霍爾辛赫煤礦通信網(wǎng)絡(luò)改造優(yōu)化方案的研究

暴 晶

(山西霍爾辛赫煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長治 046600）

智慧礦山是以礦山系統(tǒng)為原型，以現(xiàn)代手機(jī)應(yīng)用技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支撐，建立起的基于移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的手機(jī)應(yīng)用程序，可用多媒體和模擬仿真參數(shù)技術(shù)進(jìn)行多維的表達(dá)，可以實(shí)現(xiàn)礦山的安全生產(chǎn)管理一體化，全面實(shí)現(xiàn)對礦山可知、可見、可控、可管的狀態(tài)。煤礦通信網(wǎng)絡(luò)具有實(shí)現(xiàn)煤礦通信、調(diào)、控制及信息采集的功能，是當(dāng)前智慧礦山系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?；魻栃梁彰旱V自主開發(fā)的智慧礦山APP已在2017年3月上線，試運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)煤礦的無線通信網(wǎng)絡(luò)在井下信號不足，無法滿足智慧礦山APP的運(yùn)行，需要采用4G無線通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能的優(yōu)化。

1 煤礦用無線通信技術(shù)的應(yīng)用分析

煤礦用無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)經(jīng)過了多個(gè)階段，從最初的小靈通無線通信系統(tǒng)、WIFI無線通信系統(tǒng)、3G無線通信系統(tǒng)，到當(dāng)前基于TD- LTE通信技術(shù)的4G無線通信系統(tǒng)。當(dāng)前煤礦信息化、智能化和移動(dòng)性需要4G無線通信系統(tǒng)來滿足語音通信、井下視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控、地質(zhì)構(gòu)造監(jiān)測、巷道數(shù)據(jù)采集、礦井應(yīng)急救援等方面的需要。

當(dāng)前基于TD- LTE通信技術(shù)的4G無線通信系統(tǒng)實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸速率在很多情況下高于ADSL固定的可用數(shù)據(jù)傳輸速率。4G-LTE部署了多種不同的帶寬，大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)使用5-20MHz的帶寬，以提高其速率。4G-LTE網(wǎng)絡(luò)能夠提供通信往返時(shí)間在10-20ms，4G-LTE系統(tǒng)支持整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的移動(dòng)性，包括4G-LTE帶內(nèi)的無縫切換和與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)間的異頻切換。4G-LTE網(wǎng)絡(luò)通過使用不連續(xù)的接收和發(fā)送｛DRX/DTX）來優(yōu)化終端功耗。4G-LTE簡單的網(wǎng)絡(luò)部署需求也給運(yùn)營商帶來了優(yōu)勢。SON使得網(wǎng)絡(luò)配置和優(yōu)化更簡單，保證了更快、更高效的網(wǎng)絡(luò)部署。4G-LTE支持多種不同的頻帶，以滿足全球所有運(yùn)營商的需求。總的來講，4G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)勢主要有以下幾點(diǎn)：通信速率高，可達(dá)3G網(wǎng)絡(luò)的幾十倍；頻譜效率高，相比3G網(wǎng)絡(luò)有很大的改善；延遲低，單向傳輸時(shí)延時(shí)控制在5ms內(nèi)；融合性與靈活性都非常好。從其優(yōu)點(diǎn)來看，是非常滿足當(dāng)前煤礦智慧礦山系統(tǒng)中的無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的要求的。

2 霍爾辛赫煤礦4G無線通信技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式

2.1 霍爾辛赫煤礦煤礦井下4G無線通信系統(tǒng)組成

根據(jù)霍爾辛赫煤礦的現(xiàn)狀以及智慧礦山APP軟件應(yīng)用的需求，對4G無線通信系統(tǒng)的布置情況如圖1所示。

圖1 霍爾辛赫煤礦4G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置示意圖

霍爾辛赫煤礦4G無線通信系統(tǒng)主要由北京唐柏通訊技術(shù)有限公司提供，其KT319礦用無線通信系統(tǒng)已獲得煤安認(rèn)證。如圖1所示，霍爾辛赫煤礦4G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由3部分組成：（1）地面調(diào)度系統(tǒng)（主要是對講機(jī)房和信息控制中心）：主要包括KT319- eSCN230核心網(wǎng)和K T319-eOMC網(wǎng)管服務(wù)器。（2）無線接入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（地面覆蓋）：KT319-J地面用信息傳輸接口（BBU）和KT319-F1礦用隔爆兼本安型基站（C PE）。（3）煤礦用終端：KT319-F2礦用隔爆兼本安型數(shù)據(jù)傳輸分站（CPE），KT319-S礦用本安型手機(jī)，KBA127W礦用隔爆兼本安型無線攝像儀（其自帶TD-LTE數(shù)據(jù)模塊可以高增益定向天線實(shí)現(xiàn)全無線傳輸）。

2.2 井下綜采工作面4G通信系統(tǒng)布置方案

霍爾辛赫煤礦3207工作面主要位于3#煤層，采用的工藝為一次采全高，當(dāng)前采長250m，采高6.4m，順槽長度為1200m，設(shè)計(jì)開采工作面的4G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基站布置如圖2。

綜采3207工作面井下共布置3臺基站，分別在供液列車機(jī)頭處、操控列車處、綜采工作面機(jī)頭處，其主要目的是為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸順槽至綜采工作面的4G無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋。另外還在井下3207工作面安裝3臺無線高清攝像儀，主要用來對破碎機(jī)、機(jī)頭和機(jī)尾三角煤處進(jìn)行監(jiān)控，并將相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳送到地面控制中心。

圖2 霍爾辛赫煤礦4G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置示意圖

3 4G無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)的功能分析

霍爾辛赫煤礦智慧礦山系統(tǒng)全面采用4G無線通信系統(tǒng)后，可以實(shí)現(xiàn)以下功能。

（1）語音視頻通訊。提供傳統(tǒng)的移動(dòng)電話語音業(yè)務(wù)、短信通信業(yè)務(wù)以及彩信相關(guān)業(yè)務(wù)，新增視頻通話業(yè)務(wù)，工作人員可以通過手機(jī)實(shí)時(shí)傳送語音和圖像，無線視頻業(yè)務(wù)可在有線視頻監(jiān)控的盲區(qū)傳遞實(shí)時(shí)圖像，地面信息控制中心可以通過視頻來掌握井下的具體情況，以便做出正確的判斷和決策。

（2）多媒體集群調(diào)度。支持專業(yè)的語音、視頻、短信、彩信、數(shù)據(jù)等集群調(diào)度業(yè)務(wù)以及實(shí)時(shí)的視頻、數(shù)據(jù)回傳、分發(fā)功能以及相應(yīng)的一鍵緊急呼叫等功能。

（3）視頻監(jiān)控。通過回傳功能來實(shí)現(xiàn)即時(shí)視頻監(jiān)控。

（4）手機(jī)脫網(wǎng)直通?？梢员Ｕ鲜謾C(jī)在沒有網(wǎng)絡(luò)的情況下實(shí)行直通，避免因斷網(wǎng)問題導(dǎo)致安全事故發(fā)生。

（5）4G通信網(wǎng)絡(luò)可以有強(qiáng)大的兼容、擴(kuò)容、升級能力，保障后期其他系統(tǒng)的順利接入。

4 霍爾辛赫煤礦4G無線通信技術(shù)應(yīng)用的價(jià)值體現(xiàn)

自從霍爾辛赫煤礦全面采用基于TD- LTE通信技術(shù)的4G無線通信系統(tǒng)后，整個(gè)煤礦的通信信號得到了改善，同時(shí)也克服了井下復(fù)雜的地質(zhì)情況及干擾信號源多的問題，保障了智慧礦山APP軟件的應(yīng)用。

（1）煤礦領(lǐng)導(dǎo)及管理人員可以在4G無線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)內(nèi)全面實(shí)現(xiàn)視頻、語音、短信、彩信的工作指揮和調(diào)度，可以在任何場合通過手機(jī)掌握和了解煤礦的任何區(qū)域的實(shí)時(shí)狀況，節(jié)約了下井了解情況的時(shí)間，可以快速地處理事件以及做相應(yīng)的方案。

（2）4G無線通信系統(tǒng)具有視頻分發(fā)、回傳功能?？梢詫㈤_采現(xiàn)場的情況回傳給領(lǐng)導(dǎo)，為以后的事故防范以及責(zé)任區(qū)分提供證據(jù)；可以對井下重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行回傳，加強(qiáng)對其情況的了解和掌握；可以將各種設(shè)備故障時(shí)時(shí)傳輸，為設(shè)備故障的維修和解決提供最準(zhǔn)確的信息，增加維修效率，保障設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。

（3）當(dāng)前地面控制中心可以實(shí)現(xiàn)和區(qū)隊(duì)、班組的群呼、組呼，即時(shí)強(qiáng)行開展小型視頻、語音會議，強(qiáng)行斷開低權(quán)限間通訊等功能，可以將相應(yīng)的信息、要求、精神及時(shí)地進(jìn)行傳達(dá)。進(jìn)一步提高煤礦的管理效率，降低煤礦的人力成本。

（4）此4G無線通信網(wǎng)絡(luò)支持第三方數(shù)據(jù)傳輸，能減少其他可利用此網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?shù)牡谌降幕A(chǔ)投入，減低煤礦的應(yīng)用成本。

（5）此4G無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用，避免了補(bǔ)丁問題導(dǎo)致的設(shè)備投入，同時(shí)也避免了因補(bǔ)丁所帶來的通信網(wǎng)絡(luò)兼容性和穩(wěn)定性等隱患。

5 結(jié)語

論文對霍爾辛赫煤礦4G無線通信系統(tǒng)的組成進(jìn)行了分析，并對井下綜采工作面的布置方案進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，對其實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行分析，最后對4G無線通信技術(shù)在霍爾辛赫煤礦的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行了總結(jié)。希望此4G無線通信網(wǎng)絡(luò)的改造方案可以為其他同類型煤礦的通信網(wǎng)絡(luò)的改造提供參考。