专利名称：矿用应急通信电缆及使用方法
技术领域：
本发明涉及一般用于矿山的矿用应急通信电缆和它的使用方法。具体来说，这种电缆采用轻质材料制成绳状，多根不绝缘的导线在绳内交织。一根或多根绝缘的导线也可以在绳内交织。
现有的营救陷于矿井下或受伤的矿工的技术，包括从地面或其他安全地域派出一个救援队设法营救他们。通常救援队员拖着一卷相当重的二芯绝缘电缆进入矿井。这种重的电缆，经过声能传声器将救援队与新鲜空气的基地联系起来，把电缆拖入矿内要消耗救援队员相当大的体力，而且如果救援队员在矿内遇到障碍物而救援队后退时，必须使电缆卷绕起来，以防止电缆缠绕或绊住。
格兰(Gallagher)电子有限公司是新西兰的一家企业，研制并已销售一种重量较轻的电缆。它包括一束合成纤维，其中多根不绝缘的不锈钢导线和铜导线与合成纤维相交织。这种轻质电缆用于限制牛、羊的电栅栏。一种类似的含有铝导线的产品则由加拿大投产使用。据发明者了解，这两种产品都没有用于通信方面。
一种利用无线电收发机与已有的矿用布线网络耦合的中频无线电通信系统由斯脱拉基克(L.G.Stolarczyk)和屈佛(R.L.Chufo)在一篇题为“矿井下的中频无线电通信系统”(1981年9月)的文章中作了介绍。在这篇文章中还讨论了以前的理论成就，如希尔(D.A.Hill)和维(J.R.Wait)在“应用物理”杂志第45卷第8期(1974年8月)所发表的论文“在环形坑道内传输线的单股和双股模式激励”，这篇论文讨述了在地下坑道内导线的低损耗信号传播模式。
本发明的一个目的在于提供一种重量较轻的矿用应急通信电缆。
本发明的另一个目的是这种矿用应急通讯电缆如在矿井中遇到障碍物时可以割断并重新连接。
本发明的另一目的是提供一种在矿井内进行长距离紧急通信的电缆。
本发明的另一目的是提供一种永久性的矿用应急通信系统的方法。
简单地说，矿用应急通信电缆的一个较佳实施例包括一种轻质材料，通常是一种合成纤维如尼龙、聚乙烯或凯夫拉(Kevlav)。多根不绝缘的小直径导线与合成纤维交织。至少一根绝缘的导线也与合成纤维交织以增加传输距离。至少两台无线电收发机，用一种磁性二极“调谐环”天线连结在收发机上以与电缆感应耦合。
应急电缆由救援队通过矿井通道时敷设，通常由背在一名救援队员身上的装置布设电缆。也可以在事故前在矿井内敷设电缆。至少一台无线电收发机在有新鲜空气的基地与电缆耦合，而救援队员至少带了一台无线电收发机，因此救援队员与有新鲜空气的基地之间建立了通信联络。
如果遇到了自然的障碍物如岩塌而影响营救时，可以将电缆割断并在其他处重新连接，连结的方法是将要连结的电缆简单地打一个结。
本发明的一个优点是，应急电缆重量较轻，易于运送。
本发明的另一优点是，应急电缆可以物理地和电气地割断和重接，不需要电气插头和插座就能进行电气的和物理连接。
本发明的另一优点是，可在矿井下进行长距离通信。
本发明的另一优点是，应急电缆可以永久地敷设于矿井内。
本发明的还有一优点是，物理装置可与电缆连接，以指示逃出矿井的路线。
在阅读了各附图中示出的较佳实施方案的详细说明后，本领域的普通技术人员，实现本发明的目的和优点显然是毫无疑问的。
图1是用于矿井下的应急通信电缆的示意图。
图2是本发明所述的应急通信电缆较佳实施方案的一段。
图3是沿图2的3-3线的一股电缆的横剖面图。
图4是本发明所述的应急通信电缆的一种替代实施方案中的一段电缆。
图5是图4中的一根绝缘线的横剖面图。
图6是长期敷设于矿井下的应急通信电缆的图例。
参见图1，它表示一座地下矿井10，它包括矿床12(堆积着煤、石块和其他类似物料)所限定的若干通道11。一根应急通信电缆14由一名救援队员16背着。电缆14由救援队员16身上配带的布缆装置18布缆。救援队员16身上还带着一个自给的呼吸器20和一个自带的无线电收发机22，收发机上连接天线24。
电缆14从有新鲜空气的基地26沿着通道11直至障碍物28(如岩塌)。电缆14在30这一点被切断，经重接装置32将它重新连接起来。
布缆装置可以是任何器械例如可转动的卷盘，它应适于布设拖绳如电缆14。无线电收发机22最好是小型中频(MF)的，它应能接收和发送频率为300-800千赫范围内的无线电信号。无线电收发机22也可以是低频的，能接收和发送频率为80-300千赫范围内的无线电信号。天线24最好是垂直调谐环状磁性二极天线，它能固定到救援队员16所穿衣服上的物体上。例如天线24可以是一根绕成矩形的线圈，固定到救援队员16衣服上的一对挂钩上。
有新鲜空气的基地26可能是矿井10的某一区域或矿井10外面的营救行动从那里开始的某一地点。基地无线电收发站34最好能接收和发送300-800千赫频率范围的无线电信号，但也可以是低频收发机。天线36最好是调谐环状磁性二极天线，这在技术上是已知的。天线用约1.5英寸宽、0.5英寸厚的柔性塑料条(例如聚碳酸脂塑料(Lexan))制造，并使其成为圆形环。圆环用置于塑料槽中的多芯李兹线绕七匝而成。绕完后，其露出的多芯线再用薄塑料条包覆。
重接装置32是可以将两根或多根电缆14连接起来的任何装置。但是完成重接电缆这一任务的一种非常方便的方法是将电缆14打成结，例如方形的结。
在较佳实施方案中，如图2所示电缆14是一种圆柱形绳状的构形。由多根纤维40和多股线38编织在一起构成了电缆14。纤维40由质轻强度高的物质如尼龙、聚氨脂、聚脂或凯夫拉(Kevlar)所组成，由一种型式的或多种型式的多根小直径的不绝缘的导电线42和纤维40交错卷绕。一根或多根绝缘的导电线44也包括在电缆14内。导电线42和44连续地延伸于电缆14的全部长度内。46是连接两根电缆14的结，如前所述，结46可以执行图1所示的重接手段(装置)32的功能。
电缆14应能在矿井环境下具有高可见性，例如在较佳的实施方案中，纤维40应染成黄色、红色或其他鲜艳的颜色，当有灯光照时，可与矿井底层对比。也可以将反光的或荧光的材料加入纤维40内。
图3是从图2的股线38沿3-3线切下的剖面图。可以看出，绝缘线44是由电气绝缘层50围绕的小直径导线48所构成。较佳的实施方案中，导线48是用的铜材，而不绝缘的导线42则是用两种不同的线材。某些导线42用不锈钢线，而另一些导线42则用镀锡铜线。导线42和48的直径范围为0.05至3.0毫米，其他的金属导体也可以用于导线42和48。每一股线38的直径“d”约为0.10厘米至0.20厘米。在本较佳实施方案中，则电缆14的相应直径约为0.3-0.6厘米。
图4所示为扁平构形的电缆54，它是代替电缆14的另一实施方案。在电缆54中，第一束纤维56与第二束纤维58交织，因而在部分长度中互相垂直。一束不绝缘的小直径金属导线60延伸于电缆54的整个长度，它与纤维56平行，而与纤维56和58交织。一根或多根绝缘线62也包括在电缆54内。电线62连续地延伸于电缆54的整个长度而与纤维56和导线60平行，而与纤维56和58交织。电缆54的扁平结构的宽度W约为1.2厘米。
图5是一根绝缘线62的剖面图，小直径的金属导线外面覆有电气绝缘层66。
电缆54中的电线60和62分别与电缆14中的电线42和44类似(见图2)，因此，电线60和62的尺寸和组织也分别与电线42和44一样。此外，同样的组织和颜色的要求可适用于电缆14和54。如前所述，电缆14和54(不包括绝缘线44和62)是由新西兰哈密尔顿的格兰(Gallagher)电子有限公司生产的。
图6所示为矿井70，矿用应急电缆14装置于序号为72的多个墙壁上，其高度应能使试图跑出矿井的矿工容易接触到。电缆14悬挂于墙壁72上形成一个大圈。
墙壁72邻接一个进入通道74和一个返回通道76。按美国矿业法的要求，进入通道74和返回通道76交叉处应予隔开，例如用砖砌的墙78。这样，电缆14在墙78处被物理切断，在靠近墙壁78处电缆14的两端形成了一对线圈80。
一对基地站无线电收发机82经天线84与电缆14耦合，无线电收发机和天线84的规范分别与图1的基地站收发机34和天线36一样。收发机82中的一台靠近进入通道的入口86，而另一台收发机82则靠近返回通道的入口88。一对相隔较远的声频装置90位于矿井70的外面，能与收发机82电气连接。
若干物理指示装置92与电缆14相连。装置92能物理指示有关矿井逃出路线的信息(以数字、文字或其他信号的形式)，这些信息可能是距地面的距离、方向或可以替代的逃出路线的位置或通气口。
图1所示矿用应急电缆14的功能概述于下。矿井救援过程中，按救援程序由救援队员16从有新鲜空气的基地26将电缆14挂在身上。磁性二极天线如24和36与电缆14感应耦合，并在附近的导线如图2的不绝缘导线42和绝缘线44内激励发出强的单线电流。这样电缆14执行着输电线的功能，使无线电收发机22和34之间可以进行无线电通信。
如果电缆14破裂或被割断，如在图1的点30处，将电缆14的两端捆在一起，使导线42的两端彼此靠近，容许发生感应耦合，这样不绝缘导线能使电缆14迅速恢复作用。例如在电缆14上打结46，可以当作图1中的重结装置32。导线42的不锈钢线有助于感应耦合，而其中的镀锡铜线则有助于信号的传播。导线42最好采用不易与其他材料反应的导电金属如不锈钢或合金(如镀锡铜)等，以经受高化学反应的矿井环境。
在电线42和44中感应的电流在电缆14内每一根电气导体内流向相同(单线模式)。返回电流经过矿井10周围的导电性能极弱的岩石，信号能量损失很大，无线电通信虽然可能进行，但它的距离受到限制。
导线返回电流有助于无线电信号传播的低损耗双线传播模式，增加可用无线电通信的距离。如果改变电线42和44的特性阻抗(波阻抗)，信号传播模式可从单线转变为双线传播模式，例如，可以通过改变电线42和44之间的间距来达到阻抗变化。特性阻抗的改变会发生反射波，它能导致部分波能返转并沿着电缆逆向转播。这就形成了双线信号传播模式。
绝缘线44比不绝缘的导线42能更有效地促进双线传播模式的形成。这样，在电缆14中包括绝缘线44能使无线电通信的距离大于2000英尺。
如果矿用应急电缆制成如图4所示的扁平带式电缆54，不绝缘的导线60和绝缘线62有助于在短距离内实现双线传播模式。然而，如果矿用应急电缆是如图2所示的圆柱形绳状构形的电缆14，则某些不绝缘的导线42在某一段发生短路是可能的。这样就阻碍了这一段电缆的双线传播。由于电缆14中包括绝缘线44，因此可以保证双线传播模式的实现。在扁平带式电缆54中，绝缘线62给双线传播模式提供了一个重复的模式。
图6表示电缆14的另一种应用。一般的煤矿都有入口，如返回通道76，它被指定为逃出通道。电缆14可能永久性地悬挂于通道76和74中容易接触的高度，以使矿工能使用它作为“救生索”。如通道76和74发生充满烟气的事故时，矿工们就能摸索离开矿井的出路。每隔一段适当的距离，物理指示装置可以连接电缆14以指示如逃出矿井70的方向、自给呼吸装置的位置或替代的逃出路线等信息。
随身携带无线电收发机22和天线24的矿工(见图1)可经过图6的电缆14与收发机82联系。声频装置90可以让人在矿井70外监控通信。电缆14可以敷设成环形大圈，它即使割断也不会完全破坏电缆14的通信能力。线圈80在隔墙78的两侧，它尽管为墙78所隔开，但仍能使感应的信号耦合。
虽然本发明已按目前较佳的实施方案作了描述，应该理解到所揭示的内容不能认为是受到限制。对本领域的技术人员来说，阅读了上述说明书后，不同的替代方案和修改方案都是显而易见的。相应地，所附的权利要求包括了属于本发明精神实质和范围的所有替代方案和修改方案。
权利要求
1.一种矿用救援电缆包括由高强度的轻质材料的至少一股线束组成的一根绳状物。多根不绝缘导线与高强度轻质材料相交织，不绝缘的导线连续地贯穿于矿用救援电缆的整个长度；和至少一根绝缘的导线与高强度轻质材料交织，绝缘线连续地贯穿于矿用救援电缆的整个长度。
2.按照权利要求1的矿用应急电缆其特征在于，高强度轻质材料包括一种合成材料。
3.按照权利要求2的矿用救援电缆，其特征在于，所述的合成材料包括尼龙。
4.按照权利要求2的矿用救援电缆，其特征在于，所述的合成材料包括凯夫拉(Kevlar)。
5.按照权利要求2的矿用救援电缆，其特征在于，所述合成材料包括聚乙烯。
6.按照权利要求1的矿用救援电缆其特征在于，不绝缘的导线包括不锈钢。
7.按照权利要求1的矿用救援电缆其特征在于，不绝缘的导线包括镀锡铜。
8.按照权利要求1的矿用救援电缆其特征在于，不绝缘的导线包括至少一根不锈钢线和至少一根镀锡铜线。
9.按照权利要求1的矿用救援电缆其特征在于，绝缘线中包括铜。
10.按照权利要求1的矿用应急电缆其特征在于，电缆的颜色是高可见性的颜色。
11.一个矿用救援系统包括一根轻质的绳向矿井内延伸一段距离，这根绳包括多根不绝缘的导线在绳内交织，该不绝缘导线连续地贯穿于绳的整个长度;和至少两台无线电收发机与轻质的绳感应耦合。
12.按照权利要求11的矿用救援系统还包括至少两根天线使无线电收发机与轻质绳耦合。
13.按照权利要求11的矿用救援系统还包括至少一根绝缘导线交织于绳内，该不绝缘导线连续地贯穿于绳的整个长度。
14.按照权利要求11的矿用救援系统其特征在于，无线电收发机为中频收发机。
15.按照权利要求11的矿用救援系统其特征在于，无线电收发机为低频收发机。
16.按照权利要求11的矿用救援系统其特征在于，绳包括至少一股合成材料线束。
17.按照权利要求11的矿用救援系统其特征在于，不绝缘的金属线包括镀锡铜。
18.按照权利要求11的矿用救援系统其特征在于，不绝缘的金属线包括不锈钢。
19.按照权利要求11的矿用救援系统其特征在于，不绝缘的导线包括至少一根不锈钢线和至少一根镀锡铜线。
20.按照权利要求11的矿用救援系统其特征在于，绳染成高可见性的颜色。
21.按照权利要求11的矿用救援系统还包括至少一根磁性二极天线与一台无线电收发机电气连接，以使收发机与轻质绳耦合。
22.按照权利要求20的矿用救援系统其特征在于，至少一根磁性二极天线包括第一个用聚碳酸脂材料带制成的环路，用多芯的李兹线的线匝绕于所述环上，第二根聚碳酸脂带则用于包覆所述显露的李兹线。
23.按照权利要求13的矿用救援系统其特征在于，绝缘线包括铜。
24.一种在矿井救援队和新鲜空气基地之间进行通信的方法包括a，设立一个有新鲜空气的基地;b，向矿井派出机动救援队;c，救援队员布设第一段轻质绳，绳包含多根小直径的不绝缘导线，所以轻质绳从救援队员延伸至有新鲜空气的基地;和d，至少两台无线电收发机与轻质绳耦合，这样救援队员与有新鲜空气的基地之间就建立了无线电通信的联络。
25.按照权利要求24的方法还包括a、当救援队员遇到障碍时割断第一段轻质绳;b、将第二段轻质绳与第一段轻质绳连结。
26.按照权利要求25的方法其特征在于，用打结的方法将第二段轻质绳与第一段轻质绳连接。
27.按照权利要求24的方法还包括a、第一段轻质绳内包括单线和双线无线电信号。
28.在矿井中建立应急通信系统的方法包括a，将一根包括多根小直径不绝缘导线(它贯穿于整个绳的长度)的轻质绳敷设于若干矿井通道的顶部形成一个大圈，其范围应是矿工在经过矿井通道时能达到的地方;和b，至少有两台无线电收发机与所述的绳耦合，这样就可以在两台无线电收发机之间建立无线电通信联系。
29.按照权利要求28的方法还包括a，将指示逃出信息的物理装置连到所述的绳上。
30.按照权利要求28的方法还包括a，至少使绳有一处断开以形成一对松开的端部;和b，将一对松开的线端绕成线圈，这样这一对线端之间可以建立无线电频率信号耦合。
全文摘要
一种矿用应急电缆和其使用方法。这种电缆包括一束颜色鲜艳的、高强度轻质合成纤维、多根不绝缘的镀锡铜线和不锈钢线以及至少一根绝缘铜线与合成纤维交织。至少两台无线电收发机与电缆感应耦合建立无线电通信联络。不绝缘的导线可以使两根电缆用打结的方法连结。绝缘线有助于双线无线电通信模式，因而增加了通信距离。电缆也能执行实质上的导向作用，矿工在紧急情况时能顺着它到达安全地点。
文档编号H04B13/02GK1033896SQ88107810
公开日1989年7月12日 申请日期1988年11月17日 优先权日1987年11月17日
发明者拉里·G·斯托拉齐克 申请人:斯托拉尔公司