KT133型无线通信系统在煤矿生产作业中的设计与应用

王 莹，潘启新

(1.中国石油化工股份有限公司管道储运分公司新乡输油处，河南 新乡 453000；2.中国煤炭进出口集团公司，北京 100120)

我国是世界最大的煤炭生产国和消费国，我国煤炭生产主要为地下作业，由于煤炭储存的地质条件复杂多变，经常受到瓦斯、水、火、粉尘、顶板等自然灾害的威胁，加之抗灾能力较弱，煤矿事故尤其是重大、特大事故时有发生。因此，加强煤矿企业安全生产技术改造，尤其是信息化技术改造势在必行，构建集无线通信、人员定位以及考勤管理功能为一体的通信信息化平台，将为煤矿安全生产、抢险救灾提供坚实技术保障，极大改善煤矿通信信息化平台落后的面貌。下文将从煤矿企业生产作业通讯现状、解决思路等方面，讲述KT133型无线通行系统在煤矿生产作业中的设计及功能应用。

1 煤矿行业生产作业通讯状况

1.1 煤矿生产现状

煤炭企业生产作业主要在井下工作面，井下作业存在工作环境恶劣(工作区域狭小、照明差、潮湿、有腐蚀性)，不安全因素多(主要有水、火、瓦斯、顶板等事故的威胁)，人员、设备流动性大等诸多特点；从生产作业流程上看，在井下还具有多工种联合作业的特点。

当遇到矿井突发事故，由于井下作业人员情况不明、通信网络不畅、通信手段单一，往往造成领导层信息不通、指挥不灵、数据不准，不利于事故的抢险救灾，极易造成事故损失的扩大。

传统煤田井下移动通信系统装备的设计制造，是基于专门服务于井下工作地点、特殊行业的专用移动通信设备。尽管其设计考虑井下工作环境与生产调度等特点比较多，但由于其应用范围狭窄(仅限于煤田)，用户群落少，商业利益低，使得传统井下移动通信装备技术水平低、价格高(这里讲价格高，是指性能价格比低)、可靠性差、服务网点少。由于用户群落少(相对公众通信需求数量而言，煤田专用通信的需求量根本微不足道)，无法吸引大厂商的大资金投入，为此煤田井下专用移动通信设备新技术的采用，大大落后于公众移动通信的发展，至今仍停留在20世纪70年代移动通信技术水平上徘徊。

随着社会的进步，科技的发展，生产力水平的不断提升，出现了许许多多先进技术。煤炭行业也是如此。随着煤矿现代化水平的不断提高，信息化矿井的不断完善，通讯装备的配置越来越得到人们的重视。原来的通讯设施越来越满足不了工业生产的需求，于是各种各样的通讯方式成为人们关注的焦点，更高更新的通讯技术成为人们追逐的目标。

1.2 煤矿行业在生产作业上通讯方面存在的问题

(1)矿业集团内部各种矿区分布比较散乱，各种监控系统彼此之间不兼容，形成了许多“信息孤岛”。统一的信息传输平台，是煤矿行业信息化建设的发展方向。

(2)煤矿多处地形复杂地区，而且分布比较复杂，有些煤矿过于集中，部分煤矿分布又过于分散，再加上井下通道复杂，地理环境多种多样，为煤矿的管理带来许多不便。

(3)现有监控设备种类繁杂，数据传输方式各不相同，通讯网络在应用过程中，不可避免的出现重复建设和成本越来越高的现象。如果能把多种监控设施的数据传输都集成在同一网络中，必定可以降低成本。

1.3 解决思路

为了降低矿井突发事故造成的损失，更好地调度指挥煤矿井下作业人员，建立煤矿井下人员定位跟踪、考勤管理及装备井下现代化调度指挥通信网络，意义非常巨大。

井下PHS无线通信，将基于成熟的煤矿PHS移动通信系统和井下人员跟踪定位技术综合运用为一体,将有效的利用现有的通信资源,大幅提高生产效率和安全管理水平,有助于提高在同行业的竞争能力。

井下PHS移动通信系统，与目前应用于井下的移动通信系统(包括井下泄漏通信)有完全不同的设计理念。PHS技术来源于目前在全国各大中小城市中应广泛应用的公众通信系统PHS系统《移动市话亦称小灵通》，按“煤安”标准做了安全技术处理，移植、延伸到煤田井下，从而作为煤矿井下移动信息网络服务平台(即能够同时服务于地面、井下的个人移动移动通讯系统或生产调度系统)。

煤矿井下人员跟踪定位管理系统，是对煤矿入井人员进行实时跟踪监测和定位，随时清楚掌握每个人员在井下的位置及活动轨迹。万一发生灾变，可立即从监控计算机上查询事故现场的人员位置分布情况、被困人员数量、遇险人员撤退线路等信息，为事故抢险救灾提供科学依据。同时，也可利用系统的日常安全管理功能，对矿井人员进行安全管理。

KT133矿用无线通信系统，具有井下井上无线通信、人员跟踪定位管理及辅助考勤管理等功能，能够为煤矿企业解决以上困扰，为煤矿安全生产、抢险救灾提供坚实技术保障。

2 KT133系统在煤矿生产作业中的设计及应用

2.1 设计原则

KT133型无线通信系统在煤矿生产作业的设计基于以下原则：

(1)坚持以《煤矿安全规程》为依据，统筹规划，突出重点，应用成熟的井下通讯产品的原则。建设井下无线通讯系统，为井下各级管理人员，井下特种作业人员配备无线通讯工具，实现井下无线通讯，保障安全生产。

(2)系统集成原则。井下无线通讯系统与有线调度网有机结合组成完善的有/无线调度通讯网，以满足煤矿安全生产、高效快捷的要求。

(3)灵活性和兼容性原则。开放式、分布式的系统，在不改变原有设备的情况下，能方便的升级、扩容，确保系统的科学合理和先进性。

(4)硬件设计模块化原则。系统硬件采用模块化设计，使用先进可靠的设计制造技术，在系统结构形式和控制方式上确保系统的可靠性。

(5)系统易用原则。系统设计人性化，功能丰富，操作上易用性强；硬件连接简单、方便实施。

(6)系统设计合理，集成度高、造价低。

2.2 系统设计

系统的设计方面，包括架构设计、无线规划、频率规划、系统话务设计、呼损设计、设备布放设计等内容。

2.2.1 架构设计

KT133无线通信系统主要由移动交换与无线调度系统、地面基站控制器、40MW防爆基站(KT133-F)、500MW地面大功率基站、矿用本安手机(KT133-S)等构件组成，所有井下网元都符合煤矿环境要求。系统架构图见图1。

图1 系统架构图

2.2.2 无线规划

系统采用分区覆盖，整个系统分地面及井下两个区域。

地面无线信号覆盖：地面信号覆盖需要依据现场环境勘测而定，如覆盖范围、建筑物密集程度、话务量大小等，来确定地面无线信号覆盖范围和方法。

地面基站覆盖范围： 500MW大功率基站覆盖半径约为1000m。

井下无线信号覆盖：井下巷道由于为狭长型通道，采用KT133-F矿用基站，使用定向天线方式进行覆盖。根据要求信号覆盖的矿井巷道布置图，进行KT133-F矿用基站的设置。矿用基站在运输大巷传输距离约为800m、顺槽运输巷距离约为400m，基站天线覆盖范围与巷道条件有关。

2.2.3 频率规划

根据国家规定的频段的要求PHS系统频率：控制载频(C-ch)：第24号载频或第26号载频；话音载频(T-ch)：18号(1900.250MHz)-77号(1917.950MHz)载频。

2.2.4 系统话务设计

按煤矿设计规范，井下采用矿用40MW防爆基站；地面采用500MW大功率室外基站覆盖，确保重点区域覆盖效果和话务量。

每个40MW基站，可提供的话务量为0.899 Erlang,每个500MW基站，可提供的话务量为3.738Erlang。

2.2.5 呼损设计

空中信道呼损设定值5%，有线系统呼损设计值1%。

2.2.6 设备布放设计

交换机及基站控制器在通信机房并上架安装，网管计算机放置于通信机房。地面500MW大功率基站安装位置，根据实际情况确定。

2.3 系统功能

2.3.1 无线PBX功能

实现统一编号方案、外线直接拨入(DDI)、缩位拨号、免打扰、语音通知、呼叫等待、遇忙提示重拨/前转/转话务员、紧急呼叫业务、呼叫无条件/遇忙/无应答前转、呼叫转移、三方通话、呼入呼出限制业务、呼叫代答、路由功能、长途呼叫自动添加VoIP前缀、主叫号码显示加前缀、用户快速添加功能、提供语音信箱接口、支持前缀短消息、个性化语音提示配置、管理员的分级管理权限、根据人名/部门/话费/被叫电话/通话量进行分类和统计、移动分机之间通话、移动分机短信、调度群发短信及无线定位跟踪、利用及融合现有的通信资源实现服务区内的有线与无线通信系统、地面与井下通信系统形成完美的结合，个人终端手机可以自由漫游于井下主要巷道，还可以与现有煤矿行政程控交换机之间通过E1数字中继实现等位直拨,或通过E1数字中继方便地接入公网、系统支持FSK方式的来电显示等无线PBX功能。

2.3.2 特色业务服务

实现丢话通知、短消息、一机双号(双待机)、一呼双响、办公费用控制、话务台和漫游组网等功能。

2.3.3 调度业务功能

实现调度呼叫内外线用户、调度紧急呼叫分机、调度插入 、调度强拆、调度组呼、群呼、调度同组转移、代答 、调度截接、调度分机参数设置、调度系统参数设置、分机、中继状态显示、呼叫保留、切换、呼叫转接、调度分组、调度级别管理、日期、时间显示、广播功能、分组调度、调度通话优先、调度台配置等调度业务功能。

2.3.4 定位跟踪及辅助考勤管理功能

实现主动查询人员位置信息、人员历史运行轨迹回放、告警管理、历史告警记录查询和打印、个人信息管理、井下设备管理、员工考勤管理功能、GIS地图功能、图层控制、地图文件格式转换、地图打印输出、考勤管理等功能。

2.4 系统特点

(1)由于纳入无线通信设备主流系统，使井下移动通信装备能同步于地面现代无线通信技术发展的步伐，从而能得到世界级生产厂商的长久支持。系统中各种配置比传统煤田井下移动通信系统有很高的可靠性，PHS系统基于大话务量设计，系统具备很高的性价比。

(2)通过集成原有通信资源，服务区内的有线与无线通信系统、地面与井下通信系统形成完美地结合，个人终端可以自由漫游于地面、井下，还可方便接入公众通讯网。

(3)系统具有较强的扩展性。基于模块化的系统结构，可以增加较低费用，方便地对原系统进行扩容和功能升级。

(4)实现煤矿井下作业人员进出的有效识别和监测监控，使管理系统充分体现“人性化、信息化和高度自动化”，实现数字矿山的目标。

(5)为煤矿管理人员提供人员进出限制、考勤作业、监测监控等多方面的管理信息。

(6)有线无线一体化，满足有线、无线、话音和数据的多方通信需求。

(7)解决井下事故时的应急救灾需求。

由于KT133矿用无线通信系统融合无线通信、人员跟踪定位及考勤管理等功能，系统具有投资低、功能强的特点，满足煤矿企业对主流通信产品的需求。

3 结束语

KT133型无线通信系统在煤矿生产的成功运行和使用情况表明，该系统基于 PHS (无线公话系统)技术，解决了煤矿井下复杂巷道的覆盖要求，实现了矿井无线信号的无缝覆盖；高质量的语音通信，解决了煤矿井下移动人员和零散作业人员的通信要求，提高了地面与井下的通信的实时性与可靠性；强化了人员的管理，做到人员快速合理调配，提高了工作效率，同时减少了管理人员数量，提高了煤矿生产的整体效率，并且与原有数字程控调度通信系统汇接，实现了该矿安全生产、指挥调度系统有线、无线的结合。

该系统对其他系统的集成，有效保障投资价值，满足语音、数据、图像传输功能，为煤矿安全生产管理和通信注入了新的活力，为煤矿提高矿井的现代化水平创造了极为有利的条件。

[1] 胡穗延.煤矿自动化和通信技术现状与发展趋势[J].煤炭科学技术，2007(8).

[2] 煤炭科学研究总院常州自动化研究院.矿用CDMA多功能无线通信系统[R].常州：煤炭科学研究总院常州自动化研究院，2006.

[3] 李润求.基于ZigBee技术的煤矿井下人员跟踪定位系统研究[J].湖南科技大学，2009.