对煤矿无线通信系统电磁干扰相关问题的探讨

【摘要】介绍煤矿无线通信系统电磁干扰的现状，分析电磁干扰的定义及分类，并举例分析电磁干扰产生的原因，并提出一些解决干扰技术措施、解决办法等。

【关键词】煤矿；无线通信；电磁干扰

Abstract：Introduce the situation of electromagnetic interference in coal Mine wireless communication system；analyse the definition and classification of electromagnetic interference，for example analyse the causes，and propose some solutions and interference measures.

Key words：coal mine；Wireless communication；electromagnetic compatibility

1.引言

随着近十几年中国无线电通信事业的迅猛发展，无线通信系统已成为现代化煤炭生产中的重要环节之一，特别是近年来随着煤炭生产技术的不断发展和生产管理水平的不断提高，对信息技术以及无线通信提出了越来越高的要求，智能化、高速化、综合化已成为煤矿无线通信发展的必由之路。但在不断地发展中各种无线设备迅速增多，适合煤矿的各种无线通信系统已经基本在全国的各个大、中、小型煤矿安装、使用，它们具有不同的制式、频率、终端模式等，实际使用的过程中给煤矿带来了极大地便利和安全保障。在通信工程的安装、调试、运行过程中，我们已不可避免地遇到各种干扰，有些煤矿的地面及井下的电磁频谱复杂多变，干扰问题很突出，甚至有的时候能够造成通信或数据中断，有必要和大家一起来探讨这方面的问题，也希望能够得到一些解决的方向和办法。

2.电磁干扰的定义

电磁干扰简单来说就是在特定的空间内有非法信号占据了合法信号的频率和资源，影响合法信号的正常工作，是影响无线通信系统性能的重要因素。

2.1 电磁干扰的分类

无线通信系统往往存在各种各样的干扰，可以用不同的角度对这些干扰进行区分。

从干扰所处的频段分，可以分为上行干扰与下行干扰；

从干扰源占有的频率（频点）分，可分为同频干扰和非同频干扰；

从干扰的来源分，可以分为固定频率干扰、随机宽带干扰、强信号对弱信号的干扰以及互调干扰；

从干扰所处的空间上分，可以分为地面和井下。

2.2 井下电磁干扰的特点

我国煤炭生产长期主要采用长壁式采掘方式，这就带来了井下电磁环境的复杂性、多变性。煤矿井下为限定性空间，电磁干扰的耦合与传播和地面完全不同。巷道截面形状、尺寸、介质、弯曲、分支、倾斜、金属支护、纵向导体（电缆、水管、铁轨等）、通风设施影响着电磁干扰的耦合与传播。

井下无线通信的电磁干扰噪声主要可分为两大类，自然噪声和工业噪声。工业噪声是指工业部门所使用的各类设备运行时所产生的电磁噪声，这些设备只要用电运行，就会产生电流或电压的突变，也就成为噪声的发生源。这类噪声进入了运行中的通信系统就变成了干扰噪声。

2.3 井下电磁干扰的主要来源

电磁干扰噪声对通信系统的传播途径主要有两种，一种是电磁波辐射，另一种是沿金属导体传导。矿井里的主要干扰源是工业噪声，主要包括高压电力电缆、大功率变压器、变频装置、其他无线设备等。

（1）煤矿井下电网电压波动大，可达到75%～ 110%，其振幅围绕着平均振幅不断地上下波动，而频率也在一定范围内变化。电力电缆形成干扰的机理是由于电缆的漏磁场引起的感应辐射造成的。

（2）直线架线电机车受电弓与架空线电火花干扰严重，其杂散电流干扰也十分严重。受电弓与滑接馈电线间、电机车直流电机的电刷与整流子之间、车轮与轨道间、在轨道的接合处以及挂钩之间都会产生大量的电火花。这些电火花干扰的频谱相当宽，而这些干扰的电平与频谱取决于电火花的能量，即电机车的电压等级、负载电流大小、接触网敷设状况等。

（3）变频设备是目前井下电磁干扰的比较突出的问题，变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。但也带了辐射干扰、传导干扰等问题。

3.案例分析

以xx省x矿为例：该矿地面和井下分别进行了无线覆盖，安装调试完毕以后，就发现该通信系统就一直存在着电磁干扰的问题，具体表现为间歇性地手机信号强，但是拨不出电话或通信链路容易掉线等问题。

后期我们组织人力，通过下面的技术手段分析并判断了电磁干扰的一部分原因：

（1）监听：通过后台软件分析判断干扰确实存在，找出干扰出现的时间、持续的时间、信号强度大小等，并用Excel表记录下这些内容，方便判断干扰源的位置及规律。

（2）用频谱分析仪监测波形和频谱：通过观看干扰信号的频谱和波形，确定电磁干扰为同频信号和带外信号。

（3）同步跟踪：用估算出的可能干扰频率，在频谱仪上分频段或频点地监测这些干扰信号是否存在，确认这些干扰信号频点多而杂。

该矿距离市区约为30km，周围有多个大型的钢厂、水泥厂、铁路枢纽等场所，空中能够接收过到的电磁频谱杂、多、强，对本通信系统的电磁干扰问题很突出，同时通过井下的排查我们发现井下有多个大型的变电站、水泵站、变频直流电机车、大功率变频器等设备。

最终经过大家的讨论分析，做出了以下的技术升级来缓解电磁干扰所带来的问题：

（1）在系统射频前端到接收机的部分加入带通滤波器，过滤一些带外的杂波信号。

（2）降低天线的高度，并通过软件设置减少无线接收机的接收灵敏度，从而降低外非法信号对系统上行信号的干扰强度。

（3）完善主机设备接线问题，重新更换屏蔽电缆和接地工作。

（4）井下部分通信基站绕过大功率电机或变频设备，部分电缆改为屏蔽同轴电缆，加强抗干扰能力。

（5）减少井下基站的接收机增益量，提高基站的抗干扰的门限值；根据基站安装位置不同的情况，重新计算调整（手机——基站——系统）上、下行信号的大小以保持整个系统的信号平衡度。

4.解决办法及方向

据电磁学基本原理，形成电磁干扰（EMI）须具备电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统等3个要素。为防止电磁干扰，可采用硬件和软件的抗干扰措施。其中，硬件抗干扰是最基本和最重要的抗干扰措施，一般从抗和防两方面入手来抑制干扰，其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对无线通信系统的耦合通道、降低系统对干扰信号的敏感性。具体措施可在无线通信工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。

a.隔离

隔离是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使它们不发生电的联系。

b.滤波

设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从设备通过线路传导干扰到通信基站及线路上。

c.屏蔽接地

屏蔽干扰源是抑制电磁干扰的最有效的方法。基站尽量用金属壳屏蔽，不让其电磁干扰泄漏。信号输出线最好用尽可能短的屏蔽线缆。为使屏蔽有效，屏蔽罩必须可靠接地。

5.结语

目前大量的无线设备已应用于煤矿井下，电磁干扰问题已成为影响井下安全生产的关键问题之一。因此，我们必须掌握一些电磁干扰技术的基本原理及防治技术措施，不断的积累经验，保证通信系统正常运行。电磁干扰解决问题的关键在于前期工作是否做的扎实，例如在工程的前期就完成该矿的前期摸底，完成固定场所和移动场所的空间频谱测试，防患于未然。同时我们应该在理论和经验的指导下去排除干扰，做到快速准确，增强排查干扰源的时效性。每一个步骤都应该有目的，注意观察和记录，从中了解干扰的变化情况，找到真正的干扰源和解决途径，并且在此基础上注意理论分析，从中找出有规律的东西来。

参考文献

[1]孙继平.煤矿井下安全避险“六大系统”的作用和配置方案[J].工矿自动化，2010（11）.

[2]陈卓.无线通信系统频率干扰及其解决方案研究[J].数据通信，2006（2）.

[3]潘方.对无线电干扰相关问题的探讨[J].数字技术与应用，2006.

[4]孙继平，潘涛，田子建.煤矿井下电磁兼容性探讨[J].煤炭学报，2006（6）.

[5]王艺华.煤矿井下甚高频电磁干扰分布的分析[J].电信科学，2002（2）：11-12.

[6]许修龙.浅谈煤矿井下电磁干扰机理及预防[J].应用科技.

[7]王福增.煤矿井下电机车巷道环境电磁噪声的研究[J].中北大学学报，2012，33（04）.

作者简介：王凯敏（1981—），男，江苏丹阳人，工程硕士，工程师，主要从事矿用产品检测检验工作。

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