规范性，以及灾害处理工作的及时性、准确性。
五、结束语
该系统可以实现对矿井基本情况、主要灾害信息、危险源分布及救灾力量等信息的查询、图形编辑、属性更新，确定特定灾害的影响范围，大致预测灾害损失。在灾害应急响应与快速救援指挥中显示最佳避灾路线，调度与管理抗灾力量，对应急预案数据库进行决策支持和数据更新，从而方便生产单位在灾害发生时及时启动相应的应急预案，辅助领导全面掌握灾情并进行救灾指挥决策，将灾害损失降到最低限度。
摘 要 由于科技的发展和国家的重视，煤矿事故的发生率在近几年来已经有所下降。然而由于煤矿工作的环境复杂，目前我国仍然无法避免煤矿事故的发生。所以，事故发生后的应急通信保障和人员救助成了国家的关注重点。由于煤矿应急通信保障系统对于挽救旷工生命工作有着重要的影响，本文通过了解煤矿应急通信保障系统的研究现状和存在的问题，提出了煤矿应急通信保障系统未来的研究方向的同时，也对煤矿应急通信保障系统的未来应用做出了概括。
关键词 煤矿事故;煤矿应急通信保障系统;研究
煤炭的开采是我国重要能源的主要来源，但是煤矿事故的发生使得人民的生命财产受到了威胁。煤矿应急通信保障系统为事故救援提供了有力的技术支持，也对安抚被困人员情绪起到了巨大的作用。然而该通信保障系统受困于现代技术的发展，仍然存在着诸多不足，给煤矿事故的救援带来了一定困难。
1 煤矿应急通信保障系统的研究现状
当一场煤矿事故发生后，井下通信的中断会导致救援部队无法确定井下情况，因此无法完成制定人员救援的措施，严重影响了救援时间。而目前的煤矿应急通信保障系统为了适应井下的复杂环境，存在着设备小、布设快速、可移动、简单操作等优点，使得井下的通信系统灵活性较高。
目前矿井的主要通信方式有中频感应通信、VHF泄漏通信、矿井蜂窝无线通信以及短距离无线通信网络等。矿井应急通信保障系统属于有线和无线技术为一体的信息设备，需要建立有线、无线相结合的通信保障系统。目前我国煤矿应急通信保障系统的主要功能是：在事故发生后，通信设备可以保证井下人员与救援人员的联络，使得救援人员可以根据通信数据对受困人员进行定位，采取相应的救援措施。因此有线技术和无线技术的发展对于煤矿应急通信保障系统的发展有着重要的意义[1]。
2 煤矿应急通信保障系统的存在问题与研究方向
1）煤矿应急通信保障系统的存在问题。
一方面就目前的煤矿应急通信的几种主要通信方式来说，其中的中频感应通信利用专用的感应线和无线电波传输信息，其系统的稳定性较差。而VHF泄漏通信系统利用无线电辐射泄漏原理实现通信，但是有布线的局限性且费用较高。矿井蜂窝式无线通信系统虽然在救援时较为可靠，但是其初期规划较麻烦，并且设备较为昂贵。短距离无线通信系统是利用现在的WIFI网络技术的通信系统，支持多媒体的通信，且拥有成本较低、部署灵活等特点。但是由于目前该技术发展的较晚，所以还没有被广泛的应用。另一方面，我国的煤矿应急通信保障系统的应急求救信息处理的自动化程度较低，求救信息的处理仍然以人对计算机的使用为主。即使安装了应急自动化报警装置，也由于信息系统的通信平台功能缺乏而无法实现信息的共享，无法使应急通信系统及时发挥其作用。再者，由于井下事故发生的比较突然，人员受困的地点往往有多处，在进行一个地点人员救援时，如果不能及时同步的将救援消息传达，可能导致其他地点的人员伤亡。但是由于目前的井下作业员的通信设备有限，通信同步的问题仍然没有得到解决。最后，目前在事故发生后被困人员的数量统计仍然是以现场调查的方法为主，根本无法让全部矿工的安全得到保障。
2）煤矿应急通信保障系统的研究方向。
基于煤矿应急通信保障系统的研究现状和存在问题，可以对煤矿应急通信保障系统的研究方向做一个大致的总结。一是大力发展煤矿应急信息系统的有线无线技术，降低煤矿通信系统的建设成本，保证先进技术在全国多处矿井的普及。二是建立多个煤矿应急信息系统，防止某处煤矿应急信息系统失灵的状况发生。三是利用现代信息技术创立一个集求救、通信、指挥、调度为一体的信息系统，通过高度智能化的系统提高救援的效率。四是通过增设扩音设备或增添多处的通讯线路和设备，保证矿下每处位置都能及时收听到救援的相关信息。五是完善煤矿应急通信系统，增添矿下监控的系统环节，可以实时的掌握井下人员的数量及分布等情况。总之，完善煤矿应急通信系统，不断的确立煤矿应急通信保障系统新的研究方向，是保证我国人民生命财产安全任重而道远的的任务[2]。
3 煤矿应急通信保障系统的未来应用
随着科技的发展，煤矿应急通信保障系统也会越加完善，在煤矿事故的应用上也会实现更多的功能。监控系统的完善首先可以使煤矿应急通信保障系统在事故发生前掌握矿下人员的位置信息及人数和活动情况。而在矿难发生时高智能化的系统可以通过对求救信号的捕捉，及时做出应急措施，通过广播等通讯措施对矿下其他区域人员做出疏散警告，防止更多人员受困。同时高智能化的系统将求救信号通过网络共享给救援部队，并将之前掌握的人员数据提交给赶来救援的队伍，便于救援部队及时部署救援计划。在救援部队赶到后就可以利用煤矿应急通信保障系统的多途径的通信设备联络到每一个井下的受困人员，掌握井下的基本情况。在执行救援措施时又可以通过这些有线和无线的通信设备对其他等待救援的人员做出安排。如此，通过煤矿应急通信保障系统的不断研究和完善，可以给煤矿救援提供更大的贡献，完成煤矿应急通信保障系统的使命[3]。
4 结论
煤矿应急通信保障系统的研究是完善其应用效果的重要方法。只有做好对煤矿应急通信保障系统现状的了解，掌握其存在的问题，才能确定煤矿应急通信保障系统的研究方向，完成对其各方面的研究。总之，做好煤矿应急通信保障系统的研究，才能提高煤矿应急通信保障系统的应用效果，为保障我国人民的生命财产安全做出一份贡献。
[摘 要] 煤矿井下救援工作因为其特殊的行业特点和自身特色，目前已有的其他部门、行业、以及其他国家的救援系统无法直接应用。本文根据对象分析法，
结合了GIS信息化技术对煤矿井下区域性救援进行了分析，认为分析井下区域性救援系统信息化设计的关键在于对煤矿井下GIS救援的表达，应用数据分析技术，最后GIS救援系统数据模型，利用煤炭井下区域性救援及分布联系建立了井下信息可视化系统。
[关键词] GIS； 煤矿； 事故应急救援； 信息管理系统
1 GIS技术应用在煤矿领域的意义
随着电子技术和无线通信技术的高速发展，软/硬件开发工具的不断更新，GIS 技术获得了飞速发展。从最早的单点定位和相对定位，发展到现在的差分定位和广域差分定位；从原先的数据后处理到现在的实时数据处理；从单 GIS 接收机时展到现在的多星座 GNSS 接收机时代。另外，GIS 技术在民用领域的发展更加快速，如汽车导航，大坝、桥梁、高层建筑变形救援，灾害救援及各种工程施工中的定位服务。如今，GIS产业已发展为一项全球化、规模化和大众化产业，因此，大力开展对 GIS 应用技术的研究，对经济建设和军事建设具有十分重要的战略意义。
从上世纪 90 年代 GIS 产品引进我国后经过 20 年的研究和发展，我国卫星导航产业取得了长足的进步，从 2005 到 2010 年上半年就创造了超过 1000 亿元的产值。近年来，卫星导航产业的迅猛发展受到我国高度的重视，在国家 “十二五”规划中，卫星导航被列入重点发展的战略性新兴产业之一，国家将在政策、法规、资金上大力支撑发展有自主知识产权的卫星导航技术，而这些政策上的优势将为卫星导航产业发展创造巨大的空间，也成为促进中国卫星导航产业跨越式发展的主要动力。
GIS 接收机是 GIS 系统的重要组成部分，是用户实现定位、测速和授时功能的核心部分。GIS 信号救援作为接收机内基带信号处理的第一个环节，是跟踪、导航电文提取和定位解算等后续处理过程的基础和前提。GIS 接收机的一些重要性能指标与救援算法的性能有关，如 TTFF 和接收机的灵敏度。因此研究性能优越的救援处理技术对于开发高性能 GIS 接收机具有十分重要的意义，本课题正是基于此展开对煤矿区域 GIS 信号救援信息管理系统中的设计与研究。
2 GIS技术在煤矿事故应急救援信息管理系统中的应用
在智能化救援模式下利用GIS救援系统技术和双缓存技术可建立救援系统实用模型。
2.1 几何数据模型设计
简单来说，系统工作原理就是通过开关进入每个手机分配一个IP地址，并存储在GIS中的数据，在管理软件中自动注册到的无线信号覆盖区域。在GIS救援系统系统中的煤，不仅要生产数据管理的固有特性，分布的各种数据整理清楚之间的层次关系。因此，生产管理系统模型包括两个属性信息，还包括空间格局信息。根据前面的介绍我们知道，由于GIS救援系统技术系统中各地物设备都是根据点、线、面的几何集合构成，对象较为复杂，因此有必要对复杂地物类的属性特征和几何特征作出详细的分类与定义。通常我们都可以将具备集合特征的数据分类为层次数据与几何数据。层次数据可以带有属性，是把各采集到的图形按照各自的特征、需求归类分层，最终得到的结果，同时也是属性与图形的关键结合点。几何数据则是对地物形状大小、空间位置及其拓扑关系进行描述表达的基础数据。
2.2 属性数据模型设计
GIS救援系统信息属性同图形信息关系极其密切。实体对象与图层信息都拥有单向的属性数据。这里首先介绍属性数据与客观数据间的联系。基本属性数据一般可以分成公共属性、独享属性、共名或共值属性、可否传播属性、传值属性和传名属性，共计八种类型。本文简要概括了煤炭管理系统中属性特征模型的逻辑结构，因为各数据间存在着各式各样的映射关系，如需要提取某种设备状态信息的时候，我们可以进行分层查找，并根据确定的地理位置，最终获得该的属性信息与图形信息，一举找到和该相关的所有信息，很好地满足了GIS救援系统技术系统的快捷性和简便性。注册后的手持机即可正常通话，并将其调制打包后通过矿用网络交换机送到地面管理主机，呼叫目标手持机接收信号后经过振铃提示并调制成语音给与持机者，完成一次多媒体通话。
2.3 系统交互组件设计
所谓的业务交互的组件，即能够维护和更新信息查询的功能组件，该组件可根据生产设施，设备和管理的运行时间，和其他类型的财产及时的警告信息，设备信息的变化可以更新和维护数据。相关参数，业务交互组件还具有一个设置管理系统GIS维护系统，权限管理和维护功能。缓存管理模块可以用于存储服务器访问的地理空间数据检索，空间数据缓存在客户端，消除和更新缓存数据。在使用矢量栅格混合地图服务，空间数据环境的严格划分，并实施管理层，并用矢量网格划分方式存储数据，这是因为空间数据格式存储在系统端口缓存的关键作用。高速缓存管理模块可以结合地图显示模块，用户操作人员应在第一时间的要求，经过筛选的几何形状，端口缓存的属性数据，筛选有效的数据提供给管理员。
2.4 服务器端口设计
GIS技术下的煤矿安全生产管理系统，不但和桌面应用程序结合应用功能特性极强，而且拥有易传播、传播范围广泛、交互性强且反应敏捷等优点，同时优化了Web程序交互能力差的功能，通过信息索引客户端，可以获取地图、报表、属性等数据的相应索引号，然后进行请求、缓存操作等。比如在安全操作触及到与原显示区相关范围内时，缓存中已存数据即刻可以提取使用，使用同时还可以把下次要用的数据一并存储。因此，我们可以有效地克服系统运行的缺陷显示速度太慢。在服务器端建立一个缓冲区，大的存储数据，提高运作效率，增强服务器GIS性能。
2.5 GIS应急救援的构成与优化
在解决GIS问题的过程中应用GIS应急救援技术的主要步骤包括：根据GIS的问题组织学习样本，根据样本来构造与训练GIS应急救援，进行GIS应急救援测试。本节将使用上述算法的改进，GIS计算机系统的煤矿救援的研究和分析。具有较大的离散性的样本数据，并进入了GIS的监测数据也有较大的离散性。基于网络将函数作为传递函数，输出范围为0-1，归一化的数据。通过仿真试验，运用MATLAB软件、GIS监视器来确定隐层节点数和获得优秀的GIS。设定允许误差限度，用改进型的GIS应急救援算来研究三层GIS应急救援结构和学习样本的网络节点数、算法和结构对学习速度的影响，最终达到优化效果。在一些煤矿工程质量观中的不安全因素在中国计算机技术的应用，是在通风救援系统的远程检测，很好的解决这些问题，它不仅有很好的工程操作，校准程序使用的测试数据，对采矿作业质量指导；也可以事故风险预测，采取一系列预先采取措施，为施工安全管理提供信息，事故率降低到最低限度，确保煤矿安全生产的稳定性。
2.6 GIS应急救援的诊断结果测试
建立良好的预测一直是GIS救援与数据的研究，以及是否与经验值的协议；在采用一套新的数据测试，是否符合照顾的规范化；另一组样本数据测试GIS救援，验证其有效性的奇怪的数据处理。如果诊断实验或输出误差很小，满足规范的要求，然后显示GIS显示器可以正确的执行，与实际的可用性。煤炭领域的人员和并发，结合相关的要求，提出了利用煤的综合质量作为衡量指标，采用改进算法训练GIS煤炭铁路计算机救援系统进行救援和基于综合判断仿真。
3 应用效果
3.1 实现导线点的计算、绘图、制表一体化
救援系统自动化技术在煤矿，除了三维形状的模拟，它还可以根据救援数据，坐标，导线点的高程和自主计算的实现，计算快速准确，并可直接对高自动标记的屋顶，并将标记存储在GIS中的数据，避免人体必需的转录错误。最后结果表的输出线，表格的格式规范，信息的完整性，并可以直接打印导线点的计算、绘图、制表一体化。
3.2 实现图形数据和数据线救援的有效管理
分段地图管理不仅简单快速，而且通过数据更新维护，形成线名称检索目录和管理方法，煤矿综合自动化救援，大大提高了工作效率。
3.3 自动救援
通过原始数据的输入，可以有效地反映电力系统的真实状态，它模拟了煤矿救援系统的整个过程，在建模计算每个节点的相对位置，在实际的结构和关系，并在基础和方向的道路上标记线，绘制简单的固定环境的轮廓，提高了煤矿综合自动化救援的工作效率。
3.4 可视化界面
系统的可视化界面，可操作性强，救援人员没有特殊的学习或培训，操作很简单。
4 结语
GIS技术作为一种煤矿事故应急救援的新方法，以新的救援方式应用在中国煤炭安全生产中，智能化救援应用接口远程计算机服务技术为基础的视频救援，救援对煤炭救援三维可视化的每个阶段的实施，了解各个节点在现实环境救援中的相对位置和相互关系，它有利于我的中国煤炭行业的技术经济效益，也将为煤炭安全生产做一个很好的借鉴和指导意义。
【摘要】煤炭安全生产中，基于WIFI无线网络通信技术使其必备安全装备，在一定程度上填补了我国无线网络发展的空白。基于WIFI网络系统将新技术提供给煤矿应急救援工作，有助于灾后紧急救援工作顺利进行，对伤亡人员的减少具有重要意义。基于WIFI技术可靠而先进，同时具备综合性功能，具有鲜明特色，而且在煤矿市场上竞争能力非常强。本文就对其系统的设计进行研究。
【关键词】WiFi技术；煤矿井下应急救援；无线通信系统
一、引言
一直以来，国内煤矿井下应急救援技术的发展速度非常快，一旦煤矿法发生意外事故，必须全部切断井下煤矿电力供应，无法正常使用煤矿个通讯设备，以对二次事故的发生进行避免。此外，煤矿灾害区环境和条件具有一定的复杂性和恶劣性，因此也就导致在事故发生时，救护队员不能技术和地面救灾指挥部、井下救护基地，取得及时有效的联系，无法对煤矿事故现场情况有一个具体的了解，也就对救援指挥工作造成影响。
二、煤矿井下应急救援灾害事故分析
在煤矿安全生产工作中，应急救援煤矿灾害事故是其重要组成部分。在发生事故后，紧急救援就成为一项降低损失、减少事故伤亡人数的重要举措。我国煤矿安全生产监管局所提供的资料显示，2010年山西王家岭煤矿透水事故中，救援人员进行长达10个小时的抢救，获救100多名煤矿工作人员。2009年山西屯兰煤矿瓦斯爆炸，因为抢救及时，所以多人获救。我国煤矿安全监察局在近些年将煤矿井下应急救援提上关键议事日程，并先后建立了安全生产应急救援办公室、矿山救援指挥部、煤矿事故急救基地、煤矿医疗急救中心以及煤矿急救研究所等煤矿应急救援与安全生产研究和执行体系。
在发生煤矿灾害事故后，救援人员一定要深入井下，并且直面矿井中危险环境，尤其是矿井中环境比较模糊的状况下，这就更加剧了救护工作人员的工作，严重威胁着救护者的生命及安全。因此，为提高煤矿救护者生命安全性，避免发生救护工作者伤亡事故，在具体救护工作中，让救护工作人员更加便捷的获取煤矿灾害环境及其个体体征参数等非常有必要，能够帮助救护队员与地面指挥人员采取针对性救护措施，保证安全救援工作顺利进行。
总之，我国煤矿紧急救援工作依旧存在通信信息不畅及救援设备落后等问题，无法与煤矿整体救援需要相适应。现代化信息技术的广泛应用，同样是改善与加强煤矿安全的有效措施。因此，煤矿信息化技术的推广与应用，煤矿应急救援安全检测与通讯指挥系统的研发刻不容缓。无线通信技术一方面直接关系着我国煤矿健康发展，另一方面也是我国和谐社会得以构建的保障与前提。
三、WiFi技术下的煤矿井下应急救援无线通信系统设计
所谓WiFi，其实就是一种现代化短距离无线网络传输技术，可以在一定范围内接入互联网的无线电信号，也属于一种无线相容认证。WiFi其实是由WECA（无线以太网相容联盟）宣传的业界术语。在迅猛发展的无线通信技术中，尤其是相继出现的IEEE802，11g，IEEE802.11A等标准，WiFi逐渐成为IEEE802.11标准系统称谓。其应急救援无线通信系统的主要组成部分，也就是其无线通信信道，通过计算机上的WIFI链路中心节点FFD1，就可以把救援人员的控制命令进行发送，直接发送到小车上的RFD采集终端。借助于WIFI技术的自组网功能，其新投放的节点会在其2个节点通信距离大于通信范围之后，直接在WIFI网络中加入，并成为其中间路由节点，通常对其通信链路产生延伸作用，对其正常运行提供有效保证。之后会继续将一些其他节点进行投放，在对其链路进行建立过程中，其救援前端的各种参数也会通过采集终端进行传送，救援中心就可以依照这些参数，对其具体的救援工作进行合理的安排。
（一）煤矿急救通信结构
在煤矿井下发生灾害的时候，就需要立即将井下电力供应全部切断，其灾害现场环境具有一定的复杂性，所以，就结构而言，救援通信系统的构建主要包括井下指挥中心、无线救援通信系统以及地面指挥中心3部分。具体救援系统结构见图1，个人终端、井下指挥中心与中继台共同组成煤矿井下无线救援通信系统。就无线网络通信技术而言，煤矿急救通信结构属于无线与有线通信共同结合的紧急救援系统。因为煤矿井下有着非常特殊的巷道结构，在具有局限性空间中进行无线信号的传输，所传输的距离接近地面。所以在进行个人终端设计时，通过功放模块的增加来加大无线网络传输距离。此外，在井下指挥中心与个人终端间，依照现场需要，添置中继台。
（二）井下个人终端设计
在煤矿井下，语音模块、环境参数采集模块、图像采集模块、液晶显示模块、WiFi模块、键盘输入模块、MCU处理模块以及无线功放模块等共同组成个人终端硬件。而且在国际国内市场中图像采集模块、语音模块、液晶显示模块以及键盘输入模块等都部件都比较成熟，无需独立性研究与开发；我院已研发出环境参数采集模块，而且在设计时，不必对MCU进行单独性使用。
WIFi模块以串口方式对煤矿井下环境采集参数信息进行读取，采用G-SPI，即SPI方式与凸显采集、语音模块进行通信。采用GPIO中的IO接口与液晶显示模块、键盘输入模块进行连接，采用RX、TX管脚与无线功放模块进行连接。具体设计图如图2所示。
（三）中继台设计
在井下指挥中心与个人终端之间进行中继通道的构建是中继台的主要作用，使其通信距离得以延长，中继台通过双WIFI芯片，定向天线与双功放方案，通过定向天线能够使其通信距离得以延长。具体中继台设计图如图3所示。
（四）监测监控系统设计
煤矿井下所采用的传感器，例如CH4、O2、温度以及CO等，其目前所采用的全部都是频率信号输出，通常是在200～1000Hz，其系统均需要先把各种传感器全部都接入到监控分站，随后通过监控分站向地面中心站进行传送，其不但会对设备成本进行增加，同时在其数据传输过程中，如果距离超过2KM，就会受到电磁干扰，增加系统的不稳定因素。所以说在其传感器之中加上WIFI模块，将之中的数据在WIFI网络中进行接入，这样其数据就可以采用WIFI的形式进行发送，同时也能够通过光纤环网进行发送。
（五）移动数字视频设计
目前在煤矿井下其监控系统即为在特定位置所安装的摄像仪，那么针对这一情况，如果是采用WIFI方式则可以对其有效性进行切实提高。比如说胶带巡检摄像仪的应用，就必须要借助于移动视频视频进行实现。其视频图像传输无线化对传统同轴电缆、光纤图像监视受限制等等进行了突破，其灵活性以及便利性更高。其中WIFI宽带最高能够达到300Mbit/s，其在高码流、高宽带以及高画质的音视频中非常适用，同时还具有超强的抗干扰和抗衰落能力，其可以对视频传输链路进行有效满足。
四、结语
在WIFI技术的煤矿井下应急救援无线通信系统中，采用此设计方案，能够保证通信距离在5KM。而且此系统在目前依旧处于安标送审状态。基于WIFI技术可用于各类型的煤矿井下灾害救援工作。研究与开发煤矿安全监控始终受到国家鼓励与支持，我国煤矿安全生产标准与规程中明确提出煤矿一定要有充足安全装备。所以，基于WIFI技术必会得到政府的鼓励与支持。
摘要：根据煤矿救灾应急的实际需要，提出了一种新型井下语音应急广播系统的设计方案，详细介绍该系统的设计原理、结构、主要功能和软硬件设计，重点阐述了系统发送端与接收端两个子系统实现的关键技术。运行结果表明，该系统稳定、可靠，音频播放流畅，能够满足矿井现场的实际需要。
关键词：煤矿；矿井安全；数字广播系统；网络广播；工业以太网
随着能源需求的不断增大，国家增加了煤炭的开采量；与此同时，煤矿事故突发概率也随之增加。煤矿井下多发水、火、瓦斯、冲击地压等突发事故，危害性大，易造成人员伤害和财产损失。其中， 一些煤矿的井下通信设备的不完善是影响事故营救的主要因素。通常，当井下发生重大事故时，需要相关人员进行紧急撤离，显然这时候需要在第一时间通报到井下全部人员；而现有的调度电话往往很难做到这一点，因而会造成部分需要撤离人员收不到应急通知，延误救灾脱险的时机，或是因为得不到正确的撤离、避险的指挥引导而发生意外。为确保矿井突发灾害情况下，井下人员在第一时间内实现撤离，从而最大限度降低人员和财税损失，研发一套适用于现场实际情况，实用、便捷的煤矿井下语音应急广播系统成为了十分紧迫的任务。在本系统中，通过广播发送端和接受端，利用井下工业以太网作为传播介质，实现了井下语音广播终端实现了双工音频服务；系统以标准IP 包的形式传送音频数据，可以较好地利用以太网解决语音信号远距离传输难题，并在此基础上实现了广播和双向通话功能。
1 系统设计原理与目标
由于煤矿井下环境潮湿，噪音较大；同时，区域分布广，环境安全要求特殊，传统的广播技术难以满足矿井要求。因此，煤矿井下语音应急扩播系统基于数字IP网络广播系统的设计原理进行构建与设计[1-2]。数字IP网络广播系统，是基于 TCP/IP 协议的公共广播系统，采用 IP 局域网或 Internet 广域网作为数据传输平台。该系统具有以下特点：网络好，可实现Internet传输；音质好，系统支持音频码率8Kbps-320Kbps自适应，支持全部MP3格式文件的播放；稳定性好，系统支持TCP、IP、UDP网络协议，支持组播接收音频数据。
在数字IP网络广播系统中，是将经数字化的音频信号，在数字状态下进行压缩、编码、打包等处理。在本系统中，将模拟音频信号经过采集、量化、编码、压缩后形成的MP3格式的数字音频文件，以数据包形式按照自定义的MP3_Phone传输协议将音频文件通过工业以太网传送到井下语音广播终端，然后在广播终端进行D/A转换成还原成音频信号，经放大后驱动喇叭工作。
本系统的总体设计目标为：
1） 分区广播：可以同时对单点、多点或全部区域进行广播。
2） 全体广播：可以对所有终端进行广播。
3） 定时广播：可以按作息时间定制广播节目，定时播放。
4） 应急广播：拿起麦克风即可广播。
5） 宣传广播：可以播放背景音乐、领导讲话、语音宣传等。
2 系统设计方案
本系统基于TCP/IP、UDP协议，通过矿井的工业以太网在井上和井下之间传递数字音频数据，实现数字网络广播功能。系统主要由IP网络广播控制工控机、井下广播终端、井下广播音箱、光缆、电缆等组成。煤矿井下语音应急广播系统的整体结构如图1所示。同时，系统严格按照国家煤矿安全标准进行的安全技术设计，完全符合井下使用的设备防爆本安安全要求。
该系统采用C/S结构，煤矿井下语音应急广播系统的主要组成部分如下：
1）IP网络广播控制工控机，是本系统的核心，包含工控主机、基于ARM架构的语音采集终端、广播话筒、警告接口等。在工控机上上，安装自主开发的服务器软件，可以对各个广播终端实现应急广播、实时广播、宣传广播、定时广播、分区广播、双向对讲等功能实施管理与控制。通过语音采集终端对音频数据进行采集，对将传输到井下各广播终端的音频流数据，按照自定义的MP3_Phone传输协议进行数字音频数据的打包处理。
2）井下广播终端，主要包括矿用本安型广播通信主机和矿用本安型广播分站两部分，此两部分设备同样基于ARM架构进行设计。矿用本安型广播通信主机可安装至井下工作面、大巷、迎头等高危地区，对广播控制工控机发送来的音频信号进行解析处理、解码并播放，并可对井下的异常情况进行报警，还可通过广播终端实现双向对讲功能，将该区域异常情况向控制室实现即时汇报。矿用本安型广播分站可安装至井下工作面、大巷等高危区域沿线，对广播通信主机解析处理后的音频信号进行广播，还可通过广播分站进行紧急呼叫，可实现和控制室的双向对讲功能，将该区域情况即时汇报。
3 关键技术及实现
煤矿井下语音应急广播系统由3个子系统所组成，分别是广播发送端子系统、以太网传输子系统和广播接收端子系统[3]。其中，以太网传输子系统主要是指支持TCP/IP、UDP协议的矿井以太网网络。在此，传输子系统不作为系统研究的重点，重点讨论的是广播发送端子系统和广播接收端子系统两方面。广播发送端子系统主要负责语音数据的采集、压缩及实时发送，而广播接收端子系统则主要负责语音数据的接收、解压缩以及广播。
3.1 广播发送端子系统设计
广播发送端子系统主要由IP网络广播控制工控机和ARM语音采集终端构成，发送终端与接受终端的硬件与软件结构基本相似。其主要任务包括语音数据的采集与压缩，以及以利用UDP协议组播方式发送经压缩的语音数据。要实现实时语音组播的功能，就必须使上述的3个任务并发执行。为了实现此目的，在系统实现的过程中，需采用边采集、边压缩、边发送的并发执行方式。具体而言，一边通过ARM语音采集终端对下一个时间片的语音数据进行采集，形成N + 1块数据块；同时，广播控制工控机开始对上一个时间片的语音数据进行压缩，并把压缩后的数据，所形成N块数据块，以组播方式发送至矿井工业以太网上。在此，将每一个时间片采样的数据划分为一个数据块，则可以用图2来描述发送端子系统的工作流程。
3.2 接收端子系统设计
接受端的硬件CPU采用LuminaryMicro公司Cortex-M3内核的LM3S8962，内部集成10/100M以太网接口和SD/MMC读卡接口，语音的编码与解码芯片采用AMBE1000+CSP1027，MP3文件的解码采用VS1003芯片，接受端的软件架构采用国内RT-Thread开源的实时操作系统。与发送端子系统的工作任务相对应，接收端子系统并发处理过程中的工作任务同样包括3个任务，一是从以矿井太网络上接收数据，二是对接收得到的数据进行解压缩操作，最后是把已解压缩后的语音数据进行广播。其工作流程如下所述，每接收到一个数据包之后就拆包和解码，然后播放声音，从而形成一个完整的首尾相衔接流水式过程，实现多任务并发处理，可解决系统传输的间隙时间，避免播放过程中的卡音、停顿、卡死等现象的出现。接收端子系统的工作流程如图3所示。
3.3 MP3_Phone传输协议
在本系统中，通过Socket的数据传输方式，实现发送端和接收端之间的物理连接，基于UDP协议进行数据传输。Socket处于网络协议的传输层。Socket 传输具有以下的优点： 传输数据为字节级，传输数据可自定义；传输数据时间短，性能高；适合于客户端和服务器端之间的信息实时交互；可以加密，以提高数据传输的安全性。
为了合理、有序协调发送端和接收端的Socket传输，在系统中，自定义了MP3_Phone传输协议，用于传送音频数据块。该传输协议的格式如表1所示，其中，数据块第1至4个字节为数据块的帧头校验位；音频数据块为传输的音频数据；数据块第8005和8806个字节为数据块的帧尾校验位。
4 结束语
煤矿井下语音应急广播系统利用井下工业以太网作为传播介质，实现了发送端与井下广播终端长距离的双工音频服务和双向通话功能。系统在突发事故发生时，起到指引遇险的井下人员及时撤离避险的作用；同时，通过宣传广播、播放音乐的方式，在日常生产管理、舒缓井下人员情绪方面发挥了重要作用。工业现场应用表明：系统数据传输距离长、音频播放流畅、安全稳定性强。
