利用钢轨传输振动信号进行矿难应急通信的方法与技术研究

There are multiple collapse accidents in the mining process. The escape passages are often closed by rock and soil landslide, forming type tunnel confined spaces and stopping the rescuers to go to the tunnel. Because the air in closed space is limited and may contain toxic gas, the life security of the trapped people will be in danger. Quick and efficient rescue can improve the survival rate of the trapped personnel. Because of the damage of communication equipments, establish the communication between the trapped and the rescuers is crucial for the rescue process. There are rail constructions in the disaster site. When collapse occurs, the rail is not easy to break and we can use rail as communication medium to establish emergency communication. With the study of vibration signal propagation characteristics, vibration signal parameters and information loading and detect the in normal, deformation, fracture rail, the purpose of the research is the usage of the designing of a rail transport vibration signal to realize the emergency communications to achieve information transmission, the completion of the sending end and receiving end device prototype development. The study focus on the theory and method of source location along the rail research in tunnel design, related algorithms, can locate trapped personnel location; provide important information for effective rescue.

在煤矿井挖掘过程中多发坍塌事故。事故中岩土坍塌体常封闭受灾人员的逃生通道，形成坑道型密闭空间，阻碍救援人员进入现场施救。坑道型密闭空间内空气有限且可能含有害气体，被困人员的生命安全受到严重威胁，迅速有效的实施救援可提高被困人员存活率。但灾害现场的通信设备常被破坏，及时可靠地建立被困人员与救援人员间通信，对及时了解被困人员信息，开展有效救援具有重要意义。灾害现场一般建有用于作业的钢轨，坍塌发生后，钢轨不易断裂，以钢轨作为物理介质的通信方式可在灾后现场快速建立应急通信。本项目的研究目标是通过研究正常钢轨、形变钢轨和断裂钢轨中振动信号的传播特性、振动信号的参数、信息的加载与信号检测等内容，设计一种利用钢轨传输振动信号实现信息传输的应急通信系统，完成发送端、接收端设备样机的研制。研究坑道内沿钢轨的振源定位的理论方法，设计相关算法，可定位被困人员的位置，为有效救援提供重要信息。

煤矿井挖掘过程中多发坍塌事故，事故中岩土坍塌体常封闭受灾人员的逃生通道，形成坑道型密闭空间，阻碍救援人员进入现场施救。而灾害现场一般建有用于作业的钢轨，坍塌发生后，钢轨不易断裂，以钢轨作为物理介质的通信方式可在灾后现场快速建立应急通信。本项目开展了一种利用钢轨传输振动信号以实现信息传输的应急通信系统的研究工作，通过对振动信号在钢轨上的传播特性研究，对灾后环境对钢轨振动信号传播的影响分析，对信息的加载、检测及通信编码方法等进行研究设计，提出了一种利用钢轨传输振动信号进行矿难应急通信系统的设计方案，完成2台套通信收发信样机的研制。应急通信系统以ASK、FSK作为基本通信调制方式，经激振器激励产生弹性波振动信号，接收换能器作为传感器以感知检测振动信号完成利用钢轨传输振动信号的应急通信，同时对通过接收的振动信号对振源进行定位的理论方法开展研究。通信系统设计包括上位机和下位机两个部分，下位机软件系统基于LINUX操作系统，下位机硬件系统以FPGA+CPU为核心进行研发，下位机与上位机之间用以太网方式通信。经第三方机构测试，通信样机基本功能实现，可利用钢轨实现ASCII码及振动音频信号的正常传输。当坍塌灾害发生时，本项目的研究成果为坑道型现场的被困人员利用钢轨实现应急通信提供了可能，对煤矿坍塌事故救援领域具有良好的理论研究与应用推广价值。