4G無線通信技術在煤礦井下的應用研究

摘要：隨著經濟的發展，先進的無線通信技術得到了廣泛的應用。近年來，煤礦安全事故頻發，解決煤礦安全生產迫在眉睫。無線通信技術在煤礦中的應用，已成為實時掌握煤礦井下作業人員的分布和設備，實時監測井下數據，提高救援和安全救援的效率。及時搜救的必要系統。論文2htm

關鍵詞：煤礦；井下無線通信；技術應用

引言

煤是我最重要的能源之一，也是所有工業的基礎燃料。隨著中國經濟的快速發展，對煤炭的需求量越來越大，煤炭開采規模的增加和對地下工作者的需求的增加，導致地下安全系數和地下工作者的安全不容忽視。近年來，我國煤炭工業的安全生產越來越受到重視。由于地質條件的限制，煤礦開采主要以地下為主，礦井深數百米。為了解決礦井安全生產問題，實現礦井的安全調度和通信保障是首要問題。礦井位置分散，地形復雜，監測區域的流動性較大。與有線通信系統相比，井下無線通信的移動性不僅有利于系統的接入，而且能實時地向地面監控中心發送監控數據，最大限度地提高安全生產效果。

1.4G的概念

4G技術支持100Mbp～150 MbPs下行鏈路網絡帶寬，即4G意味著用戶可以體驗到最大12.5MB/s～18.75MB/s的下行速度。這是目前主流中國移動3G（TD-SCDMA）2.8MbPs的35倍，是聯通3G（WCDMA）7.2MbPs的14倍。4G通信技術不是脫離以往的通信技術，而是基于傳統的通信技術，并采用一些新的通信技術來提高無線通信的網絡效率和功能。如果3G能夠為人們提供高速的無線通信環境，那么4G通信將是超高速無線網絡，一個無電纜的高速公路，使電話用戶能夠連接到無線和三維空間。

從嚴格意義上講，4G手機的功能并不簡單地被歸類為“電話”范疇。畢竟，語音數據的傳輸只是4G手機的功能之一。因此，未來4G手機應該是一款小型電腦，而4G手機將從外觀和模式上有更顯著的突破。你可以想象，眼鏡、手表、化妝盒和旅行鞋都是在方便和個性的前提下，任何可以看到的物品都可以成為4G終端，但是人們不知道如何解決它。

2.煤礦井下無線通信系統的實際應用

井下無線通信系統以有線網絡為骨干，擴展無線網絡，在井下設置多個基站，通過無線局域網覆蓋地下隧道，并將礦用本地移動電話的終端接入設備實現，從而實現井下語音調度和信息反饋。井下緊急救援，也就是說，在緊急情況下與井下工作人員能夠快速有效地進行通信，使井下所有人員在最短的時間內收到緊急警報，采取緊急措施或迅速撤離，減少人員傷亡。最大限度地保護井下人員的生命安全。什么樣的緊急情況有關的指令以及應該采取的緊急措施應包括在礦山的所有相關人員身上。在日常運行中，借助系統指令、人員調度、指揮生產、報表制作等更好地促進安全生產，提高井下作業效率。

3.無線通信技術應用于煤礦開采的重要意義

由于煤炭生產環境復雜，井下人員多，設備流動性大，在生產作業中，多采用聯合流動作業形式，這就需要大量的重型設備進行分批開采。無論是在設備運輸中，還是在安裝中，都在煤礦生產中起作用。在調試中，它們都有更高的要求。如果不重視井下的協同生產，容易發生瓦斯爆炸事故。然而，隨著移動通信技術的發展，建立了基于4G通信技術的無線移動通信系統，并應用于煤礦生產。既能保證煤礦的順利運行，又能完成應急處理。因此，4G無線通信移動系統在煤礦中具有十分重要的意義。

4.基于4G信技術的煤礦無線通信系統

4.1無線移動通信系統架構

1）基于TD-LTE通信技術的系統架構。TD-TLE煤礦無線通信系統網絡由基站、接入網關、BRAS和核心網絡通信組成。其語音通信、數據傳輸和集群呼叫主要由核心網絡單元實現，實現模式通過IMS、EPS和DSS集群實現。2）建立基于TD-LTE通信技術的基站通信系統。以Femto Pico基站為基礎無線通信系統不僅可以擴大通信覆蓋范圍，而且可以通過IP SEC的方式接入安全網絡，提高網絡傳輸的安全性能。在基站中，在提供WLANAP承載數據業務的過程中，PDG一般用作數據業務的網絡傳輸的直接接入，通過對3GPP核心網的接入來提高呼叫質量，數據傳輸的高效率，實現統一的業務活動。此外，通過小區基站網絡管理系統，形成了上下級無線網絡通信系統。3）基于IMS、EPC和DSS集群模式的核心網。系統中的核心網主要用于用戶連接、系統管理和網絡承載。具體服務包括遙感服務、簡單消息傳遞和監控控制。TD-LTE無線通信系統采用IMS+EPC+DSS集群構架的融合核心網系統ZXUN iEPC-5。ZXU-IEPC-5小型化產品組裝EPC核心網的特點，采用5U插頭盒，組裝MME、SGW、PGW、HSS等，為用戶提供高速、安全、可靠的通信。4）綜合應用系統平臺。集成應用系統平臺是基于多場景分布式高性能云計算框架，通過各種業務數據的分析處理引擎和其他專用支持工具，提供了高速、可靠和統一處理提供平臺。它具有許多獨特的特點，如靈活性，裁剪和適應性。該集成應用系統平臺可以實現統一的數據存儲、應用接口支持生產自動化管理、安全管理等功能。在Wi-Fi網絡和LTE終端的基礎上，保證了語音、視頻、數據等各種業務的有效發展。為煤礦企業的安全生產和數據處理提供了技術支持。

4.2無線移動通信系統功能

1）調度功能。煤礦生產調度功能是必不可少的。生產調度員需要實現資源的有效調度，以保證煤礦生產中的各種突發情況和安全生產。調度功能主要針對生產過程的管理、煤礦生產過程、資源的整合與分配等。2）語音服務。語音業務包括移動電話和緊急呼叫業務、呼叫號碼識別和顯示服務三種類型。手機是煤礦通信系統用戶和系統內外用戶的重要保障。緊急呼叫服務主要應用于集群用戶發起緊急事件。電話服務的其余部分是相似的，但是它比一般電話服務更快；呼叫號碼顯示也是呼叫用戶的被叫用戶號碼。3）集群通信。集群通信主要是基于無線集群通信系統的自動化信息共享。它主要用于在系統內提供全呼叫、群組呼叫和雙向通信。根據事件級別和緊急呼叫功能，劃分了呼叫級別，保證了煤礦生產的安全調度。4）增值數據業務。增值業務主要包括視頻通話、物聯網干預和移動終端定位。在4G通信技術的支持下，增值數據服務可以保證信號傳輸時間的準確性和精確性，從而了解井下人員的位置和分布，保證煤礦生產的安全性和信息的及時性。

結語

每個無線通信系統都有其自身的優缺點，無論是距離、成本、速率等。但對于煤礦生產的安全性，即使在煤礦中，也需要各種無線通信系統來安全生產。隨著我國社會的進步和煤礦的不斷發展，我國的煤礦開采條件更加復雜，煤礦自動化程度不夠普及，井下工人文化程度低，導致煤礦井下的無線通信水平較低。煤礦井下無線通信技術的進一步研究和實現，是創建安全生產環境、保障井下工人生命安全和完善應急通信系統的重要任務。

參考文獻：

[1]蔡濤，李旭，杜振民，譯.無線通信原理與應用[M].北京：電子工業出版社，2017.

[2]夏士雄，于勵民，鄭豐隆.煤礦通信與信息化[M].江蘇：中國礦業大學出版社，2016.

[3]梅燦華.煤礦井下軌道運輸局控信號系統研究[M].安徽：合肥工業大學出版社，2016.

作者簡介：代鷹，出生年月：1990041，男，漢，籍貫（精確到市）：陜西省西安市，當前職務：電工，當前職稱：助理工程師，學歷：本科，研究方向：煤礦井下4g網絡應用與開發