霍爾辛赫煤礦通信網絡改造優化方案的研究

暴 晶

(山西霍爾辛赫煤業有限責任公司，山西 長治 046600）

智慧礦山是以礦山系統為原型，以現代手機應用技術和網絡技術為支撐，建立起的基于移動數據網絡的手機應用程序，可用多媒體和模擬仿真參數技術進行多維的表達，可以實現礦山的安全生產管理一體化，全面實現對礦山可知、可見、可控、可管的狀態。煤礦通信網絡具有實現煤礦通信、調、控制及信息采集的功能，是當前智慧礦山系統的關鍵環節。霍爾辛赫煤礦自主開發的智慧礦山APP已在2017年3月上線，試運行過程中發現煤礦的無線通信網絡在井下信號不足，無法滿足智慧礦山APP的運行，需要采用4G無線通信技術來實現相應功能的優化。

1 煤礦用無線通信技術的應用分析

煤礦用無線通信網絡技術經過了多個階段，從最初的小靈通無線通信系統、WIFI無線通信系統、3G無線通信系統，到當前基于TD- LTE通信技術的4G無線通信系統。當前煤礦信息化、智能化和移動性需要4G無線通信系統來滿足語音通信、井下視頻監控、環境監測監控、地質構造監測、巷道數據采集、礦井應急救援等方面的需要。

當前基于TD- LTE通信技術的4G無線通信系統實際的數據傳輸速率在很多情況下高于ADSL固定的可用數據傳輸速率。4G-LTE部署了多種不同的帶寬，大多數網絡使用5-20MHz的帶寬，以提高其速率。4G-LTE網絡能夠提供通信往返時間在10-20ms，4G-LTE系統支持整個網絡內的移動性，包括4G-LTE帶內的無縫切換和與傳統無線網絡間的異頻切換。4G-LTE網絡通過使用不連續的接收和發送｛DRX/DTX）來優化終端功耗。4G-LTE簡單的網絡部署需求也給運營商帶來了優勢。SON使得網絡配置和優化更簡單，保證了更快、更高效的網絡部署。4G-LTE支持多種不同的頻帶，以滿足全球所有運營商的需求。總的來講，4G通信網絡系統的優勢主要有以下幾點：通信速率高，可達3G網絡的幾十倍；頻譜效率高，相比3G網絡有很大的改善；延遲低，單向傳輸時延時控制在5ms內；融合性與靈活性都非常好。從其優點來看，是非常滿足當前煤礦智慧礦山系統中的無線通信網絡系統的要求的。

2 霍爾辛赫煤礦4G無線通信技術的實現方式

2.1 霍爾辛赫煤礦煤礦井下4G無線通信系統組成

根據霍爾辛赫煤礦的現狀以及智慧礦山APP軟件應用的需求，對4G無線通信系統的布置情況如圖1所示。

圖1 霍爾辛赫煤礦4G通信網絡系統結構布置示意圖

霍爾辛赫煤礦4G無線通信系統主要由北京唐柏通訊技術有限公司提供，其KT319礦用無線通信系統已獲得煤安認證。如圖1所示，霍爾辛赫煤礦4G網絡系統由3部分組成：（1）地面調度系統（主要是對講機房和信息控制中心）：主要包括KT319- eSCN230核心網和K T319-eOMC網管服務器。（2）無線接入網絡設備（地面覆蓋）：KT319-J地面用信息傳輸接口（BBU）和KT319-F1礦用隔爆兼本安型基站（C PE）。（3）煤礦用終端：KT319-F2礦用隔爆兼本安型數據傳輸分站（CPE），KT319-S礦用本安型手機，KBA127W礦用隔爆兼本安型無線攝像儀（其自帶TD-LTE數據模塊可以高增益定向天線實現全無線傳輸）。

2.2 井下綜采工作面4G通信系統布置方案

霍爾辛赫煤礦3207工作面主要位于3#煤層，采用的工藝為一次采全高，當前采長250m，采高6.4m，順槽長度為1200m，設計開采工作面的4G通信網絡系統的基站布置如圖2。

綜采3207工作面井下共布置3臺基站，分別在供液列車機頭處、操控列車處、綜采工作面機頭處，其主要目的是為了實現運輸順槽至綜采工作面的4G無線網絡覆蓋。另外還在井下3207工作面安裝3臺無線高清攝像儀，主要用來對破碎機、機頭和機尾三角煤處進行監控，并將相應的數據傳送到地面控制中心。

圖2 霍爾辛赫煤礦4G通信網絡系統結構布置示意圖

3 4G無線通信技術實現的功能分析

霍爾辛赫煤礦智慧礦山系統全面采用4G無線通信系統后，可以實現以下功能。

（1）語音視頻通訊。提供傳統的移動電話語音業務、短信通信業務以及彩信相關業務，新增視頻通話業務，工作人員可以通過手機實時傳送語音和圖像，無線視頻業務可在有線視頻監控的盲區傳遞實時圖像，地面信息控制中心可以通過視頻來掌握井下的具體情況，以便做出正確的判斷和決策。

（2）多媒體集群調度。支持專業的語音、視頻、短信、彩信、數據等集群調度業務以及實時的視頻、數據回傳、分發功能以及相應的一鍵緊急呼叫等功能。

（3）視頻監控。通過回傳功能來實現即時視頻監控。

（4）手機脫網直通。可以保障手機在沒有網絡的情況下實行直通，避免因斷網問題導致安全事故發生。

（5）4G通信網絡可以有強大的兼容、擴容、升級能力，保障后期其他系統的順利接入。

4 霍爾辛赫煤礦4G無線通信技術應用的價值體現

自從霍爾辛赫煤礦全面采用基于TD- LTE通信技術的4G無線通信系統后，整個煤礦的通信信號得到了改善，同時也克服了井下復雜的地質情況及干擾信號源多的問題，保障了智慧礦山APP軟件的應用。

（1）煤礦領導及管理人員可以在4G無線通信網絡覆蓋區域內內全面實現視頻、語音、短信、彩信的工作指揮和調度，可以在任何場合通過手機掌握和了解煤礦的任何區域的實時狀況，節約了下井了解情況的時間，可以快速地處理事件以及做相應的方案。

（2）4G無線通信系統具有視頻分發、回傳功能。可以將開采現場的情況回傳給領導，為以后的事故防范以及責任區分提供證據；可以對井下重點區域進行回傳，加強對其情況的了解和掌握；可以將各種設備故障時時傳輸，為設備故障的維修和解決提供最準確的信息，增加維修效率，保障設備的正常運轉時間。

（3）當前地面控制中心可以實現和區隊、班組的群呼、組呼，即時強行開展小型視頻、語音會議，強行斷開低權限間通訊等功能，可以將相應的信息、要求、精神及時地進行傳達。進一步提高煤礦的管理效率，降低煤礦的人力成本。

（4）此4G無線通信網絡支持第三方數據傳輸，能減少其他可利用此網絡進行傳輸的第三方的基礎投入，減低煤礦的應用成本。

（5）此4G無線通信網絡系統的應用，避免了補丁問題導致的設備投入，同時也避免了因補丁所帶來的通信網絡兼容性和穩定性等隱患。

5 結語

論文對霍爾辛赫煤礦4G無線通信系統的組成進行了分析，并對井下綜采工作面的布置方案進行了詳細的闡述，對其實現的功能進行分析，最后對4G無線通信技術在霍爾辛赫煤礦的應用價值進行了總結。希望此4G無線通信網絡的改造方案可以為其他同類型煤礦的通信網絡的改造提供參考。