KT133型無線通信系統在煤礦生產作業中的設計與應用

王 瑩，潘啟新

(1.中國石油化工股份有限公司管道儲運分公司新鄉輸油處，河南 新鄉 453000；2.中國煤炭進出口集團公司，北京 100120)

我國是世界最大的煤炭生產國和消費國，我國煤炭生產主要為地下作業，由于煤炭儲存的地質條件復雜多變，經常受到瓦斯、水、火、粉塵、頂板等自然災害的威脅，加之抗災能力較弱，煤礦事故尤其是重大、特大事故時有發生。因此，加強煤礦企業安全生產技術改造，尤其是信息化技術改造勢在必行，構建集無線通信、人員定位以及考勤管理功能為一體的通信信息化平臺，將為煤礦安全生產、搶險救災提供堅實技術保障，極大改善煤礦通信信息化平臺落后的面貌。下文將從煤礦企業生產作業通訊現狀、解決思路等方面，講述KT133型無線通行系統在煤礦生產作業中的設計及功能應用。

1 煤礦行業生產作業通訊狀況

1.1 煤礦生產現狀

煤炭企業生產作業主要在井下工作面，井下作業存在工作環境惡劣(工作區域狹小、照明差、潮濕、有腐蝕性)，不安全因素多(主要有水、火、瓦斯、頂板等事故的威脅)，人員、設備流動性大等諸多特點；從生產作業流程上看，在井下還具有多工種聯合作業的特點。

當遇到礦井突發事故，由于井下作業人員情況不明、通信網絡不暢、通信手段單一，往往造成領導層信息不通、指揮不靈、數據不準，不利于事故的搶險救災，極易造成事故損失的擴大。

傳統煤田井下移動通信系統裝備的設計制造，是基于專門服務于井下工作地點、特殊行業的專用移動通信設備。盡管其設計考慮井下工作環境與生產調度等特點比較多，但由于其應用范圍狹窄(僅限于煤田)，用戶群落少，商業利益低，使得傳統井下移動通信裝備技術水平低、價格高(這里講價格高，是指性能價格比低)、可靠性差、服務網點少。由于用戶群落少(相對公眾通信需求數量而言，煤田專用通信的需求量根本微不足道)，無法吸引大廠商的大資金投入，為此煤田井下專用移動通信設備新技術的采用，大大落后于公眾移動通信的發展，至今仍停留在20世紀70年代移動通信技術水平上徘徊。

隨著社會的進步，科技的發展，生產力水平的不斷提升，出現了許許多多先進技術。煤炭行業也是如此。隨著煤礦現代化水平的不斷提高，信息化礦井的不斷完善，通訊裝備的配置越來越得到人們的重視。原來的通訊設施越來越滿足不了工業生產的需求，于是各種各樣的通訊方式成為人們關注的焦點，更高更新的通訊技術成為人們追逐的目標。

1.2 煤礦行業在生產作業上通訊方面存在的問題

(1)礦業集團內部各種礦區分布比較散亂，各種監控系統彼此之間不兼容，形成了許多“信息孤島”。統一的信息傳輸平臺，是煤礦行業信息化建設的發展方向。

(2)煤礦多處地形復雜地區，而且分布比較復雜，有些煤礦過于集中，部分煤礦分布又過于分散，再加上井下通道復雜，地理環境多種多樣，為煤礦的管理帶來許多不便。

(3)現有監控設備種類繁雜，數據傳輸方式各不相同，通訊網絡在應用過程中，不可避免的出現重復建設和成本越來越高的現象。如果能把多種監控設施的數據傳輸都集成在同一網絡中，必定可以降低成本。

1.3 解決思路

為了降低礦井突發事故造成的損失，更好地調度指揮煤礦井下作業人員，建立煤礦井下人員定位跟蹤、考勤管理及裝備井下現代化調度指揮通信網絡，意義非常巨大。

井下PHS無線通信，將基于成熟的煤礦PHS移動通信系統和井下人員跟蹤定位技術綜合運用為一體,將有效的利用現有的通信資源,大幅提高生產效率和安全管理水平,有助于提高在同行業的競爭能力。

井下PHS移動通信系統，與目前應用于井下的移動通信系統(包括井下泄漏通信)有完全不同的設計理念。PHS技術來源于目前在全國各大中小城市中應廣泛應用的公眾通信系統PHS系統《移動市話亦稱小靈通》，按“煤安”標準做了安全技術處理，移植、延伸到煤田井下，從而作為煤礦井下移動信息網絡服務平臺(即能夠同時服務于地面、井下的個人移動移動通訊系統或生產調度系統)。

煤礦井下人員跟蹤定位管理系統，是對煤礦入井人員進行實時跟蹤監測和定位，隨時清楚掌握每個人員在井下的位置及活動軌跡。萬一發生災變，可立即從監控計算機上查詢事故現場的人員位置分布情況、被困人員數量、遇險人員撤退線路等信息，為事故搶險救災提供科學依據。同時，也可利用系統的日常安全管理功能，對礦井人員進行安全管理。

KT133礦用無線通信系統，具有井下井上無線通信、人員跟蹤定位管理及輔助考勤管理等功能，能夠為煤礦企業解決以上困擾，為煤礦安全生產、搶險救災提供堅實技術保障。

2 KT133系統在煤礦生產作業中的設計及應用

2.1 設計原則

KT133型無線通信系統在煤礦生產作業的設計基于以下原則：

(1)堅持以《煤礦安全規程》為依據，統籌規劃，突出重點，應用成熟的井下通訊產品的原則。建設井下無線通訊系統，為井下各級管理人員，井下特種作業人員配備無線通訊工具，實現井下無線通訊，保障安全生產。

(2)系統集成原則。井下無線通訊系統與有線調度網有機結合組成完善的有/無線調度通訊網，以滿足煤礦安全生產、高效快捷的要求。

(3)靈活性和兼容性原則。開放式、分布式的系統，在不改變原有設備的情況下，能方便的升級、擴容，確保系統的科學合理和先進性。

(4)硬件設計模塊化原則。系統硬件采用模塊化設計，使用先進可靠的設計制造技術，在系統結構形式和控制方式上確保系統的可靠性。

(5)系統易用原則。系統設計人性化，功能豐富，操作上易用性強；硬件連接簡單、方便實施。

(6)系統設計合理，集成度高、造價低。

2.2 系統設計

系統的設計方面，包括架構設計、無線規劃、頻率規劃、系統話務設計、呼損設計、設備布放設計等內容。

2.2.1 架構設計

KT133無線通信系統主要由移動交換與無線調度系統、地面基站控制器、40MW防爆基站(KT133-F)、500MW地面大功率基站、礦用本安手機(KT133-S)等構件組成，所有井下網元都符合煤礦環境要求。系統架構圖見圖1。

圖1 系統架構圖

2.2.2 無線規劃

系統采用分區覆蓋，整個系統分地面及井下兩個區域。

地面無線信號覆蓋：地面信號覆蓋需要依據現場環境勘測而定，如覆蓋范圍、建筑物密集程度、話務量大小等，來確定地面無線信號覆蓋范圍和方法。

地面基站覆蓋范圍： 500MW大功率基站覆蓋半徑約為1000m。

井下無線信號覆蓋：井下巷道由于為狹長型通道，采用KT133-F礦用基站，使用定向天線方式進行覆蓋。根據要求信號覆蓋的礦井巷道布置圖，進行KT133-F礦用基站的設置。礦用基站在運輸大巷傳輸距離約為800m、順槽運輸巷距離約為400m，基站天線覆蓋范圍與巷道條件有關。

2.2.3 頻率規劃

根據國家規定的頻段的要求PHS系統頻率：控制載頻(C-ch)：第24號載頻或第26號載頻；話音載頻(T-ch)：18號(1900.250MHz)-77號(1917.950MHz)載頻。

2.2.4 系統話務設計

按煤礦設計規范，井下采用礦用40MW防爆基站；地面采用500MW大功率室外基站覆蓋，確保重點區域覆蓋效果和話務量。

每個40MW基站，可提供的話務量為0.899 Erlang,每個500MW基站，可提供的話務量為3.738Erlang。

2.2.5 呼損設計

空中信道呼損設定值5%，有線系統呼損設計值1%。

2.2.6 設備布放設計

交換機及基站控制器在通信機房并上架安裝，網管計算機放置于通信機房。地面500MW大功率基站安裝位置，根據實際情況確定。

2.3 系統功能

2.3.1 無線PBX功能

實現統一編號方案、外線直接撥入(DDI)、縮位撥號、免打擾、語音通知、呼叫等待、遇忙提示重撥/前轉/轉話務員、緊急呼叫業務、呼叫無條件/遇忙/無應答前轉、呼叫轉移、三方通話、呼入呼出限制業務、呼叫代答、路由功能、長途呼叫自動添加VoIP前綴、主叫號碼顯示加前綴、用戶快速添加功能、提供語音信箱接口、支持前綴短消息、個性化語音提示配置、管理員的分級管理權限、根據人名/部門/話費/被叫電話/通話量進行分類和統計、移動分機之間通話、移動分機短信、調度群發短信及無線定位跟蹤、利用及融合現有的通信資源實現服務區內的有線與無線通信系統、地面與井下通信系統形成完美的結合，個人終端手機可以自由漫游于井下主要巷道，還可以與現有煤礦行政程控交換機之間通過E1數字中繼實現等位直撥,或通過E1數字中繼方便地接入公網、系統支持FSK方式的來電顯示等無線PBX功能。

2.3.2 特色業務服務

實現丟話通知、短消息、一機雙號(雙待機)、一呼雙響、辦公費用控制、話務臺和漫游組網等功能。

2.3.3 調度業務功能

實現調度呼叫內外線用戶、調度緊急呼叫分機、調度插入 、調度強拆、調度組呼、群呼、調度同組轉移、代答 、調度截接、調度分機參數設置、調度系統參數設置、分機、中繼狀態顯示、呼叫保留、切換、呼叫轉接、調度分組、調度級別管理、日期、時間顯示、廣播功能、分組調度、調度通話優先、調度臺配置等調度業務功能。

2.3.4 定位跟蹤及輔助考勤管理功能

實現主動查詢人員位置信息、人員歷史運行軌跡回放、告警管理、歷史告警記錄查詢和打印、個人信息管理、井下設備管理、員工考勤管理功能、GIS地圖功能、圖層控制、地圖文件格式轉換、地圖打印輸出、考勤管理等功能。

2.4 系統特點

(1)由于納入無線通信設備主流系統，使井下移動通信裝備能同步于地面現代無線通信技術發展的步伐，從而能得到世界級生產廠商的長久支持。系統中各種配置比傳統煤田井下移動通信系統有很高的可靠性，PHS系統基于大話務量設計，系統具備很高的性價比。

(2)通過集成原有通信資源，服務區內的有線與無線通信系統、地面與井下通信系統形成完美地結合，個人終端可以自由漫游于地面、井下，還可方便接入公眾通訊網。

(3)系統具有較強的擴展性。基于模塊化的系統結構，可以增加較低費用，方便地對原系統進行擴容和功能升級。

(4)實現煤礦井下作業人員進出的有效識別和監測監控，使管理系統充分體現“人性化、信息化和高度自動化”，實現數字礦山的目標。

(5)為煤礦管理人員提供人員進出限制、考勤作業、監測監控等多方面的管理信息。

(6)有線無線一體化，滿足有線、無線、話音和數據的多方通信需求。

(7)解決井下事故時的應急救災需求。

由于KT133礦用無線通信系統融合無線通信、人員跟蹤定位及考勤管理等功能，系統具有投資低、功能強的特點，滿足煤礦企業對主流通信產品的需求。

3 結束語

KT133型無線通信系統在煤礦生產的成功運行和使用情況表明，該系統基于 PHS (無線公話系統)技術，解決了煤礦井下復雜巷道的覆蓋要求，實現了礦井無線信號的無縫覆蓋；高質量的語音通信，解決了煤礦井下移動人員和零散作業人員的通信要求，提高了地面與井下的通信的實時性與可靠性；強化了人員的管理，做到人員快速合理調配，提高了工作效率，同時減少了管理人員數量，提高了煤礦生產的整體效率，并且與原有數字程控調度通信系統匯接，實現了該礦安全生產、指揮調度系統有線、無線的結合。

該系統對其他系統的集成，有效保障投資價值，滿足語音、數據、圖像傳輸功能，為煤礦安全生產管理和通信注入了新的活力，為煤礦提高礦井的現代化水平創造了極為有利的條件。

[1] 胡穗延.煤礦自動化和通信技術現狀與發展趨勢[J].煤炭科學技術，2007(8).

[2] 煤炭科學研究總院常州自動化研究院.礦用CDMA多功能無線通信系統[R].常州：煤炭科學研究總院常州自動化研究院，2006.

[3] 李潤求.基于ZigBee技術的煤礦井下人員跟蹤定位系統研究[J].湖南科技大學，2009.