礦井通信系統(tǒng)的組合應用分析

【摘要】本文根據(jù)煤礦行業(yè)對通信產(chǎn)品的要求，介紹了目前煤礦使用的幾種通信系統(tǒng)，產(chǎn)品功能、特點和應用環(huán)境。說明了井下使用兩套通信系統(tǒng)的原因和規(guī)劃，并分析了其在井下布置位置和方式及使用分析。

【關鍵詞】井下無線通信；WLAN；自動化

引言

礦井通信系統(tǒng)作為礦井生產(chǎn)安全重要裝備，在井下生產(chǎn)中扮演者越來越重要的角色，隨著目前通信技術的快速發(fā)展，出現(xiàn)了眾多新的通信系統(tǒng)。選擇一種適合煤礦井下特殊環(huán)境的無線通信系統(tǒng)，對于實現(xiàn)井下生產(chǎn)及調(diào)度高效性和安全性，提高企業(yè)的信息化和自動化水平起著至關重要的作用。

1.煤礦行業(yè)對通信產(chǎn)品的要求

1.1 特性方面

煤礦井下環(huán)境特殊，適用于井下的通信系統(tǒng)有以下幾個特點：井下空間狹小，可供布置設備空間有限，所以產(chǎn)品體積必須小，重量輕。井下有瓦斯危險性，通信產(chǎn)品須經(jīng)過防爆認證。井下濕度大，粉塵濃度高，通信產(chǎn)品必須嚴格滿足防水、防塵、耐腐蝕的要求。由于產(chǎn)品可能布置于機電硐室內(nèi)，與強電設備距離較近，故抗電磁干擾能力要強。

1.2 功能方面

煤礦領導通過該系統(tǒng)及時了解井下人員及生產(chǎn)的情況，通過調(diào)度系統(tǒng)下達命令。井下人員通過通信系統(tǒng)及時向上級領導匯報現(xiàn)場情況，執(zhí)行命令及處理問題。災害發(fā)生時，根據(jù)地面指示及時疏散人員與組織搶險救援等。

2.現(xiàn)階段主要井下通信系統(tǒng)特點

目前現(xiàn)階段井下主要移動通信系統(tǒng)主要有：

2.1 有線通信

作為礦井最基本通信方式，通話質(zhì)量好，安全穩(wěn)定，同時也作為六大系統(tǒng)所要求的通信系統(tǒng)。設備簡單可靠。

2.2 無線通信

（1）小靈通（PHS）：是固定電話的延伸，現(xiàn)階段我國煤礦使用廣泛，主要用于已建成礦井及老礦井。以語音通信為主，數(shù)據(jù)業(yè)務差，系統(tǒng)容量小，功能單一，主要用于語音通信，但對于數(shù)據(jù)傳輸較為困難，其未來因政策問題面臨頻率被取消的可能。

（2）WIFI（無線局域網(wǎng)）：基于標準的工業(yè)以太網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡，采用TCP/IP、WiFi、SHDSL等協(xié)議的通信系統(tǒng)，較為成熟，支持廠家多，應用廣泛，價格適中。語音數(shù)據(jù)業(yè)務均可提供，系統(tǒng)容量大，通用化高，價格相對低廉；語音質(zhì)量一般，保密性差。可與其他系統(tǒng)以太網(wǎng)絡共用鏈路。

主要技術參數(shù)：工作頻段2.4GHz；用戶容量2000個；基站覆蓋范圍；100-500m。

（3）CDMA（碼分多址）：礦用產(chǎn)品標準包括CDMA（2.5G）TD-SCDMA、WCDMA（3G）。道綜合使用頻分和碼分多址技術，抗干擾能力強，低功率譜密度。該系統(tǒng)支持廠家較多，應用較為廣泛。價格比WIFI略貴。語音數(shù)據(jù)業(yè)務均可提供，系統(tǒng)容量較大，通信質(zhì)量好，價格較高。

主要技術參數(shù)：載波帶寬1.25MHz；PN碼片速率1.2288Mc/s；用戶容量1000個；基站信號覆蓋范圍600-800m。

（4）4G無線通信系統(tǒng)：新一代高速率通信系統(tǒng)，支持超過5MHz信號帶寬，技術先進，是無線通信系統(tǒng)未來發(fā)展方向，目前沒有礦用型號，未來有望取代現(xiàn)礦用3G產(chǎn)品。

3.井下兩套通信系統(tǒng)的應用分析

目前礦井井下通信系統(tǒng)使用3G或者WIFI用于井下環(huán)境，基本能滿足井下語音通信的要求，但隨著我國礦井自動化信息化水平不斷提高，新建的大型礦井逐漸開始考慮井下少人或無人工作面開采，目前井下生產(chǎn)部分崗位已實現(xiàn)無人值守，無人/少人化工作面試未來工作面發(fā)展方向，這就需要在井下工作面、巷道等布置大量不知無線傳感器，輔助采煤機及運輸設備協(xié)通過工作。由于井下物聯(lián)網(wǎng)的逐步實現(xiàn)，包括無人化工作面將在采煤機、刮板輸送機、順槽膠帶輸送機上使用大量無線傳感器作為采集狀態(tài)參量的裝置，需要在采面布置工業(yè)以太網(wǎng)絡，但由于工作面本身環(huán)境及經(jīng)常移動所限，不易過多布置固定敷設的傳感器及電纜，所以可采用WLAN網(wǎng)絡作為無人化工作面的主要或者輔助生產(chǎn)網(wǎng)絡。

未來礦井需完善物流配送系統(tǒng)，從物料采購到倉儲再到運輸全過程均需要監(jiān)控。地面車輛運送出庫入庫，井下機車運送物料配送過程的全程路線狀態(tài)的監(jiān)控等，（未來向著井下無人化運輸方向發(fā)展）

同時可將現(xiàn)有一些使用無線系統(tǒng)的監(jiān)控子系統(tǒng)納入WLAN系統(tǒng)，如井下無軌膠輪車監(jiān)控、人員定位燈系統(tǒng)等。

故在井上下除需要自動化環(huán)網(wǎng)（主要負責生產(chǎn)、安全監(jiān)控）、3G/4G無線網(wǎng)絡（主要負責調(diào)度通信、個人業(yè)務等）還需要一個專門服務于井下物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡。在這種情況下，WLAN系統(tǒng)可以很好的作為以上幾種網(wǎng)絡的補充。

WLAN作為井下物聯(lián)網(wǎng)的主要傳輸通道，可將井下無線傳感器、射頻設備以及由于安裝位置所限不易布線的傳感器等均接入井下無線網(wǎng)絡，同時確保與其他生產(chǎn)、輔助、安全系統(tǒng)各不相互干擾。

目前井下無線通信網(wǎng)絡主要是WIFI、2G/3G居多。4G移動通信系統(tǒng)正在開發(fā)階段，不久就會有相應產(chǎn)品投入使用。

目前陜煤集團小保當?shù)V井井下通信系統(tǒng)規(guī)劃方案采用4G+wifi規(guī)劃。其4G系統(tǒng)主要為語音及人員定位使用，wifi系統(tǒng)作為井下物聯(lián)網(wǎng)的主要傳輸通道。其井下無人化工作面中，刮板輸送機，智能帶式輸送機所需要的無線傳感器預留備用通道。還有井下全程物流配送系統(tǒng)等。

4.井下通信系統(tǒng)的布置與使用

由地面主機至井下基站的通信干線采用礦用阻燃光纜傳輸，可以通過井下工業(yè)自動化環(huán)網(wǎng)用以太網(wǎng)方式傳輸或者直接通過下井光纜傳輸。前者容易實現(xiàn)綜合運行與管理，但由于井下工業(yè)自動化環(huán)網(wǎng)是一個集監(jiān)控、通信、自動化于一體的綜合傳輸平臺，其Qos質(zhì)量較傳統(tǒng)的專用傳輸通道要低，可能會因為總帶寬有限，礦井擴建后傳輸業(yè)務量持續(xù)增加，突發(fā)傳輸業(yè)務量高等原因造成臨時通信的延時或質(zhì)量下降。后者為傳統(tǒng)傳輸方式，通過獨立光纖傳至井下，成為一個獨立的系統(tǒng)，不受未來擴建或突發(fā)業(yè)務量變化的影響，與地面?zhèn)鬏敺绞较嗤?，抗干擾性、可靠性顯著提高。

井下設備的布置：在井下主要膠帶運輸巷道及輔助運輸巷道沿線設置基站。井下主要變電所內(nèi)設置基站，采面可設置基站。

若井下巷道內(nèi)有較大緊急避難硐室，信號不易覆蓋到時，可以單獨在硐室內(nèi)設置基站。

井下本安基站供電電源127V，變電所中基站可由隔爆照明綜保供電。巷道內(nèi)或硐室內(nèi)基站由就近大巷照明用綜保供電。

在采區(qū)布置基站時，理論上信號雖可以覆蓋到整個采面，但由于目前工作面長度一般都在幾公里少則也有1公里，其供電電纜由于電壓所限，不能全部由變電所直接供電，部分基站需要由采面設備直接提供127V電源（照明綜?；蛘呓M合開關均可提供）。但由于煤礦井下可能會存在瓦斯超限的問題，一旦瓦斯?jié)舛瘸^一定值（1.5%），井下安全監(jiān)控系統(tǒng)會切斷采區(qū)內(nèi)全部非本質(zhì)安全型設備，基站會失電，只能靠自身配有的電池持續(xù)一段時間，不能保證井下通信連續(xù)及可靠性，所以只能將基站布置在采區(qū)入口處，可由采區(qū)變電所提供電源。信號可以覆蓋采區(qū)幾百米左右，在這種情況下深入采區(qū)部分只能由有線通信與之相互配合。

在工業(yè)場地內(nèi)可采用蜂窩網(wǎng)絡全向天線覆蓋，巷道內(nèi)可以采用帶狀網(wǎng)絡覆蓋，采用定向天線。

此外可以利用通信終端使井下無線通信與井下人員定位完美融合，移動終端作為無線通信系統(tǒng)的獨立接收單元，本身就具備無線定位功能，可以準確地將井下各區(qū)域的人員動態(tài)位置情況實時準確的傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心。

5.結(jié)語

井下wLAN與3G/4G網(wǎng)絡的配合使用系統(tǒng)可以提供較大系統(tǒng)容量和優(yōu)秀通信質(zhì)量，并可提供語音、數(shù)據(jù)、圖像、視頻、人員定位等多種業(yè)務，完全符合煤礦井下特殊環(huán)境對通信系統(tǒng)的要求，也符合當前通信技術發(fā)展的主流趨勢，其應用對于礦井通信的建設與發(fā)展具有重要的意義。

參考文獻

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[2]王安義，劉麗君，等.TD-SCDMA技術在煤炭行業(yè)中的應用分析[J].工礦自動化，2011（10）.

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作者簡介：田心（1981—），男，北京人，大學本科，工程師，主要從事煤礦電氣自動化、通信方面工程設計工作。