井下与地面通信系统NEW

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1、振动信号实现灾后井下与地面救援通信系统电子科技大学成都凯生科技开发有限公司一煤矿振动探测定位系统1,项H构想來源针对近年來在我国现代化建设屮频频出现的煤矿矿难，大量人员被困井下。地面人员在搜救过程中往往无法准确获取被困人员数量以及位置信息。如果在灾后能在第一时间获取较为准确的人员信息，那将对救援工作带来巨大的方便。2,思路需要利用现有的科技研发资源，产学研结合，建立一套集灾前监控，灾后救援于一体的完善的监控系统！这就是煤矿无线监控系统的雏形。需要利用现有的科技资源，各专业结合，建立一套集灾前监控，灾后救援于一体的完善的监控系统！这就是煤矿无线监控系统的雏形。系

2、统建设步骤：•在矿区进行全面的地理及地质数据收集，包括地质类数据和煤矿所在地的矿井巷道的地理信息系统数据。•根据所得数据进行传感器布局，根据实际需求达到尽量经济的布局规划方案•根据布局方案在地血或浅表层安装高灵敏度振动波检测设备，并且组网。•在煤矿地面部分建立监控数据收集，存储，处理大型终端。•进行试运行，并且根据实际数据验证状况进行调整，以达到优化。经过大虽的论证，我们将传统无线电监控思路改成了振动波临控思路。这是一次极具挑战意义的开发工作。3,系统构思.监控系统无须井下电力支持，由于在事故发生后，井下是停电状态，所以所冇冇线网络、无线电网络都无法工作，所以

3、振动波监控就成了唯一可行的方案。利用振动波监控系统对事故发牛•地点进行一定梢度的定位，评估事故影响范围、灾害程度和制定救灾方案。利用振动波监控系统对受困员工的相对精确的定位也就成了事故状态下搜寻幸存者最直接冇效的方法。希望该监控系统的开发和利用，能填补在事故隐患治理关键技术研究小的某些技术空信号与传感器类型的选择信号类型选择的依据：①能穿透岩石少土层②地下设备工作条件需求简单①设备结构简练，不易受地理和矿井坏境突变的影响振动波的传播特征主要决定岩体的阻抗特性，即岩体的密度和振动波的传播速度的乘积。在波的传播过程中，遇到岩层两种介质的界而吋，波的能量其中一部分通

4、过交界而透射或折射过去进入另一种介质，而另一部分就会被反射回来，波的这种透射，折射和反射性质均与每一层面介质的阻抗特性侑关，是各岩层介质阻抗特性的函数。振动波在岩层中能够以每秒1〜2千米的速度传播，即便在浮土层，可能也有每秒数百米的传播速度。振动波具有的优点：接收设备相对简单。设备经过处理之后便携，便于安装，可加固。穿透岩石与土层。所以我们选择振动波作为信号传输手段。系统构架思路：由于矿井下与地ifiiZ间的岩石与土层分布状况以及相应的物理参数完全不可能通过传统无线电定位方式通过获取信号之后再实施理论计算来估计位置。只能通过以下两种方式获得信号中含有的信息：1

5、,通过多传感器阵组成的阵列获得先验信号的信息，在灾后利用接收到的信号进行比对。在监控屮心能观测到信号从而确认被困人员位置。2,通过莫尔斯码的原理将振动波信号编码，被困人员按预先培训的方式将信息通过振动信号传输到地面。也可两种办法同时使用。图1系统构成场景不意图传感：/水泥灌注泥土层岩石层隧道图2多通道振动采集定位系统工作示意图传感器系统震动波传感器阵列图3多通道振动采集泄位系统工作示意图图4多通道振动波采集处理设备实物图5实验用高精度多分量传感器实物4,研究现状信号检测理论：核心技术己经通过实验验证可行。利川多年积累的信号处理分析基础。传感器：已完成定制。数据

6、采集设备：已完成16通道样机以及其中检测关键技术，样机如图4。数据分析终端：硬件设计可采购成熟的部件，在成熟的平台下进行数据收集，分析，处理以及显示终端；其中软件的需要大量的吋间，这是木套系统对于用八的核心部分。已完成核心处理部分。传输系统：采用成熟的传输线，电缆和光缆均可采用。关键技术：1,传感器设计与定制。2,信号采集设备的关键技术。3,弱信号处理提取，处理，分析。实验验证：选用传播路径比实际井下状况更为恶劣的悄况，敲击位置为山脚下，接收位置为山顶。图6A其屮一个通道原始信号波形Channel3timedomainwaveform图6B局部放人秒波形051

7、01523253035D秒划51015202530史4)秒Channel3juip100010091015%2530史40秒OhticI1jaip)_10000510152)2530史40秒GiitbI2jinp-100005Ginrl1.jurp)QutpI2.juipAM—I——1—~1rLf]QQ1—1—rJL0510152025303540秒QOr(10r0.0Channel3juip秒图7A信号放犬，敲击3下，间隔5秒左右。信号经过两级处理。jumppingortnis秒图7B敲击信号检测结果Qrnrl1tin»dniinItwrrl3tinvdii

8、mnwivt^onn25W*53I»（