煤矿应急救援中融合型应急广播系统的应用

王 岩

(河南省正龙煤业有限公司)

井下应急救援工作作为煤矿安全生产工作的重要组成部分，在确保煤矿安全生产方面发挥了重要作用。目前，我国煤矿井下大多已经建成了有线通信系统、无线通信系统、应急广播系统、人员定位系统等，但各系统彼此独立，联动性较低，在煤矿发生突发事故时，必须在进行复杂的人工操作后方可发出相应的应急救援指令，严重降低了应急救援工作效率[1-5]。为提高煤矿井下突发事故的应急救援效率，有必要将煤矿井下应急救援系统进行有效融合与联动。煤矿应急广播系统作为一种有效的直呼通信手段，将其与矿井其他系统进行融合，将有助于提高矿井应急救援工作效率。

1 煤矿应急广播系统类型

根据《煤矿安全规程》，国内煤矿已安装有煤矿应急广播系统，该类系统相比较其他应急通信系统具有分布区域广、高分贝和直呼等特点，在面对突发事故进行应急救援时，可以实现全方位应急救援指挥[6-7]。煤矿应急广播系统多采用模拟广播技术、IP广播技术和CAN广播技术进行声音传播。虽然3种广播技术都具有自上而下直呼广播的功能，但在区域广播、点对点广播及双向对讲方面存在着功能差异。在实际应急救援指挥过程中，基于IP和CAN广播技术的应急广播不仅可以针对特定区域或特定终端进行直呼，而且可以利用分布式指挥技术实现专人专呼，提高应急广播效率，缩短应急救援时间[8-10]。

1.1 基于模拟广播技术的应急广播系统

基于模拟广播技术的应急广播系统由广播主机(含监听音箱)、麦克风、地面传输接口、煤矿安全广播系统软件、矿用隔爆型广播传输分站、矿用本质安全型广播分站、矿用隔爆兼本安型直流稳压电源等组成。该类广播系统是利用大功率功放设备，通过铜缆实现声音信号传输，也有部分模拟应急广播系统利用IP网络将声音从地面功放主机传输至井下广播分站，井下广播分站输出模拟声音信号，利用铜缆传输至广播终端，实现声音信号广播。基于模拟广播技术的应急广播系统虽然能够实现自上而下声音广播，但在应急救援指挥时，无法实现点对点广播，或仅能实现区域性的广播。目前，基于模拟广播技术的应急广播系统无法实现井下和地面双向语音对讲功能。基于铜缆传输的电流信号虽然可以实现远距离传输，但是随着距离延伸信号会逐步衰减，势必造成声音不清晰、电流声较大。

1.2 基于IP广播技术的应急广播系统

基于IP广播技术的应急广播系统由广播主机(含监听音箱)、麦克风、地面语音网关、IP语音交换机、触摸屏调度台、语音网关分控端、IP广播对讲寻呼话筒、煤矿安全数字广播系统软件及配套软件、矿用本质安全型广播分站、矿用隔爆兼本安型直流稳压电源等组成(图1)。该类系统是完全利用以太网技术进行传输设计的系统，每台广播终端均具有独立的IP地址，通过地面语音终端将声音转换成IP数据，利用井下光纤以太网将IP数据包传输至井下IP广播终端，将IP数据还原成声音进行广播。基于IP广播技术的应急广播系统支持双向语音对讲，在进行广播的同时可以实现井上井下对话。

图1 基于IP广播技术的应急广播系统组成

1.3 基于CAN广播技术的应急广播系统

基于CAN广播技术的应急广播系统由广播主机(含监听音箱)、麦克风、地面语音网关、广播分控终端、煤矿安全数字广播系统软件、矿用本质安全型广播分站、矿用隔爆兼本安型直流稳压电源、矿用隔爆兼本安型网络接口等组成(图2)，可直接兼容挂接本安LED显示屏，执行语音、文字一体化通信显示。

基于CAN广播技术的应急广播系统采用以太网技术+CAN总线技术混合设计方式，利用以太网技术可以通过煤矿工业以太网实现井上井下语音数据传输，利用CAN总线技术可以实现用电缆对煤矿井下应急广播系统进行快速部署。CAN协议的显著优势在于每台CAN语音接收终端拥有独立的编码地址，在实际应用中，不同的CAN语音接收终端可以同时接收到相同的语音数据，或者不同的语音发布终端针对不同的CAN语音终端发布针对性的语音数据。CAN总线技术作为一种双向通信技术，不仅可以实现对井下发布语音指令，而且可以与地面指挥中心进行呼叫对讲。

图2 基于CAN广播技术的应急广播系统组成

相对于基于IP广播技术的煤矿应急广播系统，基于CAN广播技术的煤矿应急广播系统的特点有：①支持电缆连接，CAN信号传输仅需要双芯通信电缆即可传输2 km，采用总线模式进行传输，在煤矿井下安装广播终端时不受距离限制，接线方便，基于IP技术的煤矿应急广播系统仅能采用光纤和以太网双绞线连接，光纤在煤矿井下熔接困难，双绞线传输理论距离最远仅为100 m；②支持远距离供电，基于CAN广播技术的煤矿应急广播系统终端功耗低，在煤矿井下特殊场所不允许直接接电的位置可以采用远距离供电方式，确保在有人员活动的任何场所部可以安装应急广播终端。

1.4 其他应急救援通信系统

目前，煤矿除了应急广播系统以外，针对应急救援和日常调度指挥还建设有其他通信系统，包括有线通信系统、无线通信系统、人员定位系统、视频监控系统等。

(1)有线通信系统。传统电话在煤矿井下分布于各个重要位置，优点是无需就地供电，只要线路畅通便可进行语音通信，缺点是有线通信终端受制于成本和部署方式，在煤矿井下只有固定的重要场所方可安装，不满足应急救援要求。

(2)无线通信系统。在煤矿井下部署的基于小灵通、WIFI、3G/4G等技术的无线通信系统，由井下工作人员随身携带通信终端可以随时进行联络，但目前在相当一部分矿山实现井下人员人手一部难度较大。

(3)人员定位系统。通过该系统可以实时获取井下人员数量、分布位置等信息。由早期的区域定位技术已经发展到现阶段的精确定位技术，特别是精确定位技术在煤矿井下的应用，在应急救援过程中可以实时获知井下人员位置、运动状态等信息。

(4)视频监控系统。在煤矿井下重要位置或区域安装井下摄像仪，可以实时采集特定范围内的图像信息。随着视频采集技术和网络技术的发展，井下摄像仪在完成图像采集的基础上，同时内置麦克风可以采集现场声音，通过内置喇叭可以广播声音，实现了对井下图像、声音的综合感知。

2 融合型应急广播系统架构及功能

2.1 系统架构

煤矿融合型应急广播系统可以用于生产调度指挥，在突发事故时可以作为应急广播通信手段。随着通信集成技术的发展，煤矿融合型应急广播系统不仅可以在地面满足应急指挥或生产调度需求，在煤矿井下也可以实现通信基站融合(图3)。

该系统在井上可以通过一个触摸屏实现应急广播、有线调度、无线通信、车载调度、视频、人员定位、车辆定位等分区综合呼叫功能，可视呼叫功能，分区全呼功能，实现通信系统间的有机融合。利用大数据分析技术实现在面对突发事故时，自动整合预定区域内所有通信资源和活动人员构建动态分区，可以针对不同分区实现应急指挥信息的广播直呼(图4)。

该系统在井下通过融合性通信分站实现广播、视频、传感器等综合接入与传输，实现无线通信、WIFI数传、精确定位的多频无线覆盖，为应急救援提供综合性通信支撑和监测支撑。融合性通信分站为地面应急指挥提供了前端的人、物、环境等实时数据感知，并且承担了井下人员进入避难场所的全程语音导航信号的传递和广播。

图3 煤矿融合型广播系统示意

图4 煤矿融合型广播系统界面示意

2.2 系统功能

多系统融合的融合型应急广播系统主要实现有线、无线、广播通信系统的一体化通信，实现车辆指挥、视频监控、人员精确定位与应急通信系统的融合。系统功能主要有：

(1)通信。①基本调度功能，呼叫、强拆、强插、监听、组呼、全呼、会议等；②融合调度功能，有线固话调度、无线手机调度、IP广播调度、定位分组数据读取、区域分组调度；③录音功能，全数字全局录音，支持录音查询与回放；④可视化通信功能为调度台与用户、移动用户之间的视频与语音于一体的多媒体通信功能；⑤数据业务功能，支持网页浏览、即时通信、企业信息化与自动化监控平台。

(2)人员定位。①精确定位功能，可支持精确定位与查询，定位精度可达5 m；②实时监测功能，对井下人员分布情况实时监控、实时跟踪、实时定位；③历史轨迹回放与查询功能，支持历史信息查询与轨迹回放功能；④GIS信息地图显示，GIS地图能够实现井下巷道图的缩放和显示，在井下出现紧急情况后可以生成逃生路线。

(3)车辆管理。①车辆定位监测功能，支持井下车辆精确定位，定位精度达5 m；②车辆调度功能，调度台支持一键直呼、一键组呼、一键全呼井下车辆，可对井下任意车辆进行调度管理；③历史轨迹回放与查询功能，支持数据存储、查询和车辆运行历史轨迹重演功能。

3 煤矿融合型应急广播系统发展趋势

在煤矿未来应急救援过程中，融合型应急广播系统所能发挥的作用大于有线通信系统以及无线通信系统，能够在井下应急救援工作中有效指挥人员按照广播提示的逃生路线快速到达安全避难硐室或自救区域。融合型应急广播系统在煤矿应急救援工作中将进一步发挥的作用主要有：

(1)应急救援指挥。当井下发生突发事故时，调度室监控人员可以通过广播通讯系统对井下进行全体广播，分区广播，或事故点、危险点的单独广播，便于迅速指导现场人员处理事故，指挥现场人员紧张有序地撤离或等待救援，有效减少事故造成的生命及财产损失，减小次生灾害带来的损失[11]。

(2)区域应急指挥。利用广播系统的分控终端，在出现突发状况时，可以启动专人专区全程指挥模式。根据精确人员定位系统提供的井下人员分布信息，划定不同的应急救援区域，由不同调度人员利用独立广播分控终端进行分区指挥，快速引导井下分散的工作人员根据相应的逃生路线到达避难硐室或撤回地面。广播分控终端在日常生产指挥中可以作为分控终端由各个职能部门使用。

(3)井下紧急呼救。井下人员在遇到紧急情况时，可以通过广播分站上的“紧呼”按钮与地面调度人员进行对讲呼救，及时向地面调度人员汇报井下紧急情况，并接受地面调度人员的应急指挥[11]。

(4)逃生路线引导。广播系统可与煤矿井下人员精确定位系统实现联动，根据井下人员分布情况、逃生路线规划以及避难硐室位置，有针对性地引导不同区域的人员根据安全逃生路线快速到达避难硐室实施自救。

(5)人员动态跟踪。井下突发事故时，利用井下人员精确定位系统可以对井下人员进行实时动态跟踪，便于灵活指挥井下工作人员进行自救，减轻人员伤亡和经济损失。

(6)视频联动跟踪。广播系统与煤矿井下人员精确定位系统实现联动，利用大数据分析技术，根据井下人员的行动路线，自动调用特定区域的摄像仪图像，提高应急指挥工作效率。

4 结 语

现阶段，煤矿应急广播系统包括基于模拟广播技术的应急广播系统、基于IP广播技术的应急广播系统、基于CAN广播技术的应急广播系统等。融合型应急广播系统建设需要注重各系统之间的数据联动，利用大数据分析技术实现应急广播的分布呼叫、精确呼叫、快速引导等功能。在出现突发事故时，利用该系统能够快速通知井下工作人员，依据不同区域救援物资的分布数据和人员精确定位数据，实现精确指挥、全程导航，为井下开展突发事故应急救援工作争取宝贵的逃生时间。融合型应急广播系统不仅能够满足应急救援使用，而且能够为生产调度提供通信平台，在提高煤矿生产效率的同时，能够大幅提升煤矿安全应急救援水平。

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