• بينما الاتصالات أمر مهم في كل مجال الصناعة، و، فإنه يفترض الأهمية الحاسمة عندما يطلب من الاتصالات لتكون تحت الأرض. في مجالات مثل التعدين وحفر الأنفاق الخ
• ويطلب من نظم الاتصالات تحت الأرض لضمان سلامة العاملين وزيادة الإنتاجية.

• في التطبيقات تحت الأرض (التعدين الخ)، والكوارث مثل انهيار الألغام (وخصوصا في مناجم الفحم) هي حادثة متكررة ونظام اتصالات موثوقة وفعالة أمر ضروري لتحديد موقع عمال المناجم المحاصرين وإنقاذهم من تحت الانقاض.
• نظام اتصال فعال تحت الأرض يؤدي إلى زيادة الإنتاجية ويقلل التكاليف التشغيلية عن طريق حفظ آلة الزمن انهيار وتوفير عابرة على الفور رسالة من مئات الأقدام تحت الأرض إلى الموارد والموظفين المعنيين فوق سطح الأرض. في حالة عدم وجود نظام التواصل الفعال عامل منجم لانتظار الرسالة ليتم تسليمها وعمليات التعدين لابد من وقف التنفيذ، مما يؤدي إلى تراجع الانتاج. إذا كان مثل هذا السيناريو من عمليات علقت يتكرر عشرات أو مئات المرات في الأسبوع، فإن الخسارة في الإنتاج سيكون كبيرا.
• الاتصالات في اتجاهين (الصوت والفيديو والبيانات) بين أفراد الجوفية والسطحية، ونظام تتبع الذي يسمح للموظفين السطح لتحديد موقع أي شخص محاصرين تحت الأرض والنظام الذي يمكن أن تصمد أمام الكوارث هي الشروط الأساسية للنظام الاتصالات تحت الأرض.
• بالإضافة إلى تطبيق الأساسية للاتصالات شركة التعدين مع الموظفين فوق المعلومات الأرض والمكان، يتم استخدام أنظمة لاسلكية تحت الأرض أيضا لعدد من المهام الهامة، على سبيل المثال، المراقبة عن بعد / السيطرة على معدات التعدين، والحصول على البيانات لمختلف أجهزة الاستشعار في جميع أنحاء المنجم (على سبيل المثال الرصد الزلزالي) والوصول في الوقت الحقيقي إلى المعلومات التي تعمل الألغام. وتشمل هذه المهام التواصل مع عامل المحمول أو جهاز أو قطعة من المعدات.
• نظم الاتصالات تحت الأرض – السلكية مقابل اللاسلكية
  • في الماضي، كانت السلكية وأنظمة الاتصالات السرية تقريبا كل شيء، والتي شكلت قيودا خطيرة في تلبية المتطلبات الأساسية لنظام الاتصالات تحت الأرض. الأنظمة السلكية يصعب نشرها في أماكن يصعب الوصول إليها بسبب خاصة إلى طوبولوجيا الألغام غير متماثل والهياكل الألغام المعقدة. أنظمة سلكية غير قادرة على الصمود في وجه الكوارث أو الحوادث في المناجم تحت الأرض كما هو قطع التواصل مع العمال المحاصرين خارج أيضا.
  • من ناحية أخرى، نظم الاتصالات اللاسلكية سهلة لنشر حتى في أماكن يصعب الوصول إليها تحت الأرض وقادرة على الصمود في وجه الظروف الكارثة. استخدام أنظمة الاتصالات اللاسلكية المناسبة، موقع كل عامل منجم محاصرين يمكن تحديدها بدقة مما أدى إلى نجاح عمليات البحث والإنقاذ. لذلك، الأنظمة اللاسلكية هي أنظمة الاتصالات المثلى ومريحة وموثوقة لتطبيقات تحت الأرض مثل التعدين وحفر الأنفاق.
  • ومع ذلك، لا تعمل الاتصالات اللاسلكية سطح نموذجي بنجاح في السيناريوهات تحت الأرض، مثل الإشارات الخلوية التقليدية لا تنتشر عبر الصخور. موجات الراديو للاتصال اللاسلكي، نشر تحت الأرض تعاني من التشتت والامتصاص والتشتت والتلاشي بسبب خصائص المعدنية (مثل الفحم) وضيق المكان.
  • تكنولوجيا الاتصالات تحت الأرض متخلفة تكنولوجيا الاتصالات السطح بسبب البيئة غير المواتية والخطرة وعدم الاهتمام في هذا المجال. ويجري الآن إجراء بحوث لتحسين تكنولوجيات الاتصال تحت الأرض والتغلب على القيود بوتيرة سريعة. المتطلبات في مجال الاتصالات تحت الأرض تختلف كثيرا عن التواصل السطح. لذلك، تم تحسين أنظمة الاتصالات اللاسلكية تحت الأرض لتلبية الاحتياجات المحددة للتطبيقات تحت الأرض مثل التعدين وحفر الأنفاق.
• أنواع أنظمة الاتصالات تحت الأرض
  • الأنظمة التقليدية أو السلكية: بعض الأنظمة السلكية وتشمل: –
    • الهواتف مغناطيسي.
    • الهواتف الترحيل.
    • مدعوم صوت الهواتف.
    • عربة حاملة نظام الهاتف.
    • نظام حبل الرافعة.
• نظم الاتصالات اللاسلكية تحت الأرض
  • RF (الترددات الراديوية) أجهزة الإرسال والاستقبال: واستقبال الترددات اللاسلكية هي واحدة من المعدات الأكثر شيوعا ونجاحا في المناجم تحت الأرض وخصوصا للاتصالات معرض التوالي.نطاقات ترددية مختلفة من LF (منخفضة التردد) لVHF (عالية جدا تردد) و UHF (التردد فوق العالي) مفيدة في سيناريوهات مختلفة، وخاصة تبعا للهيكل الألغام ونوع من المعادن التي تستخرج.

• LF (تردد منخفض) أجهزة الإرسال والاستقبال
  • توهين إشارة LF أقل نسبيا من خلال الفحم بالمقارنة مع إشارات مع التردد العالي. وهذا مفيد بشكل خاص لإقامة حلقة اتصال بين عمال المنجم المحاصرين وفريق الانقاذ في حين معرفة الموقع الفعلي من عمال المناجم المحاصرين لعملية الانقاذ. الترددات المستخدمة عادة في نطاق LF هي حوالي 30 كيلو هيرتز. والمتوسطة إشارة منخفضة / لهجة تردد التضمين على إشارة الترددات اللاسلكية 457 كيلو هرتز يمكن أن ينتقل من خلال كتل سميكة كبيرة من الفحم.
• VHF (جدا، عالية التردد) أجهزة الإرسال والاستقبال
  • وتستخدم عالية جدا التردد (VHF) تردد التضمين (FM) استقبال في المناجم ولكن انتاج الطاقة من الترددات الراديوية مطلوبة (RF) إشارات إلى أن تظل منخفضة، كما هو مطلوب وفقا للمعايير سلامة التعدين تحت الأرض.
• UHF (الترا عالية التردد) أجهزة الإرسال والاستقبال:
  • في الفرقة UHF، التوهين منخفضة نسبيا في المناطق الملغومة على التوالي، وأعلى بكثير عندما تكون إشارة تنتشر حولها الى ركنية أو عندما الآلات الكبيرة هي في مسير الانتشار. الزوايا والانحناءات في صالات منجم تحت الأرض بمثابة العقبات التي تحول دون انتشار الموجات UHF. لا يمكن حل المشكلة من خلال اعتماد القوة الكهربائية أعلى من استقبال بسبب الحد سلامة جوهري في المناطق الخطرة (الألغام). لتحسين الاتصالات، وتتضخم الإشارات عن طريق وضع الهوائيات النشطة بالقرب من يتحول من مسار.
  • مناجم الفحم تبدأ في التصرف كما الدليل الموجي (مرور) للترددات في نطاق 200-4000 ميغاهيرتز، والذي يسمح موجات للسفر في النفق مع خسائر / التوهين. اعتمادا على المسافة الاتصالات ونفق البعد المطلوب، هذه الخسارة هو الحد الأدنى في مجموعة من حوالي 450-1000 ميغاهيرتز.
• نظام راديو الطاعم راشح

يتألف نظام راشح الطاعم هو راشح كابل التغذية ومكبر للصوت التعزيز للاتجاهين الصوت والبيانات والفيديو الاتصالات باستخدام مجال التسرب من كابل. ويسمى كابل التغذية راشح ببرقية يشع لأن هذا يعني أن كابل يهدف إلى تشع: شيء الكابلات المحورية ليس من المفترض عموما أن تفعل. تم تصميم الكابلات المغذية تتسرب إلى ‘تسرب‘ أو تشع الراديو إشارة الخروج، وكذلك تسمح إشارات في من استقبال لاسلكية عن بعد داخل 50-200 متر من الكابلات المغذية راشح. للحفاظ على مستويات الإشارات لمسافات طويلة، يتم إدراج خط مكبرات الصوت (أو التعزيز) طول الكابل المغذي راشح، أبعاده كل 350M. يعمل واحد راشح تغذية كابل كما هوائي على نطاق الألغام ويوفر الطريق السريع الاتصالات الذي يلغي الحاجة لتركيب وصيانة العديد من الكابلات والأسلاك ماثلة إشارة.

إشارات الراديو من رئيس النهاية، والذي يقع عادة على السطح، وتنتقل في جميع أنحاء السفر طرق تحت الأرض على نظام تغذية الكابلات المتسرب. وأيضا إعادة إرسال الإشارات بسهولة على سطح ويمكن أن تغطي المناطق المحيطة بها لعدة كيلومترات. وتستخدم الكابلات المغذية راشح بالتزامن مع أي VHF أو UHF الراديو. استخدام UHF يقدم العديد من الفوائد على أنظمة الراديو ذات التردد العالي جدا.

• توفر أنظمة تغذية راشح الحالية للدولة من بين الفن وعددا من الميزات المتطورة بما في ذلك:
  • الوسائط المتعددة شبكة الاتصالات التي توفر الألغام على نطاق واسع: الصوت، الفيديو، والبيانات
  • التشخيص عن بعد، ومراقبة توزيع وشبكة الرصد.
  • تتكامل مع شبكة ألياف ضوئية.
  • بسهولة قابلة للتوسيع وسهلة للمحافظة عليه.
  • فعاله من حيث التكلفه.
  • يدعم قبالة الجاهزة للاستخدام التطبيقات المعدات اللازمة لتغذية راشح
  • محلي / المحمولة مراقبة فيديو.
  • مساحة واسعة تغطية الهوائي.

• UHF VHF مقابل راشح أنظمة الكابلات المغذية: فيما يلي بعض من الاستفادة من أنظمة الكابلات المغذية راشح UHF بالمقارنة مع أنظمة الكابلات ذات تردد عال جدا.
  • نشر أفضل من كابل يصل إلى ثلاث مرات أفضل من VHF.
  • قدرة عالية البيانات للأغراض العامة.
  • يستخدم من معدات الصوت الرف والبيانات.
  • واسعة النطاق الترددي لتقديم المزيد من البيانات والصوت القدرة على السرعات العالية (2 ميغابت في الثانية سرعة المنفذ).
  • تسهل الاتصال اللاسلكي في المناطق الخطرة (وجوه العمل تعدين الفحم).
  • كابل واحد العمود الفقري لأغراض متعددة (قادرة على البيانات في وقت واحد وصوت).
  • انخفاض المجرة / رجل الضوضاء صنع الطابق.

• من خلال (TTE) نظام الاتصالات الأرض
  • نظم (TTE) الاتصالات استخدام من خلال الحركة والأرض موجات الراديو ذات التردد المنخفض التي يمكن أن تخترق التراب والصخور من الألغام، التي لا تسمح اختراق إشارات الراديو عالية التردد.

• الإشارات عالية التردد يمكن أن يتم ترحيل تحت الأرض من خلال هوائيات مختلفة، مكرر أو شبكة تكوينات، ولكن يقتصر التواصل على خط الأفق لأنظمة الهوائي والراسبين هذه. من خلال الحركة والأرض أنظمة التغلب على هذه المشاكل باستخدام تردد منخفضة للغاية (300-3000 هرتز) الإشارات، التي يمكن أن تنتشر من خلال عدة مئات من الأقدام من الصخور أو الفحم.
• يوفر تتيه أنظمة فوائد كبيرة في تطبيقات التعدين، وخاصة في حالة الكوارث أو الحوادث، مثل حريق أو انفجار، التي تدمر الكثير من باطن الأرض البنية التحتية للاتصالات الثابتة.
• يتم وضع كابل هوائي عادة في شكل حلقة على طول محيط منجم (أو في أي مكان هناك حاجة إلى تغطية). يمكن إنشاء حلقة أخرى هوائي تحت الأرض إذا لزم الأمر. نقل تنتشر من خلال الصخور، واستخدامها كوسيلة لحمل إشارات فائقة التردد المنخفض. منذ إشارة تنتقل من خلال الصخور، لا يحتاج الهوائي لتصل الى جميع أنحاء المنجم لتحقيق الألغام إشارة تغطية واسعة، وبالتالي التقليل من خطر تلف أثناء الحادث.

• من خلال نظام الأرض هي معروفة لتوفير ينذر بالخطر، وتتبع والرسائل بمساعدة من الهوائيات حلقة على سطح المنجم الذي نقل منخفضة التردد إشارة إلى الاستقبال، المتكاملة عادة إلى مصابيح الغطاء. مؤخرا، تم وضع العديد من النظم القائمة على التكنولوجيا تتيه. النظام الأكثر شهرة هو PED (شخصية جهاز الطوارئ) النظام. نظام الرسائل النصية الرقمية المنتشرة بنجاح في عدة مناجم في العالم التي لديها سجل حافل من إنقاذ الأرواح في حالات الكوارث.

• الشبكات شبكة لاسلكية
  • مجموعة محدودة من وصلة الاتصالات اللاسلكية واحد ومدى جغرافي واسع من المناجم تحت الأرض، تتطلب أن يتم إنشاء شبكة من أجهزة الاتصال اللاسلكية لتغطية مدى الألغام فضلا عن توفير معلومات دقيقة عن مكان وجود عمال المناجم.
  • أنظمة WLAN بسيطة لها الكثير من القيود مثل القدرة على التعامل مع الكوارث والتعامل مع الحراك من عمال المناجم. في حال أن الحافلة / الجي هو قطع أو تعطل، سيتم شلت النظام بأكمله.
  • أحدث التكنولوجيا شبكة لاسلكية على أساس 802.11 بروتوكول واي فاي يتغلب على هذه القيود، ويقدم العديد من الفوائد الأخرى، حيث إن توجيه حركة المرور عبر الشبكة لا تعتمد على خادم مركزي، ولكن تتم معالجتها من قبل العقد الفردية. في حال تم قطع حافلة / الجي أو تعطيل خلاف ذلك، فإن قدرة النظام على إعادة تكوين نفسها محدودة من قبل مجموعة لاسلكية العقدة.

• سلسلة من العبوات الإذاعة متعددة، تسمى العقد شبكة لاسلكية، نشر إشارة إلى أسفل طول mineshaft والاتصال لاسلكيا من عمال المناجم يعملون او يسافرون في مكان قريب.يمكن وضع العقد على طول مداخل، وطرق السفر والطرق الدائرية أو في مآخذ مجرى الهواء وإرجاع لربط لاسلكيا من عمال المناجم في وجه العمل لبقية الألغام، وكذلك إلى المكتب ومديري خارج المنجم.

• واي فاي التكنولوجيا شبكة لاسلكية توفر الأداء العالي والاعتمادية بتكلفة منخفضة لمسافات طويلة في المناجم تحت الأرض لأنها تسمح للموثوقة في اتجاهين الاتصالات عبر بروتوكول الإنترنت وخدمة الواي فاي موقع البحث عن المفقودين.
• بالإضافة إلى واي فاي (IEEE 802.11)، وتستخدم بلوتوث (IEEE 802.15) وواي ماكس التقنيات أيضا من قبل بعض المنتجين حسب متطلبات الألغام.
• مخصصا الشبكات اللاسلكية شبكة
  • النظم المخصصة للشبكة أيضا التواصل وعقدة إلى عقدة من خلال شبكة مماثلة لخدمة الواي فاي الأنظمة، ولكن مع بعد خلافات عيون:
  • الجهاز المستخدم النهائي (الراديو المتنقل) يمكن أن تكون بمثابة عقدة شبكة، ترحيل حركة مرور الشبكة من أجهزة الراديو الأخرى على الشبكة.
  • أي عقد أو مجموعة من العقد التي تقع ضمن نطاق الإذاعي المباشر من بعضها البعض يمكن أن تشكل بشكل مستقل على الشبكة دون أي الاعتماد على جهاز خادم مركزي.
  • أي عقدة في الشبكة يمكن الاتصال بشكل مستقل مع أي عقدة أخرى تقع ضمن نطاق الراديو ولا يقتصر على مجموعة فرعية محددة مسبقا من العقد ضمن مجموعتها.
  • زيجبي (IEEE 802.15.4 قياسي) هو مثال على بروتوكول شبكة مخصصا التي لديها ميزة إضافية تتمثل في كونها قادرة على العمل في نطاق 900 ميغاهيرتز، وهو تردد لأقصى مدى الراديو في معظم مناجم الفحم تحت الأرض. ومع ذلك، يعمل زيجبي في الطاقة المنخفضة ولا يدعم الاتصالات الصوتية. ويجري تطوير تعديل نظام قائم على شبكة زيجبي يدعم الاتصال الصوتي.

• RFID (تحديد الهوية بترددات الراديو)
  • ويستخدم نظام RFID، جنبا إلى جنب مع أنظمة أخرى مثل راشح تغذية نظام الكابلات، وشبكات شبكة واي فاي أو مخصصا شبكة أنظمة لاسلكية، لتتبع عمال المناجم في جميع أنحاء المنجم بمساعدة راديو رقاقة تردد أو العلامات التي يرتديها عمال المناجم أو تركيبها في أي آلات التعدين الكبرى .

• الشركات الرائدة في الاتصالات اللاسلكية تحت الأرض
  • س أنظمة التعدين بيكر (becker-mining.com)
  • بيكر أنظمة التعدين هي واحدة من الشركات الرائدة التي تقدم مجموعة واسعة من المنتجات والحلول للاتصالات تحت الأرض. بيكر أنظمة التعدين تم تصميم وتركيب وصيانة حلول مخصصة لصناعة التعدين في السنوات ال 25 الماضية. منتجات وحلولا مهمة هي:
    • الحل راشح تغذية كابل
      • س يوفر بيكر التعدين أنظمة حل للدولة من بين الفن لراشح نظام كابل التغذية. وهو يتضمن العديد من المنتجات بما في ذلك الرقمي (UHF و VHF) وأجهزة الراديو وأجهزة الراديو التناظرية ومكبرات الصوت المغذية تتسرب منها المياه.
      • س يوفر نظام الاتصال في اتجاهين تحت الأرض فعالة وموثوق بها جنبا إلى جنب مع التشخيص عن بعد لضمان سهولة التركيب وصيانة النظام.
    • الحل واي فاي
      • بيكر أنظمة التعدين لديها مجموعة ومصدقة من المنتجات المحلية اللاسلكية التي يمكن أن تلبي احتياجات الألغام الحديثة. تضمن البنية التحتية تغطية لاسلكية لأجهزة العميل، وتوسيع السلكية (الألياف) الشبكة الحالية، وتوفير شبكة اتصال لاسلكية.
      • البنية التحتية اللاسلكية يجعل من الممكن لنقل البيانات عرض النطاق الترددي العالي من وإلى أجهزة وآلات النقالة خلق فرص جديدة لزيادة الإنتاجية وتعزيز السلامة وباستخدام المعيار المقبول على نطاق واسع والتأكد من أن الأجهزة من مختلف البائعين ويمكن الجمع بين.
      • يمكن استخدام (لاسلكي نقطة الوصول) سلسلة التفاف-200 لتمديد شبكة الألياف البصرية الموجودة في مناطق أخرى من الألغام مع المحافظة بالإضافة إلى شبكة إيثرنت المجموعة (1) التي يمكن الحفاظ على الخدمة لمدة تصل إلى 10 ساعة. ليست هناك حاجة لتشغيل المزيد من الألياف إلى السطح، لأن كل سلسلة ختامية-200 تقدم تبديل الألياف تمكنت متكاملة.
    • هواتف الاتصالات عبر بروتوكول الإنترنت
      • نقل الصوت عبر بروتوكول الإنترنت (VoIP) الهواتف يمكن استخدامها مع الحل واي فاي يسمح للمستخدمين التنقل في حين وجود محادثة.
  • Pbegrp (pbegrp.com)
    • PBE حلول التعدين التصاميم والمهندسين وتصنيع حلول متكاملة للسلامة، والاتصالات، ونظم الرصد والمراقبة للمناجم.
    • نظام تغذية راشح
      • يمكن أن تكون مصممة نظام تغذية راشح مكتب البرنامج والميزانية لمتطلبات الموقع محددة لتوفير أفضل تغطية إذاعية واتصالات البيانات. نظام تغذية راشح هو نظام الراديو الألغام التي يمكن أن توفر تغطية اتصالات كاملة لموقع الألغام، بما في ذلك فوق ربط موقع الأرض.
      • جديد BDA-4 مكبر للصوت مكتب البرنامج والميزانية ليعزز ليس فقط إشارة على طول الكابل ولكن يمكن أن تستخدم قارئ البطاقات، مودم وفي خط تحكم. محولات متعددة منصة الاتصالات تسمح للبنك دلتا آسيا-4 لأداء كجزء من نظام الرصد الجوي ونظام مراقبة من الألغام على نطاق واسع
    • لاسلكية الجذع الخط نقطة الوصول: يقدم مكتب البرنامج والميزانية مجموعة واسعة من خيارات الراديو لموقع، السطحية والجوفية وربط الاتصالات اللاسلكية الألغام، بما في ذلك موتورولا، تيت، وكينوود أجهزة الراديو ذات الاتجاهين.
    • الهواتف: كما يقدم مكتب البرنامج والميزانية الهواتف PageBoss ترحيل التي توفر اتصالات واضحة وغير مشوهة عبر نظام الهاتف النداء كامل مع مرفقاته الوعرة، الشماعات الهاتف وتصاعد بين قوسين.
  • BlueSkySat (blueskysat.com)
    • يوفر BlueSkySat مجموعة واسعة من الحلول بما في ذلك الاتصالات في المناجم والأنفاق تحت الأرض.
      • راشح تغذية نظام كابل: يتم تقديم نظام شامل الاتصالات اللاسلكية نفق يستخدم مزيجا من أجهزة الراديو ثنائية الاتجاه، الراسبين ومكبرات الصوت انضم باستخدام راشح كابل التغذية RF. تم تصميم أنظمة لتوفير اتصالات آمنة وموثوق بها في الأنفاق والمناجم.
      • راديو لاسلكي تحت الأرض الراسبين: يتم توفير أجهزة الراديو للاتصال تحت الأرض في نطاقات ترددية مختلفة.

English Version

While communication is important in every industry and field, it assumes critical importance when the communication is required to be made underground; in fields like mining and tunnelling etc.

The underground communication systems are required for ensuring safety of workers and increasing the productivity.

In underground applications (mining etc.), the disasters like collapse of mines (especially in coal mines) is a frequent incident and a reliable and effective communication system is essential for identifying the location of trapped miners and their rescue from the debris.

An effective underground communication system increases productivity and reduces operational costs by saving the machine breakdown time and providing immediate passing of message from hundreds of feet under the ground to the concerned resources and personnel above the ground. In the absence of an effective communication system a miner has to wait for the message to be delivered and the mining operation has to be suspended, which results in lost production. If such a scenario of suspended operations is repeated dozens or hundreds of times per week, the loss in production would be substantial.

Two-way communications (voice, video & data) between underground and surface personnel, a tracking system that allows surface personnel to determine the location of anyone trapped underground and a system that can withstand disasters are essential requirements of an underground communication system.

In addition to the basic application of miner communication with the staff above the ground and location information, the underground wireless systems are also used for a number of important tasks, for instance, remote monitoring / control of mining equipment, data acquisition for the various sensors throughout the mine (e.g. seismic monitoring) and real-time access to mine operating information. These tasks involve communication with a mobile worker, device or piece of equipment.

Underground Communication Systems – Wired vs Wireless

In the past, almost all the underground communication systems were wired, which posed serious limitations in meeting the essential requirements of an underground communication system. The wired systems are difficult to deploy in inaccessible places especially due to non-symmetric mine topology and complex mine structures. Wired systems are also unable to withstand the disasters or accidents in underground mines as the communication with the trapped miners is cut off.

On the other hand, wireless communication systems are easy to deploy even at inaccessible places under the ground and are able to withstand the disaster conditions. Using appropriate wireless communication systems, location of each trapped miner can be accurately determined resulting in successful search and rescue operations. Therefore, wireless systems are the most optimal, convenient and reliable communication systems for underground applications like mining and tunnelling.

However, the typical surface wireless communications do not work successfully in underground scenarios, such as traditional cellular signals do not propagate through rock. The radio waves for wireless communication, propagating underground suffer from dispersion, absorption, scattering and attenuation due to properties of the mineral (like coal) and space limitations.

Underground communication technologies lag behind the surface communication technologies due to unfavourable and hazardous environment and lack of interest in this area. Research to improve underground communication technologies and overcome limitations is now being undertaken at a fast pace. The requirements in underground communication are much different from the surface communication. Therefore, underground wireless communication systems are optimized to meet the specific needs of underground applications like mining and tunnelling.

Types of Underground Communication Systems

Conventional or Wired systems: Some of the wired systems include:-

Magneto phones.

Paging phones.

Voice powered phones.

Trolley carrier phone system.

Hoist rope system.

Wireless Underground Communication Systems

RF (Radio Frequency) Transceivers: The RF transceivers are one of the most commonly used and successful equipment in the underground mines especially for straight gallery communications. Different frequency ranges from LF (Low Frequency) to VHF (Very High Frequency) and UHF (Ultra High Frequency) are useful in different scenarios, especially depending upon the structure of the mine and the type of mineral being extracted.

LF (Low Frequency) Transceivers

The attenuation of LF signal is comparatively lower through coal as compared to signals with higher frequency. This is particularly useful to establish a communication link between the trapped miners and rescue team while finding out the actual location of trapped miner for rescue operation. Typical frequencies used in the LF range are around 30 KHz. The low / medium frequency tone signal modulated over RF signal 457 kHz can be transmitted through large thick blocks of coal.

VHF (Very-High Frequency) Transceivers

Very high frequency (VHF) frequency modulated (FM) transceivers are used in mines but the power output of radio frequency (RF) signals are required to be kept low, as required by underground mining safety standards.

UHF (Ultra-High Frequency) Transceivers:

In the UHF band, attenuation is relatively low in the straight mine areas and is significantly higher when the signal propagates around a corner or when a large machinery is in the propagation path. Corners and bends in underground mine galleries act as obstacles to the propagation of UHF waves. The problem cannot be resolved by adopting higher wattage of transceivers due to intrinsic safety limit in hazardous areas (mines). To improve the communication, the signals are amplified by placing active antennas near the turns of the path.

Coal mines start to behave as waveguide (passage) of frequencies in the range of 200-4000 MHz, which allows waves to travel in the tunnel with losses / attenuation. Depending on the desired communication distance and tunnel dimension, this loss is minimal in the range of about 450-1000 MHz.

Leaky Feeder Radio System

The Leaky Feeder system is comprises a leaky feeder cable and amplifier boosters for two way voice, data and video communication utilising the leakage field of the cable. Leaky feeder cable is also called a radiating cable as this implies that the cable is designed to radiate: something that coaxial cable is not generally supposed to do. Leaky Feeder cables are designed to ‘leak’ or radiate the radio signal out, as well as allow signals in from remote radio transceivers within 50 – 200 meters from the Leaky Feeder cable. To sustain the signal levels over long distances, Line Amplifiers (or boosters) are inserted along the Leaky feeder cable, nominally every 350m. A single Leaky Feeder Cable acts as a mine-wide antenna and provides a communication highway that eliminates the need to install and maintain several hardwired cables and signal wires.

The radio signals from the Head End, which is typically located on the surface, are transmitted throughout the underground travel-ways over the leaky feeder cabling system. The signal is also easily retransmitted on surface and can cover the surrounding areas for several kilometres. Leaky Feeder cables are used in conjunction with either VHF or UHF radios. The use of UHF offers several benefits over the VHF Radio Systems.

The present state-of-the-art Leaky Feeder systems provide a number of advanced features including:

Mine-Wide communications network providing multimedia: Voice, Video, and data

Remote diagnostics, distributed control and monitoring network.

Integrate with fiber optic backbone.

Easily expandable and easy to maintain.

Cost effective.

Supports off-the-shelf equipment applications for Leaky Feeder

Local/Portable video monitoring.

Wide area antenna coverage.

 –

UHF vs VHF Leaky Feeder Cable Systems: Following are some of the benefit of UHF leaky feeder cable systems as compared to VHF cable systems.

Better propagation from cable up to three times better than VHF.

High capacity general purpose data.

Uses off the shelf voice and data equipment.

Wide bandwidth to offer more Data and Voice capability at higher speeds (2 Mbps port speed).

Facilitates wireless communication in hazardous areas (Coal mining working faces).