無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在正佳煤業(yè)井下應(yīng)用

陰晉峰，高 穎

（1.山西汾西正佳煤業(yè)責(zé)任有限公司，山西 臨汾 041300；2.山西汾西礦業(yè)集團(tuán)技術(shù)中心，山西 介休 032000）

隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展的時(shí)代，人們的生產(chǎn)、生活越來(lái)越離不開(kāi)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，互聯(lián)網(wǎng)也確實(shí)給生產(chǎn)、生活帶來(lái)了更多便捷的服務(wù)，簡(jiǎn)單到原來(lái)的信息傳遞需要幾天甚至幾個(gè)月的時(shí)間，現(xiàn)在僅僅需要幾秒鐘就可以實(shí)現(xiàn)，大的到整組的大型設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制，監(jiān)測(cè)，遙控檢修、維護(hù)等等。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)正通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與大數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的方式，進(jìn)行合理決策，從而更高效地發(fā)揮出各種設(shè)備的潛能，最大程度地提高生產(chǎn)效率，節(jié)省成本，推動(dòng)設(shè)備技術(shù)的升級(jí)，提高效益。

1 目前煤礦井下無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

由于煤礦井下環(huán)境的特殊性，巷道分布廣，干擾源多，阻礙了無(wú)線通訊在井下的發(fā)展。早期煤礦井下的通信以有線傳輸方式為主，但是隨著無(wú)線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，煤礦井下無(wú)線通信技術(shù)也隨之快速發(fā)展。

煤礦無(wú)線通訊在經(jīng)歷了初期的超低頻透地通信、中頻感應(yīng)通信、漏泄通信；中期的小靈通無(wú)線通訊方式后，現(xiàn)階段的煤礦無(wú)線通信方式主要以WIFI通信為主。WIFI是基于（IEEE）802.11標(biāo)準(zhǔn)的一種無(wú)線通信技術(shù)，使用2.4 GHz直接序列擴(kuò)頻，最大傳輸速率為54 bit/s，并可根據(jù)信號(hào)強(qiáng)弱把傳輸速率調(diào)整為5.5 bit/s、2 bit/s、1 bit/s，在2.4 GHz頻段上免許可，具有更寬的帶寬、更強(qiáng)的射頻信號(hào)、更低的功耗、更低的成本等特點(diǎn)。由于WIFI技術(shù)已多年應(yīng)用在地面的短距離無(wú)線通訊，技術(shù)更加成熟可靠，而WIFI協(xié)議本身對(duì)設(shè)備功率有所限制，可以將相關(guān)設(shè)備，按照符合煤礦安全要求的本質(zhì)安全型設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)，而且使井下無(wú)線通訊不局限于在窄頻范圍，從而將無(wú)線通訊方式應(yīng)用到更廣泛的方面。

2 構(gòu)思及實(shí)現(xiàn)原理

正佳煤業(yè)于2014年安裝了KT33型無(wú)線通訊系統(tǒng)（包括無(wú)線通訊DEll420服務(wù)器、無(wú)線通訊數(shù)字網(wǎng)關(guān)、無(wú)線通訊模擬網(wǎng)關(guān)、無(wú)線通訊交換機(jī)），其中在地面使用3個(gè)大基站（包含基站支架、POE電源、避雷針、天線）（室外型）安裝于正佳聯(lián)建樓、主斜井、生活區(qū)等地區(qū)，通過(guò)光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。（辦公樓、活動(dòng)中心、職工公寓等樓層內(nèi)無(wú)線覆蓋不到的區(qū)域，加裝室內(nèi)基站以便達(dá)到無(wú)線全覆蓋），通過(guò)網(wǎng)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸（距離較遠(yuǎn)的地方通過(guò)光轉(zhuǎn)電進(jìn)行傳輸），基站配用大增益的全向天線或定向天線。井下使用礦用隔爆型兼本質(zhì)安全型基站KT27-F，井下多為輻射性巷道，因此采用礦用基站加定向天線方式進(jìn)行覆蓋，覆蓋范圍包括井下主斜井、副斜井、總軌道巷、變電所、軌道大巷、運(yùn)輸大巷、回風(fēng)大巷、2101工作面順槽、2109掘進(jìn)工作面順槽等區(qū)域，考慮到各作業(yè)場(chǎng)所的人員集中度高、通話量較大，并以單KT27-F基站覆蓋400米為依據(jù)，，共需要安裝23臺(tái)KT27-F基站，井下基站統(tǒng)一通過(guò)光纖傳輸數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)井下磨砂交換機(jī)傳回地面機(jī)房，做到了全井下無(wú)線覆蓋，井下信號(hào)覆蓋區(qū)域的所有人員可以通過(guò)移動(dòng)電話與上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)部門(mén)、地面調(diào)度中心、井下作業(yè)人員等及時(shí)進(jìn)行移動(dòng)通信，地面調(diào)度中心也可以及時(shí)與井下作業(yè)人員進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)，確保指揮信息及時(shí)被下達(dá)、緊急信息及時(shí)向上級(jí)匯報(bào)、多區(qū)域作業(yè)信息同步，更好地提高作業(yè)人員的工作效率。

在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)KT33型礦用無(wú)線通信系統(tǒng)基站內(nèi)置的無(wú)線發(fā)射模塊可以實(shí)現(xiàn)工作在5 GHz頻段的IEEE802.11a傳輸標(biāo)準(zhǔn)和工作在 2.4 GHz頻段的 IEEE802.11 b和 802.11 g的WLAN傳輸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線橋接。而此頻段又正好為工作網(wǎng)絡(luò)的頻段標(biāo)準(zhǔn)，故考慮把無(wú)線通信系統(tǒng)與工作網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相結(jié)合從而實(shí)現(xiàn)工作網(wǎng)絡(luò)的所有功能，見(jiàn)圖1。

圖1 插入原理

接通后，可以基本實(shí)現(xiàn)同井下移動(dòng)通訊設(shè)施同樣的功能：視頻聊天、上網(wǎng)、井上、井下通訊等等。

3 現(xiàn)場(chǎng)使用情況及優(yōu)缺點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)使用圖片：

通過(guò)近幾年的現(xiàn)場(chǎng)使用及對(duì)使用中的出現(xiàn)問(wèn)題的分析解決，對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)如下：

優(yōu)點(diǎn)：

（1）可以利用KT167A-S礦用本安型手機(jī)(礦用4G手機(jī))通過(guò)微信等聊天工具實(shí)現(xiàn)井上、下視頻聊天（視頻會(huì)議）。

（2）可以在井下發(fā)生設(shè)備故障時(shí)通過(guò)聊天工具直接聯(lián)系廠家，面對(duì)面解決問(wèn)題（后期可以考慮把電信信號(hào)接入井下，實(shí)現(xiàn)井上下通話）。

（3）可以通過(guò)井下現(xiàn)場(chǎng)工作人員視頻工具了解最真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)情況，以便待下井人員可以更好的做好準(zhǔn)備，更快更好的解決問(wèn)題。

（4）性?xún)r(jià)比高。利用現(xiàn)有的安全監(jiān)控六大系統(tǒng)里的無(wú)線通訊系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)，不需要另購(gòu)買(mǎi)設(shè)備（另行購(gòu)買(mǎi)設(shè)備價(jià)格大約50萬(wàn)元左右）。

（5）可以隨時(shí)隨地了解井下生產(chǎn)情況（前提是主要場(chǎng)所主要人員配備礦用4G手機(jī)）。

（6）實(shí)現(xiàn)井上、下集群視頻通信。

缺點(diǎn)：

（1）可以通過(guò)井下礦用4G手機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)聊天、瀏覽網(wǎng)頁(yè)等活動(dòng)，影響正常上班（解決辦法為進(jìn)行MAC地址綁定，限制部分功能）。

（2）井下燈光差的地方會(huì)視頻模糊、看不清（解決辦法為加強(qiáng)礦井重要場(chǎng)所（地點(diǎn)）的照明）。

（3）必須配合礦用4G手機(jī)才能發(fā)揮最佳作用（短期采購(gòu)、長(zhǎng)期受益）。

4 應(yīng)用前景及擴(kuò)展情況

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤礦發(fā)展已從粗放型管理向信息化管理轉(zhuǎn)換，對(duì)信息要求也越來(lái)越高，考慮到現(xiàn)階段煤礦企業(yè)全國(guó)推廣煤礦安全避險(xiǎn)六大系統(tǒng)的形式和中國(guó)煤礦企業(yè)日趨現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢(shì)，利用礦安全避險(xiǎn)六大系統(tǒng)中的井下無(wú)線通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的井下WIFI覆蓋，一定會(huì)有很大的應(yīng)用前景。

1）利用礦用4G手機(jī)實(shí)現(xiàn)人員定位，從而淘汰人員定位系統(tǒng)。一套人員定位系統(tǒng)的價(jià)格大約在50萬(wàn)元～80萬(wàn)元之間。

2）利用無(wú)線覆蓋功能實(shí)現(xiàn)井下動(dòng)態(tài)視頻傳輸，節(jié)省井下工業(yè)視頻系統(tǒng)材料費(fèi)用。一套井下工業(yè)視頻系統(tǒng)的價(jià)格大約在70萬(wàn)元左右。

3）可以與通信公司合作把手機(jī)信號(hào)傳輸至井下，實(shí)現(xiàn)人員定位、無(wú)線通訊、調(diào)度通訊，廣播的全部功能。一套通訊系統(tǒng)的價(jià)格大約在50萬(wàn)元左右，廣播系統(tǒng)的價(jià)格也在50萬(wàn)元左右。

4）利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)合4G手機(jī)，解決井下無(wú)線集群通信。

5）通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)定位、移動(dòng)視頻等功能，將安全生產(chǎn)管理與實(shí)時(shí)過(guò)程控制進(jìn)行便捷的信息交換和緊密集成。

5 結(jié)語(yǔ)

利用無(wú)線通信系統(tǒng)改造實(shí)現(xiàn)的井下WIFI，不僅可以滿足平時(shí)的通信需要，而且還能保障井下在發(fā)生事故、設(shè)備故障時(shí)第一時(shí)間通過(guò)視頻了解現(xiàn)場(chǎng)情況，從而更好、更便捷的為礦井服務(wù)。加之它所涉及的信息化建設(shè)是一種開(kāi)放的、可伸縮的平臺(tái)，其開(kāi)發(fā)應(yīng)用的潛力是非常巨大的。

〔1〕毛玉明，等.802.11無(wú)線局域網(wǎng)組網(wǎng)方式與移動(dòng)性分析[J].電信技術(shù)，2003（10）.

〔2〕文光斌.無(wú)線局域網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用[J].互聯(lián)網(wǎng)世界，2001（5）.

〔3〕程德強(qiáng)，劉 偉，錢(qián)建生.礦井無(wú)線通信技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)，工礦自動(dòng)化，2007（5）.

〔4〕雷 燕.小靈通無(wú)線通信系統(tǒng)在煤礦井下的應(yīng)用，煤礦機(jī)械，2006，27（1）.

〔5〕王凱敏，曾永華，顧義東.基于CDMA技術(shù)的礦井無(wú)線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，工礦自動(dòng)化，2008（4）.