引 言 井下無線通信是現(xiàn)代化煤炭生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)之一，特別是近年來隨著煤炭生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展和生產(chǎn)管理水平的不斷提高，對(duì)信息技術(shù)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(fā)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(guó)煤炭生產(chǎn)主要是采用長(zhǎng)壁式采掘方式，這就帶來了井下電磁環(huán)境的復(fù)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(yè)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(yè)噪聲是指工業(yè)部門所使用的各類電器裝置及設(shè)備運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的電磁噪聲。因?yàn)椋@些裝置及設(shè)備只要用電運(yùn)行，就會(huì)產(chǎn)生電流或電壓的突變，也就成為噪聲的發(fā)生源。這類噪聲進(jìn)入了運(yùn)行中的通信系統(tǒng)就變成了干擾噪聲。電磁干擾噪聲對(duì)通信系統(tǒng)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(dǎo)體傳導(dǎo)。礦井里的主要干擾源是工業(yè)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(zhǎng)，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(xù)頻譜兩類。電力網(wǎng)中電壓不是嚴(yán)格保持恒定，其振幅圍繞著平均振幅不斷地上下波動(dòng)，而頻率也在一定范圍內(nèi)變化。供電網(wǎng)中電壓的大變化發(fā)生在大動(dòng)力設(shè)備接入的時(shí)刻，但供電電壓波動(dòng)的頻譜是窄帶的，而且在一定的時(shí)間間隔內(nèi)供電電壓的頻譜可以認(rèn)為是離散的。電力網(wǎng)的另外一個(gè)最重要的特點(diǎn)就是電壓變化時(shí)，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(shè)備，因此輸送到變壓器的各種頻率的振蕩（電力網(wǎng)電壓的諧波）就形成了一個(gè)各組合分量的無窮級(jí)數(shù)。由于某些高次分量的電平急劇增長(zhǎng)，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(jī)理是由于電纜的漏磁場(chǎng)引起的感應(yīng)輻射造成的。雖然電纜在任一截面上、任一時(shí)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(chǎng)和磁場(chǎng)，并未在電纜內(nèi)完全抵消，因而滲透至電纜周圍空間。在三相電力系統(tǒng)中，任一時(shí)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(tǒng)可用雙線系統(tǒng)來等效。這種線路的電場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度，可用下列表示： 磁場(chǎng)水平切向分量 磁場(chǎng)水平徑向分量 電場(chǎng)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(diǎn)到觀察點(diǎn)間的距離，μ——空間導(dǎo)磁系數(shù)，ω——電流的角頻率。 脈沖干擾和起伏干擾都屬于具有連續(xù)頻譜的干擾。脈沖干擾形成于電力網(wǎng)中發(fā)生換接（即交流電流從正值變成負(fù)值的瞬間）的時(shí)候。換接脈沖干擾的持續(xù)時(shí)間在0.1～1ms的范圍內(nèi)波動(dòng)。在變換操作不準(zhǔn)確、不快捷的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)各種不同持續(xù)時(shí)間的脈沖群，所以換接脈沖干擾可以認(rèn)為是單獨(dú)的和互不相干的。 （2） 接觸網(wǎng)的電磁干擾 另一種強(qiáng)大的工業(yè)干擾源就是礦井中電力機(jī)車的接觸網(wǎng)。接觸網(wǎng)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(jī)性脈沖的特性。接觸網(wǎng)產(chǎn)生的脈沖干擾是一些振幅和持續(xù)時(shí)間都帶有隨機(jī)性的、經(jīng)常重復(fù)的大脈沖群。接觸網(wǎng)的地線是電力機(jī)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(wǎng)所產(chǎn)生的脈沖干擾，不能認(rèn)為是單獨(dú)的和互不相干的。受電弓與滑接饋電線間、電機(jī)車直流電機(jī)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(huì)產(chǎn)生大量的電火花。火花特別大的地方是在采區(qū)裝車點(diǎn)，因?yàn)樵谘b車點(diǎn)鋼軌常常被煤所填平，加之車輪與鋼軌之間的輾壓，產(chǎn)生大量的煤末，而這些煤末就是形成火花的關(guān)鍵因素之一。這些電火花干擾的頻譜相當(dāng)寬，而這些干擾的電平與頻譜取決于電火花的能量，即電機(jī)車的電壓等級(jí)、負(fù)載電流大小、接觸網(wǎng)敷設(shè)狀況等。 3 電磁干擾的實(shí)測(cè) 近兩年，先后對(duì)三個(gè)大型礦井的井下電磁干擾進(jìn)行了實(shí)地測(cè)試，這三個(gè)礦井的大致情況是：西曲礦：年產(chǎn)300萬噸，井下機(jī)車500V，礦車載重量5噸，井型為平峒；馬蘭礦：年產(chǎn)400萬噸，井下機(jī)車500V，礦車載重量5噸，井型為豎井；西銘礦：年產(chǎn)400萬噸，井下機(jī)車250V，礦車載重量3噸（上水平），井型為平峒。采用Protek3200場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試位置為，西曲礦：中央變電所、南北聯(lián)絡(luò)巷；馬蘭礦：中央變電所、一號(hào)卸載坑；西銘礦：上水平井口、縱深1700m、4000m、8000m共四處。測(cè)試方式為：窄帶調(diào)頻N-MF，步距25kHz。 4 結(jié)論 不同礦VHF電磁干擾電平分布規(guī)律是不同的。這主要取決于干擾源的多少、強(qiáng)度及巷道布置形式，具體包括：電機(jī)車臺(tái)數(shù)、功率、電力機(jī)車的接觸網(wǎng)與受電弓狀態(tài)，鋼軌敷設(shè)情況，變壓器臺(tái)數(shù)、容量，是否有可控硅整流裝置，提升機(jī)的拖動(dòng)裝置，高低壓電力電纜的長(zhǎng)度等。同一個(gè)礦在20～168 MHz的頻率范圍內(nèi)，不同測(cè)量點(diǎn)的VHF電磁干擾電平分布規(guī)律基本是相同的。所以說一個(gè)礦，在同一個(gè)水平上的綜合VHF電磁干擾分布規(guī)律只有一種，它不隨地點(diǎn)而明顯變化。 20～120MHz頻段內(nèi)：電磁干擾的頻譜功率密度最大；低干擾電平的頻點(diǎn)最少。 148～152MHz頻段內(nèi)：電磁干擾的頻譜功率密度較小；低干擾電平的頻點(diǎn)稍多。 164～168MHz頻段內(nèi)：電磁干擾的頻譜功率密度明顯下降，與上二個(gè)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(gè)不同頻段的分布規(guī)律有差異，這主要是多種干擾源頻譜疊加的結(jié)果。 對(duì)于我國(guó)的絕大多數(shù)礦井來說，由于運(yùn)行在煤炭生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中的用電設(shè)備型號(hào)雜、數(shù)量多，而且因開采方式?jīng)Q定的井下金屬導(dǎo)體、管線的敷設(shè)范圍廣、布局繁，加上井下巷道壁和采掘環(huán)境巖石壁的復(fù)雜性，僅用數(shù)學(xué)的方法是計(jì)算不出正確的數(shù)據(jù)來，唯有采取現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的方法才是可行的。