煤炭科学技术

作者：李健威, 薛生, 谢泽湘, 许威,

关键词：采空区, 热动力灾害, 火情特征参数监测, 无线穿透通信, 可重构天线,

热动力灾害(火灾与爆炸)是煤矿重特大事故中占比最高、致灾最严重的灾害，需要建立火情特征参数监测系统对该灾害进行监测。目前采空区无线通信监测系统存在由于采空区塌陷导致的通信设备受到限制，无法稳定监控火情特征参数的问题。为了提升无线通信监测系统稳定性，针对采空区环境下无线穿透通信受限原因进行了分析，确认了采空区塌陷后通信设备的天线性能是影响系统通信性能的一个重要因素；进一步研究了提升无线穿透通信稳定性的3个关键技术：天线环境适应、天线性能检测、通信参数自动优化。为提升天线环境适应性，设计了一种可重构天线，确保天线在未掩埋、掩埋等不同环境下均能保持高辐射效率；应用了一种基于回波损耗检测的性能检测方法，可以直接测量评估固定发射频率下天线性能；提出了通信参数自动优化的观点，可以根据工作环境进行通信参数自动优化，如调整LoRa发射功率、扩频因子等参数，均衡通信系统的功耗与性能。最终设计了一套优化天线以提升无线穿透通信稳定性的通信设备，对进行了天线优化的通信设备与未进行天线优化的通信设备进行地面与煤矿井下实际测试。 地面测试结果表明，在不同掩埋介质的测试环境下经过优化的无线通信设备性能优于未经过优化的无线通信设备，可以满足10 m的稳定通信。井下实际测试结果表明，研究技术能够有效适应采空区塌陷后火情特征参数监控受限的状况。该技术可显著增强通信信号强度，即便在实地采空区被掩埋的条件下，也能实现 10 m距离内的稳定通信，最终达成对采空区火情特征参数的稳定监测。

来源：2025年第11期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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