引 言 井下無線通信是現代化煤炭生產中的重要環節之一，特別是近年來隨著煤炭生產技術的不斷發展和生產管理水平的不斷提高，對信息技術以及井下無線通信提出了越來越高的要求，智能化、寬帶化、綜合化已成為井下無線通信發展的必由之路。但是，電磁干擾是井下無線通信突出的制約因素，尤其我國煤炭生產主要是采用長壁式采掘方式，這就帶來了井下電磁環境的復雜性、多變性。 2 電磁干擾的形成 井下無線通信的電磁干擾噪聲主要可分為兩大類，即：自然噪聲和工業噪聲。自然噪聲包括：天電噪聲、大氣噪聲和宇宙噪聲，主要包括雷電、大氣的熱輻射和來自宇宙的射電輻射等。工業噪聲是指工業部門所使用的各類電器裝置及設備運行時所產生的電磁噪聲。因為，這些裝置及設備只要用電運行，就會產生電流或電壓的突變，也就成為噪聲的發生源。這類噪聲進入了運行中的通信系統就變成了干擾噪聲。電磁干擾噪聲對通信系統的傳播途徑主要有兩種，一種是電磁波輻射，另一種是沿金屬導體傳導。礦井里的主要干擾源是工業噪聲，主要包括電力電纜、變壓器、可控硅裝置和電火花等。在大中型礦井中，電力電纜線路不但很長，而且分支很多。 （1） 電力電纜的電磁干擾 電力電纜的電磁干擾可以分為三類，即：脈沖的、周期性的和起伏的。按頻譜的形式，可將干擾分為離散頻譜和連續頻譜兩類。電力網中電壓不是嚴格保持恒定，其振幅圍繞著平均振幅不斷地上下波動，而頻率也在一定范圍內變化。供電網中電壓的大變化發生在大動力設備接入的時刻，但供電電壓波動的頻譜是窄帶的，而且在一定的時間間隔內供電電壓的頻譜可以認為是離散的。電力網的另外一個最重要的特點就是電壓變化時，高次分量的頻譜極其豐富。而且變壓器由于其鐵芯磁化曲線的非線性，也使之成為非線性設備，因此輸送到變壓器的各種頻率的振蕩（電力網電壓的諧波）就形成了一個各組合分量的無窮級數。由于某些高次分量的電平急劇增長，組合頻率就和某些諧波的頻率相同。起始振蕩的全部諧波形成組合，但其主要部分是1、3、5、7次諧波。 電力電纜形成干擾的機理是由于電纜的漏磁場引起的感應輻射造成的。雖然電纜在任一截面上、任一時刻的電流之和總是等于零，但是由于電纜芯線間有一定的距離，由各芯線建立起來的電場和磁場，并未在電纜內完全抵消，因而滲透至電纜周圍空間。在三相電力系統中，任一時刻電纜一根芯線中的電流，其大小等于另外二根芯線中的電流之和，而電流方向正好相反，因而三相系統可用雙線系統來等效。這種線路的電場和磁場強度，可用下列表示： 磁場水平切向分量 磁場水平徑向分量 電場只有軸向分量 式中：I——線路中的電流，α——線間距離的一半，γ——由線路中心點到觀察點間的距離，μ——空間導磁系數，ω——電流的角頻率。 脈沖干擾和起伏干擾都屬于具有連續頻譜的干擾。脈沖干擾形成于電力網中發生換接（即交流電流從正值變成負值的瞬間）的時候。換接脈沖干擾的持續時間在0.1～1ms的范圍內波動。在變換操作不準確、不快捷的時候，就會出現各種不同持續時間的脈沖群，所以換接脈沖干擾可以認為是單獨的和互不相干的。 （2） 接觸網的電磁干擾 另一種強大的工業干擾源就是礦井中電力機車的接觸網。接觸網的電磁干擾除了具有電力電纜的電磁干擾的所有特性外，還具有隨機性脈沖的特性。接觸網產生的脈沖干擾是一些振幅和持續時間都帶有隨機性的、經常重復的大脈沖群。接觸網的地線是電力機車的軌道鋼軌，由于鋼軌直接接觸巷道的巖石，所以有巨大的雜散電流流散到周圍的巖層中，這些電流的交變分量就形成了干擾。和起因于換接的脈沖干擾相反，由接觸網所產生的脈沖干擾，不能認為是單獨的和互不相干的。受電弓與滑接饋電線間、電機車直流電機的電刷與整流子之間、車輪與軌道間、在軌道的接合處以及掛鉤之間都會產生大量的電火花。火花特別大的地方是在采區裝車點，因為在裝車點鋼軌常常被煤所填平，加之車輪與鋼軌之間的輾壓，產生大量的煤末，而這些煤末就是形成火花的關鍵因素之一。這些電火花干擾的頻譜相當寬，而這些干擾的電平與頻譜取決于電火花的能量，即電機車的電壓等級、負載電流大小、接觸網敷設狀況等。 3 電磁干擾的實測 近兩年，先后對三個大型礦井的井下電磁干擾進行了實地測試，這三個礦井的大致情況是：西曲礦：年產300萬噸，井下機車500V，礦車載重量5噸，井型為平峒；馬蘭礦：年產400萬噸，井下機車500V，礦車載重量5噸，井型為豎井；西銘礦：年產400萬噸，井下機車250V，礦車載重量3噸（上水平），井型為平峒。采用Protek3200場強測試儀進行測試。測試位置為，西曲礦：中央變電所、南北聯絡巷；馬蘭礦：中央變電所、一號卸載坑；西銘礦：上水平井口、縱深1700m、4000m、8000m共四處。測試方式為：窄帶調頻N-MF，步距25kHz。 4 結論 不同礦VHF電磁干擾電平分布規律是不同的。這主要取決于干擾源的多少、強度及巷道布置形式，具體包括：電機車臺數、功率、電力機車的接觸網與受電弓狀態，鋼軌敷設情況，變壓器臺數、容量，是否有可控硅整流裝置，提升機的拖動裝置，高低壓電力電纜的長度等。同一個礦在20～168 MHz的頻率范圍內，不同測量點的VHF電磁干擾電平分布規律基本是相同的。所以說一個礦，在同一個水平上的綜合VHF電磁干擾分布規律只有一種，它不隨地點而明顯變化。 20～120MHz頻段內：電磁干擾的頻譜功率密度最大；低干擾電平的頻點最少。 148～152MHz頻段內：電磁干擾的頻譜功率密度較小；低干擾電平的頻點稍多。 164～168MHz頻段內：電磁干擾的頻譜功率密度明顯下降，與上二個頻段相比，為最小；低干擾電平的頻率，明顯增加，尤其在165.5MHz以上顯著增多。三個不同頻段的分布規律有差異，這主要是多種干擾源頻譜疊加的結果。 對于我國的絕大多數礦井來說，由于運行在煤炭生產的各個環節中的用電設備型號雜、數量多，而且因開采方式決定的井下金屬導體、管線的敷設范圍廣、布局繁，加上井下巷道壁和采掘環境巖石壁的復雜性，僅用數學的方法是計算不出正確的數據來，唯有采取現場測量的方法才是可行的。