4G網絡在大柳塔煤礦井下的應用

李繼軍

(神東煤炭集團大柳塔煤礦，陜西 神木 719315)

0 引言

隨著通信技術的發展，4G網絡應用已經進入千家萬戶。4G網絡依仗豐富的功能，給人們帶來更多網絡通訊上的便利，如移動互聯網、物聯網、視頻會議乃至車聯網等一系列應用都將隨著4G的普及而更為大眾所熟知并接受，廣大用戶能感受到更全面強大的4G信息化應用服務。在4G網絡迅猛發展的同時，煤礦井下也開始應用4G網絡，如通過視頻處理生產過程中遇到的問題，隨時隨地進行語音通話、地面對井下固定設備監控等。現就大柳塔礦井應用4G網絡的情況介紹4個方面的內容：4G網絡系統的組成及特點、4G綜合分站的網絡配置、4G網絡在煤礦井下的應用以及4G手機應用現狀。

1 4G網絡系統組成及特點

1.1 系統組成

系統主要由萬兆環網、礦用一體化本安型綜合分站、廣播終端、本安手機、識別卡、有線電話、PLC等感知終端組成。實現了從設備感知到統一的綜合接入、統一的綜合傳輸到地面服務器平臺的一體化物聯網解決方案。

1.2 系統特點

統一的萬兆環網：傳輸容量大、能滿足未來業務增長的需求。

綜合的業務接入：直接應急廣播、無線有線一體化調度通信、無線通話、有線通話、無線視頻、有線視頻、人員定位、PLC等。

支持最新的4G無線通訊技術：滿足井下數據無線傳輸和視頻調度的需求。

一體化調度：可實現井下廣播、井下話機和無線手機的一體化調度。

可直接與公網對接：實現井下與公網之間互通。

實現精確定位：能提供精確的人員定位系統。

2 4G綜合分站的網絡配置

2.1 4G綜合分站的功能和特點

綜合分站具有以下功能：3G/4G無線通信、模擬/IP電話、人員定位、廣播、視頻監控、485串口/CAN。綜合分站最大限度的集成了通信子系統的接入，保證了整體網絡平臺的規劃，它的建設決定了通信信息采集的運行質量和發展，是“4G網絡”的重要組成部分。

綜合分站具有以下特點：①本安型設計，滿足煤礦井下任何場所的安裝使用，可在井下打開設備進行操作；②工業級產品，滿足井下惡劣環境使用，設備穩定性高，故障率少；③單塊化架構，熱插拔，方便擴容業務接口；④統一的背板插槽，減少連線的數量，提高了設備的穩定性；⑤“電信級”無線基站，穩定可靠覆蓋距離遠，具有成熟的商用案例；⑥多業務接入，能提供3G、4G、 Zigbee等多種無線信號，滿足通話、定位和視頻數據流無線需求。

2.2 4G綜合分站數據業務配置

配置綜合分站之前，先要搞清楚上網業務在分站板槽的什么位置上。一般而言，前臺現場人員會先說明綜合分站的位置，業務接入綜合分站的槽位號和端口號，這樣便于快速配置。后臺數據配置人員需要通過臺賬，查找出這個綜合分站具體的環網、槽位和端口位置信息。

環網配置中，以中驅變電所環網0-1-1 GE1為例，下面綜合分站同樣是以這個端口下的分站舉例，綜合分站的管理IP地址是10.210.100.29。井下防爆電腦網線接入綜合分站“主皮帶3 400 m”7/4口。telnet 10.210.100.29，賬號：admin，密碼：admin，按enter進入配置模式，密碼：admin。show running-config查看這個綜合分站的基本配置，如圖1所示。

圖1 進入分站網絡設置

查看完數據，先查看一下綜合分站7/4口是否處于UP狀態，UP表示網線連接成功，DOWN表示連接不成功。命令：show interface 7/4。

進行端口數據配置：

KJJ24# configure interface 7/4 進入7槽位4號端口

KJJ24(config-if)# no switchport VLAN 100 刪除原有的VLAN數據，點擊？可以查看需要的命令。

KJJ24(config-if)# no switchport VLAN 100 回車刪除成功

KJJ24(config-if)# switchport default VLAN 541 配置VLAN為541的Accses數據

KJJ24(config-if)# sw VLAN 541 untag 配置VLAN為541的Accses數據

KJJ24(config-if)# exit 退出7槽位4號端口

KJJ24# configure interface 3/1 進入3/1口，因為3/1為綜合分站上聯口。

KJJ24(config-if)# switchport VLAN 541 tag 配置VLAN為541的trunk數據

KJJ24(config-if)# exit 退出3/1口。

KJJ24# configure interface 4/1 進入4/1口，因為4/1為綜合分站下聯口。

KJJ24(config-if)# switchport VLAN 541 tag 配置VLAN為541的trunk數據

KJJ24(config-if)# exit 退出4/1口

KJJ24# write 保存數據

KJJ24# show run 查看VLAN 541是否成功配置。

KJJ24# quit 退出10.210.100.29分站

Are you sure to quit? yes[Y] or no[N]：[N]y

通過綜合分站臺賬可以看出，主皮帶巷3 400 m綜合分站沒有直接和中驅變電所環網相連，因此，還需要在主皮帶巷3 000 m綜合分站的上聯口和下聯口配置VLAN為541的trunk數據。telnet 10.210.100.28查看數據，show run，如圖2所示。

圖2 查看分站網絡狀態信息

通過圖2可以看出主皮帶巷3 000 m綜合分站，沒有配置VLAN 541，需要配置上聯口3/1和下聯口4/1。上聯口光纜連接中驅變電所環網0-1-1 GE1口，下聯口光纜連接主皮帶巷3 400 m綜合分站的3/1口。

命令如下：

KJJ24# configure interface 3/1 進入3/1口，因為3/1為綜合分站上聯口。

KJJ24(config-if)# switchport VLAN 541 tag 配置VLAN為541的trunk數據

KJJ24(config-if)# exit 退出3/1口。

KJJ24# configure interface 4/1 進入4/1口，因為4/1為綜合分站下聯口。

KJJ24(config-if)# switchport VLAN 541 tag 配置VLAN為541的trunk數據

KJJ24(config-if)# exit 退出4/1口

KJJ24# write 保存數據

KJJ24# show run 查看VLAN 541是否成功配置。

telnet 10.210.100.29 進入后查看7/4狀態情況，如果處于UP狀態，證明業務已通。

3 4G網絡在煤礦井下現有的應用

3.1 4G手機業務

基本語音業務：①實現專網手機之間的呼叫;②實現手機與神東專網用戶之間的呼叫；③實現手機與公網固定電話之間的呼叫；④實現手機與公網移動電話之間的呼叫。

短信、彩信業務：①4G專網手機之間互發短信；②信息存儲功能。信息發送失敗時，系統對信息進行存儲，待用戶可接收短信或重發時間到時重新發送該條短消息；③實現彩信功能。實現手機之間圖片傳輸，實現專網手機彩信功能，可實現互發圖片、語音、文字、視頻；④短信平臺可以對4G手機群發短信。

聊天軟件使用：通過微信、企業微信、QQ等軟件實現視頻通話；通過聊天軟件實現文字、圖片的傳輸，方便井上下的溝通。

手機查詢設備運行狀態及告警信息：手機查詢5-2煤皮帶監控組態圖及運行告警信息，如圖3所示；手機查詢5-2煤安全監控信息畫面，如圖4所示。

圖4 5-2煤安全監控信息畫面

圖3 5-2煤皮帶監控組態圖

3.2 井下設備聯網業務

數據上傳和工業控制：①井下設備通過光纜接入綜合分站的光口，實現了地面對井下設備的控制、監視等，如大巷皮帶變頻器、變電所控制柜等。②綜采工作面、連掘隊破碎機、皮帶卸料口等攝像頭通過網線將其接入4G綜合分站，地面可看到實時視頻。③連掘隊使用的皮帶控制器、移動變壓器控制器等通過485端口接入4G綜合分站，實現了設備的數據上傳。④綜采工作面的采煤機位置接收器、帶有無線功能的攝像頭、4G手機等通過無線網絡與4G綜合分站連接，實現了設備數據傳輸。⑤與翌日廠家聯合將帶定位功能的礦燈(具備聲、光、震動報警)接入4G綜合分站，并將信息上傳至地面；與翌日廠家聯合將車載定位器(具備超速報警、語音播報)接入4G綜合分站，并將信息上傳至地面。

4G網絡接口：①井下固定的變電所安裝有萬兆環網交換機，由8*GE RJ458電口卡、8*GE SFP光口卡、4*SFP和4*RJ45光電混合卡、兩端口萬兆光口卡組成，其交換容量為72G；②4G綜合分站內有光口、電口、485口等供井下設備聯網使用，具體的接口有24*2 ODF配線接口、3*千兆光口(電口)、6*4百兆光口、6*4百兆電口、10*2路485口、6*4路模擬視頻口、4*4路電話接口、10*2路CAN接口、8*6路監測接口。

無線數據傳輸能力：①目前井下數據總帶寬為1 000 Mbps；②輸出功率為2*250 mW，使用統一的3口輸入天線，減少合路器和功分器的損耗；③現上網帶寬為上行50 Mbps，下行150 Mbps。

3.3 調度業務

調度相關業務：①有線、無線統一調度；②一鍵呼叫、轉接、代答、排隊、保持、掛斷；③強插、強拆、監聽；④群答、群呼功能、緊急廣播；⑤普通廣播、定時廣播、點播歌曲、定時打鈴；⑥會議功能、輔機功能；⑦調度與分站之間實現對講，也可實現分站與分站之間對講。

錄音功能：①配置為1 TB硬盤，錄音文件的存儲時間超過6個月；②對錄音文件進行查詢、檢索、排序、拷貝、刪除、放音等操作；③用戶管理、文件查詢、檢索、排序；④文件拷貝、刪除、錄音文件播放。

3.4 人員定位系統

人員定位系統由定位軟件、雙機熱備軟件、數據庫、服務器(host)、交換機、打印機、井口LED顯示屏、UPS電源、礦用電源、礦用定位分站、讀卡器、掃卡儀、標識卡、信息化礦燈、接線盒等設備組成。

系統組成：人員定位系統由定位軟件、雙機熱備軟件、數據庫、服務器(host)、交換機、打印機、井口LED顯示屏、UPS電源、礦用電源、礦用定位分站、讀卡器、掃卡儀、標識卡、信息化礦燈、接線盒等設備組成。在煤礦井下主要應用有人員定位、車輛定位、門禁考勤。

精確定位：第3代定位技術，信號飛行時間定位是新一代定位技術，具有場強定位的優點，測量距離和實際距離誤差都在5 m之內，能夠準確掌握井下巷道人員的位置，和每個人任意時刻所在的位置及各時間段的軌跡，標示卡讀卡速度快，漏卡率低。

軌跡回放：可對人員和機車的運動軌跡進行跟蹤回放，掌握其詳細工作路線和時間，在進行救援或事故分析時可提供有效的線索或證明，并可對井下的工作人員進行實時跟蹤，實時掌握井下工作人員的活動軌跡。

井下報警：①區域報警。可以實現井下重點區域、危險區域、限制區域的設置，并根據具體的區域的情況設計報警值；②脫崗報警。當工作人員脫離自己的工作崗位時，進行報警提示；③超員超時報警。當井下人員大于礦井允許的工作人員的數量時，系統會報警提示。下井人員工作時間超過其規定值時，系統會報警提示工作人員。

緊急撤離：地面人員掌握到異常情況，需要指揮井下人員迅速撤離時，可通過系統向所有人員發出緊急指令，發出聲光警報，提示井下工作人員緊急撤離，并可動態掌握撤離進行情況。其中包括，①群呼。對礦井所有工作人員發出指令，呼叫其撤離礦井，也可對設定的區域進行呼叫，提示其撤離及呼叫具體的讀卡器，提示其周圍的人員撤離；②單呼?？梢跃唧w呼叫井下某一個人，提示其撤離。只要該人的標示卡在定位讀卡器的覆蓋范圍內，就可以對其進行個別呼叫提示其撤離。

遠程管理：可通過互聯網對系統進行操作，實現遠程管理和監控，管理人員出差在外也可隨時查看井下實況，特別是發生事故時不在現場也可及時掌握第一手情況，進行救援指揮。并可實現信息的遠傳，直接將井下的實時數據傳到集團總部和當地的礦山管理部門，更加方便企業與政府的實時監管。

數據存儲：數據庫可以長時間存儲下井數據，對系統的任何修改信息都一直保存，方便管理維護人員查看系統維護信息，對系統的維護檢查提供有力的數據支撐。

4 4G手機應用現狀

4.1 4G與3G和小靈通相比的優點

音質好：4G在使用過程中音質比原先使用的3G和小靈通音質好，一旦接通語音質量不變。

增值業務使用效果好：4G的增值業務比較好，可以在3G的基礎上添加其他業務，較小靈通方便許多。增值的業務在我礦使用的效果普遍都很好，穩定性也高。

豐富傳輸內容：相比小靈通來說可傳輸的不僅僅是語言，還增加了數據、圖像。

無線覆蓋范圍廣：4G無線的覆蓋范圍比以前大，在條件好的巷道可達1 000 m，一般條件可到700 m。

更好地滿足通話需求：單臺基站控制器可訪問用戶增加了，可滿足20多個用戶同時語音通話。

整體性能提升：配發的4G手機比原來的3G手機和小靈通無論是使用靈敏性，待機時長，都有很大的提高，無論是科室人員或區隊的同事都反映4G手機使用效果很好。

4.2 4G手機在煤礦井下使用的利與弊

由于4G網絡在煤礦井下的應用，4G手機也在井下找到了舞臺，煤礦工人在井下可以和家人進行通話，通過手機瀏覽網頁，在設備出現故障時，通過視頻可以和檢修人員進行視頻溝通，進而解決了設備故障，提高了生產效率。4G手機在煤礦井下的利用方便了井上井下的溝通，豐富了煤礦工人在井下的生活，但同時，它的使用也會存在某些弊端，如工人在井下玩手游，影響工作甚至安全；部分4G手機的非防爆性，對于煤礦而言存在有局部瓦斯爆炸的風險。4G手機在煤礦井下的利用有利也有弊，應該讓其娛樂作用降到最低甚至零，使其溝通業務發展到最大值。

5 結語

當下是一個科技高速發展的時代，通信行業的技術更新速度快，新技術層出不窮，4G網絡技術作為通信快、高性能、高頻率的寬帶無線通信網絡應運而出，充分滿足了用戶服務的要求。煤礦井下4G網絡的使用，加強了煤礦安全生產，促進了煤炭行業現代化建設，提高了煤礦的經濟效益和社會效益，提高了煤礦管理效率，助推煤礦企業又好又快發展。