【摘要】本文根據(jù)煤礦行業(yè)對(duì)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(diǎn)和應(yīng)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(guān)鍵詞】井下無線通信；WLAN；自動(dòng)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(shù)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(duì)于實(shí)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(dòng)化水平起著至關(guān)重要的作用。

1.煤礦行業(yè)對(duì)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(gè)特點(diǎn)：井下空間狹小，可供布置設(shè)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(xiǎn)性，通信產(chǎn)品須經(jīng)過防爆認(rèn)證。井下濕度大，粉塵濃度高，通信產(chǎn)品必須嚴(yán)格滿足防水、防塵、耐腐蝕的要求。由于產(chǎn)品可能布置于機(jī)電硐室內(nèi)，與強(qiáng)電設(shè)備距離較近，故抗電磁干擾能力要強(qiáng)。

1.2 功能方面

煤礦領(lǐng)導(dǎo)通過該系統(tǒng)及時(shí)了解井下人員及生產(chǎn)的情況，通過調(diào)度系統(tǒng)下達(dá)命令。井下人員通過通信系統(tǒng)及時(shí)向上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)現(xiàn)場情況，執(zhí)行命令及處理問題。災(zāi)害發(fā)生時(shí)，根據(jù)地面指示及時(shí)疏散人員與組織搶險(xiǎn)救援等。

2.現(xiàn)階段主要井下通信系統(tǒng)特點(diǎn)

目前現(xiàn)階段井下主要移動(dòng)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(shí)也作為六大系統(tǒng)所要求的通信系統(tǒng)。設(shè)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(wù)差，系統(tǒng)容量小，功能單一，主要用于語音通信，但對(duì)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(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)以太網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)，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(yīng)用廣泛，價(jià)格適中。語音數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)均可提供，系統(tǒng)容量大，通用化高，價(jià)格相對(duì)低廉；語音質(zhì)量一般，保密性差?？膳c其他系統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)共用鏈路。

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

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

主要技術(shù)參數(shù)：載波帶寬1.25MHz；PN碼片速率1.2288Mc/s；用戶容量1000個(gè)；基站信號(hào)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(hào)帶寬，技術(shù)先進(jìn)，是無線通信系統(tǒng)未來發(fā)展方向，目前沒有礦用型號(hào)，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(yīng)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(dòng)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(shí)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(jī)及運(yùn)輸設(shè)備協(xié)通過工作。由于井下物聯(lián)網(wǎng)的逐步實(shí)現(xiàn)，包括無人化工作面將在采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、順槽膠帶輸送機(jī)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(luò)，但由于工作面本身環(huán)境及經(jīng)常移動(dòng)所限，不易過多布置固定敷設(shè)的傳感器及電纜，所以可采用WLAN網(wǎng)絡(luò)作為無人化工作面的主要或者輔助生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)。

未來礦井需完善物流配送系統(tǒng)，從物料采購到倉儲(chǔ)再到運(yùn)輸全過程均需要監(jiān)控。地面車輛運(yùn)送出庫入庫，井下機(jī)車運(yùn)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(yùn)輸方向發(fā)展）

同時(shí)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(dòng)化環(huán)網(wǎng)（主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)、安全監(jiān)控）、3G/4G無線網(wǎng)絡(luò)（主要負(fù)責(zé)調(diào)度通信、個(gè)人業(yè)務(wù)等）還需要一個(gè)專門服務(wù)于井下物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)。在這種情況下，WLAN系統(tǒng)可以很好的作為以上幾種網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)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(shè)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(luò)，同時(shí)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(luò)主要是WIFI、2G/3G居多。4G移動(dòng)通信系統(tǒng)正在開發(fā)階段，不久就會(huì)有相應(yīng)產(chǎn)品投入使用。

目前陜煤集團(tuán)小保當(dāng)?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(jī)，智能帶式輸送機(jī)所需要的無線傳感器預(yù)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(jī)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(dòng)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(shí)現(xiàn)綜合運(yùn)行與管理，但由于井下工業(yè)自動(dòng)化環(huán)網(wǎng)是一個(gè)集監(jiān)控、通信、自動(dòng)化于一體的綜合傳輸平臺(tái)，其Qos質(zhì)量較傳統(tǒng)的專用傳輸通道要低，可能會(huì)因?yàn)榭値捰邢?，礦井?dāng)U建后傳輸業(yè)務(wù)量持續(xù)增加，突發(fā)傳輸業(yè)務(wù)量高等原因造成臨時(shí)通信的延時(shí)或質(zhì)量下降。后者為傳統(tǒng)傳輸方式，通過獨(dú)立光纖傳至井下，成為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，不受未來擴(kuò)建或突發(fā)業(yè)務(wù)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(shè)備的布置：在井下主要膠帶運(yùn)輸巷道及輔助運(yùn)輸巷道沿線設(shè)置基站。井下主要變電所內(nèi)設(shè)置基站，采面可設(shè)置基站。

若井下巷道內(nèi)有較大緊急避難硐室，信號(hào)不易覆蓋到時(shí)，可以單獨(dú)在硐室內(nèi)設(shè)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(shí)，理論上信號(hào)雖可以覆蓋到整個(gè)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(shè)備直接提供127V電源（照明綜保或者組合開關(guān)均可提供）。但由于煤礦井下可能會(huì)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(huì)切斷采區(qū)內(nèi)全部非本質(zhì)安全型設(shè)備，基站會(huì)失電，只能靠自身配有的電池持續(xù)一段時(shí)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(hào)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(luò)全向天線覆蓋，巷道內(nèi)可以采用帶狀網(wǎng)絡(luò)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(dòng)終端作為無線通信系統(tǒng)的獨(dú)立接收單元，本身就具備無線定位功能，可以準(zhǔn)確地將井下各區(qū)域的人員動(dòng)態(tài)位置情況實(shí)時(shí)準(zhǔn)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(luò)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(wù)，完全符合煤礦井下特殊環(huán)境對(duì)通信系統(tǒng)的要求，也符合當(dāng)前通信技術(shù)發(fā)展的主流趨勢，其應(yīng)用對(duì)于礦井通信的建設(shè)與發(fā)展具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]孫繼平.礦井通信技術(shù)與系統(tǒng)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2010.

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

[3]孫繼平.礦井寬帶無線傳輸技術(shù)研究[J].工礦自動(dòng)化，2013（02）.

作者簡介：田心（1981—），男，北京人，大學(xué)本科，工程師，主要從事煤礦電氣自動(dòng)化、通信方面工程設(shè)計(jì)工作。