4G無線寬帶網絡在大唐集團龍王溝煤礦的應用分析

張士海

摘要：煤礦綜采工作面自動化控制系統是煤礦生產的重要組成部分，在現代化大中型礦山企業中正扮演著越來越重要的角色。4G無線寬帶網絡傳輸系統是綜采工作面自動化控制系統監控數據和控制信令的無線高速傳輸通道，可以為綜采工作面自動化控制系統提供通信、調度、自動化設備控制等功能。文章認為，隨著綜采自動化水平的不斷提高，對通信設備的要求也越來越高，有線通信和無線通信互為備份已成為大勢所趨。

關鍵詞：4G；無線高速傳輸通道；通信設備

1項目需求

（1）建立綜采自動化工作面4G無線網絡傳輸系統，實現工作面輔運巷、工作面皮帶巷、工作面采煤面的4G無線覆蓋。在覆蓋區實現語音、集群通訊、數據、實時視頻采集、實時設備工況數據采集等業務。（2）提供無線大帶寬，保證數據實時承載傳送。（3）實現多業務統一接入及實時傳輸，提供多種接口功能的無線接入終端，為井下設備提供有線轉無線的通道，保障設備工況數據和自動化控制設備信令的有線傳輸和無線傳輸的雙通道備份。

2設計原則

（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、可靠的設備為原則。建設及完善煤礦調度通信指揮系統和自動化信息傳輸系統，實現煤礦地面及井下立體綜合智能有線、無線于一體，有力地保障安全生產。（2）新建設的無線通信網絡能與現有的井上井下有線、無線通訊網絡實現互聯互通，避免重復投資。（3）靈活性和兼容性原則。系統采用開放式、分布式設計，在不改變原有設備的情況下能靈活方便地升級、擴容，同時系統具有很強的兼容性，以確保系統能提供更強的業務能力。（4）擴容無需再進行繁雜的布線工作，能與現有設備對接，同時系統還留有很大的冗余，保證將來系統擴容升級時無需替換現有設備，避免重復性投資。（5）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，硬件連接簡單，方便施工。（6）系統設計人性化，功能豐富，操作上易用性強。（7）系統設計合理，集成度高/造價低。（8）系統符合國家相關規定，整個系統具有煤礦安全標志。

34G無線寬帶集群調度系統方案設計

3.1地面系統網絡結構

4G無線寬帶通信系統地面部分主要由核心網、網管、多媒體調度機、調度服務器、交換機、地面用信息傳輸接口、地面用大功率基站及相關配套設備組成。

核心網1臺：放置在信息中心機房，接入工業以太網網絡，實現4G系統的管理核心建設。主要有簽約數據管理、鑒權管理、移動性管理、會話管理、承載管理及數據集群業務等功能，并通過外接管理系統實現集群系統的調度功能。

網管1臺：放置在信息中心機房，通過IP網絡連接其他設備，是本系統的操作維護客戶端和控制面板，提供系統管理、配置管理、告警管理、軟件管理、性能管理、安全管理、網絡健康檢查等功能。

多媒體調度機1臺：為調度人員提供多媒體指揮調度功能，并且能夠與各種業務系統高度集成，提高調度的智能化和自動化水平。提供可視化圖形調度界面，實現了調度用戶狀態的一目了然，調度操作的點擊操作，最大程度上提高了調度的速度。允許有主調度臺和分調度臺，可以為各個分調度臺指定不同的調度權限和可調度人員，通過這種統一管理、分級調度的方式既提高了調度的效率，又使得各個不同部門之間能夠高效地協同工作，滿足跨地域、跨部門的大規模現代指揮調度的通信需求。

地面用大功率基站1臺：主要完成基帶信號和射頻信號的調制解調、數據處理、功率放大、駐波檢測等功能。通過工業環網、光纖連接地面用信息傳輸接口，用于地面無線信號覆蓋，基站及基站天線放置煤礦地面區域高層建筑頂端。

3.2系統安裝

地面配置包括核心網、網管、多媒體調度機、交換機、PSTN網關、地面用信息傳輸接口、地面用大功率基站天線等設備。能夠實現4G系統和程控電話、移動外網電話、現有語音系統進行對講，并能夠實時管理現場所有設備。

（1）調度服務器放置在調度中心。（2）維護管理中心（OMC）、交換機、PSTN網關、地面用信息傳輸接口放置在調度中心的機房。（3）供電采用就近取電原則。（4）地面用信息傳輸接口、地面用大功率基站、核心網之間采用光纜連接。井下視頻、語音、設備數據通過光纖接入核心網。（5）天線的安裝。

地面配置1臺4通道基站，配置2臺2通道定向天線。地面天線安裝于礦區指定樓頂上，配置50鋼管，頂部安裝避雷針，做好接地系統，整體高度為5m，板式定向天線安裝于3m處，2個天線板之間夾角180度，并向下傾斜10度，以覆蓋天線下面的安裝樓層。供電為220V交流電，因此地面基站配電采取就近接入。

3.3井下4G系統網絡結構

井下4G無線覆蓋設備主要有：KT319-F1基站、KT319-F2數據傳輸分站。

主要無線覆蓋區域為：工作面輔運巷、工作面皮帶巷、工作面采煤面的無線覆蓋。

3.4井下設備安裝

3.4.1工作面無線覆蓋設備安裝

基站和分站的安裝：基站主要提供無線網絡覆蓋，覆蓋范圍為：工作面采煤面半徑300m，主運順槽半徑1000m。分站為無線拉遠單元。無線覆蓋范圍為：工作面采煤面覆蓋半徑150m，工作面輔運巷、皮帶巷覆蓋半徑300m。

布置方式：（1）在工作面順槽列車上安裝基站1臺，工作面機頭和機尾各放置1臺分站、2臺天線，實現對工作面采煤面覆蓋。在工作面輔運巷、皮帶巷各布置2臺分站用于主、輔運順槽巷的無線全覆蓋。（2）井下4G無線網絡將無線采集到的數據、視頻信號、語音通過光纖接入核心網，核心網通過交換機接入煤礦工業環網，通過工業環網將數據接入各應用服務器和相關系統的上位機。

3.4.2巷道無線覆蓋設備布置

基站和分站主要提供無線網絡覆蓋。基站井下覆蓋半徑1000m，分站覆蓋半徑300m。

在巷道有拐彎和坡度起伏較大的地方附近布置分站，直巷道不超過2000m的巷道布置1臺基站即可實現無線全覆蓋，對于數據量不大、彎道較多的地方可布置分站，井下配電室等設備洞室安裝分站實現洞室的無線覆蓋。

基站通過光纜將信號傳輸到核心網。

在井下巷道中間設置基站，兩側配置分站進行信號覆蓋拓展，在巷道斜坡及拐角處設置擴展分站，進行沿線的全覆蓋工作。

3.5主要業務功能

3.5.1語音調度

在地面及井下配置KT319-S礦用本安型手機，通過Uu無線接口與4G無線網絡連接，實現系統無線覆蓋范圍內的語音、視頻、短信、彩信等多種業務的通訊，同時通過PSTN網關與公網固話中繼服務器對接，實現KT319-S礦用本安型手機與公網電話互通。

3.5.2多媒體集群調度

通過調度臺對KT319-S礦用本安型手機、KBA127W礦用隔爆兼本安型無線高清攝像儀實現多媒體集群調度業務的實時的視頻監控、數據回傳、視頻分發功能，實現語音點呼、組呼、強插、強拆、監聽等多媒體集群業務。

3.5.3視頻監控調度

（1）通過布設KBA127W礦用隔爆兼本安型無線高清攝像儀，與4G無線網絡連接，上傳圖像至調度臺，實現固定視頻監控。（2）通過KT319-S礦用本安型手機上的前、后攝像頭實現對現場及操作人員場景的移動實時視頻監控。

3.5.4第三方數據傳輸系統

（1）各種傳感器通過4G礦用本安型數據轉換接口（支持RJ45/485）連接實現數據無線傳輸。（2）掘進機、采煤機、液壓支架等設備通過接入4G礦用本安型數據轉換接口（支持RJ45/485）實現數據無線上傳，實現綜采自動化控制設備對采煤機等設備的遠程監測和遠程控制。

3.5.5應急事件處置指揮系統

通過手機一鍵緊急呼叫功能實現對全礦持有手持終端的人發出緊急報警，并實時與調度指揮中心的語音、視頻通訊聯絡，及時匯報險情，使調度指揮中心有效指揮自救。

3.5.6設備故障診斷及處置系統等各業務子系統

通過手機的高清視頻，能夠即時將設備故障點視頻上傳有關技術、維修、管理人員，從而保證了設備故障的即時診斷與處置，節省相關技術人員下井維修確認排查的時間。