4G無線通信技術(shù)在煤礦井下的應(yīng)用研究

摘要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展，先進(jìn)的無線通信技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，煤礦安全事故頻發(fā)，解決煤礦安全生產(chǎn)迫在眉睫。無線通信技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用，已成為實時掌握煤礦井下作業(yè)人員的分布和設(shè)備，實時監(jiān)測井下數(shù)據(jù)，提高救援和安全救援的效率。及時搜救的必要系統(tǒng)。論文2htm

關(guān)鍵詞：煤礦；井下無線通信；技術(shù)應(yīng)用

引言

煤是我最重要的能源之一，也是所有工業(yè)的基礎(chǔ)燃料。隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對煤炭的需求量越來越大，煤炭開采規(guī)模的增加和對地下工作者的需求的增加，導(dǎo)致地下安全系數(shù)和地下工作者的安全不容忽視。近年來，我國煤炭工業(yè)的安全生產(chǎn)越來越受到重視。由于地質(zhì)條件的限制，煤礦開采主要以地下為主，礦井深數(shù)百米。為了解決礦井安全生產(chǎn)問題，實現(xiàn)礦井的安全調(diào)度和通信保障是首要問題。礦井位置分散，地形復(fù)雜，監(jiān)測區(qū)域的流動性較大。與有線通信系統(tǒng)相比，井下無線通信的移動性不僅有利于系統(tǒng)的接入，而且能實時地向地面監(jiān)控中心發(fā)送監(jiān)控數(shù)據(jù)，最大限度地提高安全生產(chǎn)效果。

1.4G的概念

4G技術(shù)支持100Mbp～150 MbPs下行鏈路網(wǎng)絡(luò)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(lián)通3G（WCDMA）7.2MbPs的14倍。4G通信技術(shù)不是脫離以往的通信技術(shù)，而是基于傳統(tǒng)的通信技術(shù)，并采用一些新的通信技術(shù)來提高無線通信的網(wǎng)絡(luò)效率和功能。如果3G能夠為人們提供高速的無線通信環(huán)境，那么4G通信將是超高速無線網(wǎng)絡(luò)，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(yán)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(shù)據(jù)的傳輸只是4G手機的功能之一。因此，未來4G手機應(yīng)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(tǒng)的實際應(yīng)用

井下無線通信系統(tǒng)以有線網(wǎng)絡(luò)為骨干，擴展無線網(wǎng)絡(luò)，在井下設(shè)置多個基站，通過無線局域網(wǎng)覆蓋地下隧道，并將礦用本地移動電話的終端接入設(shè)備實現(xiàn)，從而實現(xiàn)井下語音調(diào)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(jìn)行通信，使井下所有人員在最短的時間內(nèi)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(guān)的指令以及應(yīng)該采取的緊急措施應(yīng)包括在礦山的所有相關(guān)人員身上。在日常運行中，借助系統(tǒng)指令、人員調(diào)度、指揮生產(chǎn)、報表制作等更好地促進(jìn)安全生產(chǎn)，提高井下作業(yè)效率。

3.無線通信技術(shù)應(yīng)用于煤礦開采的重要意義

由于煤炭生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜，井下人員多，設(shè)備流動性大，在生產(chǎn)作業(yè)中，多采用聯(lián)合流動作業(yè)形式，這就需要大量的重型設(shè)備進(jìn)行分批開采。無論是在設(shè)備運輸中，還是在安裝中，都在煤礦生產(chǎn)中起作用。在調(diào)試中，它們都有更高的要求。如果不重視井下的協(xié)同生產(chǎn)，容易發(fā)生瓦斯爆炸事故。然而，隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，建立了基于4G通信技術(shù)的無線移動通信系統(tǒng)，并應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)。既能保證煤礦的順利運行，又能完成應(yīng)急處理。因此，4G無線通信移動系統(tǒng)在煤礦中具有十分重要的意義。

4.基于4G信技術(shù)的煤礦無線通信系統(tǒng)

4.1無線移動通信系統(tǒng)架構(gòu)

1）基于TD-LTE通信技術(shù)的系統(tǒng)架構(gòu)。TD-TLE煤礦無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由基站、接入網(wǎng)關(guān)、BRAS和核心網(wǎng)絡(luò)通信組成。其語音通信、數(shù)據(jù)傳輸和集群呼叫主要由核心網(wǎng)絡(luò)單元實現(xiàn)，實現(xiàn)模式通過IMS、EPS和DSS集群實現(xiàn)。2）建立基于TD-LTE通信技術(shù)的基站通信系統(tǒng)。以Femto Pico基站為基礎(chǔ)無線通信系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)陌踩阅?。在基站中，在提供WLANAP承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的過程中，PDG一般用作數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹苯咏尤?，通過對3GPP核心網(wǎng)的接入來提高呼叫質(zhì)量，數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝?，實現(xiàn)統(tǒng)一的業(yè)務(wù)活動。此外，通過小區(qū)基站網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，形成了上下級無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。3）基于IMS、EPC和DSS集群模式的核心網(wǎng)。系統(tǒng)中的核心網(wǎng)主要用于用戶連接、系統(tǒng)管理和網(wǎng)絡(luò)承載。具體服務(wù)包括遙感服務(wù)、簡單消息傳遞和監(jiān)控控制。TD-LTE無線通信系統(tǒng)采用IMS+EPC+DSS集群構(gòu)架的融合核心網(wǎng)系統(tǒng)ZXUN iEPC-5。ZXU-IEPC-5小型化產(chǎn)品組裝EPC核心網(wǎng)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(yīng)用系統(tǒng)平臺。集成應(yīng)用系統(tǒng)平臺是基于多場景分布式高性能云計算框架，通過各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)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(tǒng)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(yīng)性。該集成應(yīng)用系統(tǒng)平臺可以實現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲、應(yīng)用接口支持生產(chǎn)自動化管理、安全管理等功能。在Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)和LTE終端的基礎(chǔ)上，保證了語音、視頻、數(shù)據(jù)等各種業(yè)務(wù)的有效發(fā)展。為煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)和數(shù)據(jù)處理提供了技術(shù)支持。

4.2無線移動通信系統(tǒng)功能

1）調(diào)度功能。煤礦生產(chǎn)調(diào)度功能是必不可少的。生產(chǎn)調(diào)度員需要實現(xiàn)資源的有效調(diào)度，以保證煤礦生產(chǎn)中的各種突發(fā)情況和安全生產(chǎn)。調(diào)度功能主要針對生產(chǎn)過程的管理、煤礦生產(chǎn)過程、資源的整合與分配等。2）語音服務(wù)。語音業(yè)務(wù)包括移動電話和緊急呼叫業(yè)務(wù)、呼叫號碼識別和顯示服務(wù)三種類型。手機是煤礦通信系統(tǒng)用戶和系統(tǒng)內(nèi)外用戶的重要保障。緊急呼叫服務(wù)主要應(yīng)用于集群用戶發(fā)起緊急事件。電話服務(wù)的其余部分是相似的，但是它比一般電話服務(wù)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(tǒng)的自動化信息共享。它主要用于在系統(tǒng)內(nèi)提供全呼叫、群組呼叫和雙向通信。根據(jù)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(chǎn)的安全調(diào)度。4）增值數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。增值業(yè)務(wù)主要包括視頻通話、物聯(lián)網(wǎng)干預(yù)和移動終端定位。在4G通信技術(shù)的支持下，增值數(shù)據(jù)服務(wù)可以保證信號傳輸時間的準(zhǔn)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(chǎn)的安全性和信息的及時性。

結(jié)語

每個無線通信系統(tǒng)都有其自身的優(yōu)缺點，無論是距離、成本、速率等。但對于煤礦生產(chǎn)的安全性，即使在煤礦中，也需要各種無線通信系統(tǒng)來安全生產(chǎn)。隨著我國社會的進(jìn)步和煤礦的不斷發(fā)展，我國的煤礦開采條件更加復(fù)雜，煤礦自動化程度不夠普及，井下工人文化程度低，導(dǎo)致煤礦井下的無線通信水平較低。煤礦井下無線通信技術(shù)的進(jìn)一步研究和實現(xiàn)，是創(chuàng)建安全生產(chǎn)環(huán)境、保障井下工人生命安全和完善應(yīng)急通信系統(tǒng)的重要任務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡濤，李旭，杜振民，譯.無線通信原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)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(yè)大學(xué)出版社，2016.

[3]梅燦華.煤礦井下軌道運輸局控信號系統(tǒng)研究[M].安徽：合肥工業(yè)大學(xué)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(dāng)前職務(wù)：電工，當(dāng)前職稱：助理工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：煤礦井下4g網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與開發(fā)