無線寬帶網(wǎng)絡技術在正佳煤業(yè)井下應用

陰晉峰，高 穎

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

隨著科學技術的日新月異，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進入了一個高速發(fā)展的時代，人們的生產(chǎn)、生活越來越離不開互聯(lián)網(wǎng)的應用，互聯(lián)網(wǎng)也確實給生產(chǎn)、生活帶來了更多便捷的服務，簡單到原來的信息傳遞需要幾天甚至幾個月的時間，現(xiàn)在僅僅需要幾秒鐘就可以實現(xiàn)，大的到整組的大型設備可以實現(xiàn)遠方控制，監(jiān)測，遙控檢修、維護等等。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)正通過網(wǎng)絡互聯(lián)與大數(shù)據(jù)分析相結合的方式，進行合理決策，從而更高效地發(fā)揮出各種設備的潛能，最大程度地提高生產(chǎn)效率，節(jié)省成本，推動設備技術的升級，提高效益。

1 目前煤礦井下無線通信網(wǎng)絡現(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，但是隨著無線通信技術的迅猛發(fā)展，煤礦井下無線通信技術也隨之快速發(fā)展。

煤礦無線通訊在經(jīng)歷了初期的超低頻透地通信、中頻感應通信、漏泄通信；中期的小靈通無線通訊方式后，現(xiàn)階段的煤礦無線通信方式主要以WIFI通信為主。WIFI是基于（IEEE）802.11標準的一種無線通信技術，使用2.4 GHz直接序列擴頻，最大傳輸速率為54 bit/s，并可根據(jù)信號強弱把傳輸速率調整為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、更強的射頻信號、更低的功耗、更低的成本等特點。由于WIFI技術已多年應用在地面的短距離無線通訊，技術更加成熟可靠，而WIFI協(xié)議本身對設備功率有所限制，可以將相關設備，按照符合煤礦安全要求的本質安全型設備進行設計，而且使井下無線通訊不局限于在窄頻范圍，從而將無線通訊方式應用到更廣泛的方面。

2 構思及實現(xiàn)原理

正佳煤業(yè)于2014年安裝了KT33型無線通訊系統(tǒng)（包括無線通訊DEll420服務器、無線通訊數(shù)字網(wǎng)關、無線通訊模擬網(wǎng)關、無線通訊交換機），其中在地面使用3個大基站（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)，通過光纖進行數(shù)據(jù)傳輸。（辦公樓、活動中心、職工公寓等樓層內(nèi)無線覆蓋不到的區(qū)域，加裝室內(nèi)基站以便達到無線全覆蓋），通過網(wǎng)線進行數(shù)據(jù)傳輸（距離較遠的地方通過光轉電進行傳輸），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、運輸大巷、回風大巷、2101工作面順槽、2109掘進工作面順槽等區(qū)域，考慮到各作業(yè)場所的人員集中度高、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KT27-F基站，井下基站統(tǒng)一通過光纖傳輸數(shù)據(jù)，經(jīng)過井下磨砂交換機傳回地面機房，做到了全井下無線覆蓋，井下信號覆蓋區(qū)域的所有人員可以通過移動電話與上級領導部門、地面調度中心、井下作業(yè)人員等及時進行移動通信，地面調度中心也可以及時與井下作業(yè)人員進行通信聯(lián)絡，確保指揮信息及時被下達、緊急信息及時向上級匯報、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。

在使用過程中發(fā)現(xiàn)KT33型礦用無線通信系統(tǒng)基站內(nèi)置的無線發(fā)射模塊可以實現(xiàn)工作在5 GHz頻段的IEEE802.11a傳輸標準和工作在 2.4 GHz頻段的 IEEE802.11 b和 802.11 g的WLAN傳輸技術標準的無線橋接。而此頻段又正好為工作網(wǎng)絡的頻段標準，故考慮把無線通信系統(tǒng)與工作網(wǎng)絡系統(tǒng)相結合從而實現(xiàn)工作網(wǎng)絡的所有功能，見圖1。

圖1 插入原理

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

3 現(xiàn)場使用情況及優(yōu)缺點

現(xiàn)場使用圖片：

通過近幾年的現(xiàn)場使用及對使用中的出現(xiàn)問題的分析解決，對其優(yōu)缺點總結如下：

優(yōu)點：

（1）可以利用KT167A-S礦用本安型手機(礦用4G手機)通過微信等聊天工具實現(xiàn)井上、下視頻聊天（視頻會議）。

（2）可以在井下發(fā)生設備故障時通過聊天工具直接聯(lián)系廠家，面對面解決問題（后期可以考慮把電信信號接入井下，實現(xiàn)井上下通話）。

（3）可以通過井下現(xiàn)場工作人員視頻工具了解最真實的現(xiàn)場情況，以便待下井人員可以更好的做好準備，更快更好的解決問題。

（4）性價比高。利用現(xiàn)有的安全監(jiān)控六大系統(tǒng)里的無線通訊系統(tǒng)就能實現(xiàn)，不需要另購買設備（另行購買設備價格大約50萬元左右）。

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

（6）實現(xiàn)井上、下集群視頻通信。

缺點：

（1）可以通過井下礦用4G手機進行網(wǎng)絡聊天、瀏覽網(wǎng)頁等活動，影響正常上班（解決辦法為進行MAC地址綁定，限制部分功能）。

（2）井下燈光差的地方會視頻模糊、看不清（解決辦法為加強礦井重要場所（地點）的照明）。

（3）必須配合礦用4G手機才能發(fā)揮最佳作用（短期采購、長期受益）。

4 應用前景及擴展情況

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，煤礦發(fā)展已從粗放型管理向信息化管理轉換，對信息要求也越來越高，考慮到現(xiàn)階段煤礦企業(yè)全國推廣煤礦安全避險六大系統(tǒng)的形式和中國煤礦企業(yè)日趨現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢，利用礦安全避險六大系統(tǒng)中的井下無線通信系統(tǒng)實現(xiàn)的井下WIFI覆蓋，一定會有很大的應用前景。

1）利用礦用4G手機實現(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)的價格大約在50萬元～80萬元之間。

2）利用無線覆蓋功能實現(xiàn)井下動態(tài)視頻傳輸，節(jié)省井下工業(yè)視頻系統(tǒng)材料費用。一套井下工業(yè)視頻系統(tǒng)的價格大約在70萬元左右。

3）可以與通信公司合作把手機信號傳輸至井下，實現(xiàn)人員定位、無線通訊、調度通訊，廣播的全部功能。一套通訊系統(tǒng)的價格大約在50萬元左右，廣播系統(tǒng)的價格也在50萬元左右。

4）利用無線網(wǎng)絡結合4G手機，解決井下無線集群通信。

5）通過該網(wǎng)絡實現(xiàn)機車定位、移動視頻等功能，將安全生產(chǎn)管理與實時過程控制進行便捷的信息交換和緊密集成。

5 結語

利用無線通信系統(tǒng)改造實現(xiàn)的井下WIFI，不僅可以滿足平時的通信需要，而且還能保障井下在發(fā)生事故、設備故障時第一時間通過視頻了解現(xiàn)場情況，從而更好、更便捷的為礦井服務。加之它所涉及的信息化建設是一種開放的、可伸縮的平臺，其開發(fā)應用的潛力是非常巨大的。

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