4G无线通信技术在煤矿井下的应用研究

摘要：随着经济的发展，先进的无线通信技术得到了广泛的应用。近年来，煤矿安全事故频发，解决煤矿安全生产迫在眉睫。无线通信技术在煤矿中的应用，已成为实时掌握煤矿井下作业人员的分布和设备，实时监测井下数据，提高救援和安全救援的效率。及时搜救的必要系统。论文2htm

关键词：煤矿；井下无线通信；技术应用

引言

煤是我最重要的能源之一，也是所有工业的基础燃料。随着中国经济的快速发展，对煤炭的需求量越来越大，煤炭开采规模的增加和对地下工作者的需求的增加，导致地下安全系数和地下工作者的安全不容忽视。近年来，我国煤炭工业的安全生产越来越受到重视。由于地质条件的限制，煤矿开采主要以地下为主，矿井深数百米。为了解决矿井安全生产问题，实现矿井的安全调度和通信保障是首要问题。矿井位置分散，地形复杂，监测区域的流动性较大。与有线通信系统相比，井下无线通信的移动性不仅有利于系统的接入，而且能實时地向地面监控中心发送监控数据，最大限度地提高安全生产效果。

1.4G的概念

4G技术支持100Mbp～150 MbPs下行链路网络带宽，即4G意味着用户可以体验到最大12.5MB/s～18.75MB/s的下行速度。这是目前主流中国移动3G（TD-SCDMA）2.8MbPs的35倍，是联通3G（WCDMA）7.2MbPs的14倍。4G通信技术不是脱离以往的通信技术，而是基于传统的通信技术，并采用一些新的通信技术来提高无线通信的网络效率和功能。如果3G能够为人们提供高速的无线通信环境，那么4G通信将是超高速无线网络，一个无电缆的高速公路，使电话用户能够连接到无线和三维空间。

从严格意义上讲，4G手机的功能并不简单地被归类为“电话”范畴。毕竟，语音数据的传输只是4G手机的功能之一。因此，未来4G手机应该是一款小型电脑，而4G手机将从外观和模式上有更显著的突破。你可以想象，眼镜、手表、化妆盒和旅行鞋都是在方便和个性的前提下，任何可以看到的物品都可以成为4G终端，但是人们不知道如何解决它。

2.煤矿井下无线通信系统的实际应用

井下无线通信系统以有线网络为骨干，扩展无线网络，在井下设置多个基站，通过无线局域网覆盖地下隧道，并将矿用本地移动电话的终端接入设备实现，从而实现井下语音调度和信息反馈。井下紧急救援，也就是说，在紧急情况下与井下工作人员能够快速有效地进行通信，使井下所有人员在最短的时间内收到紧急警报，采取紧急措施或迅速撤离，减少人员伤亡。最大限度地保护井下人员的生命安全。什么样的紧急情况有关的指令以及应该采取的紧急措施应包括在矿山的所有相关人员身上。在日常运行中，借助系统指令、人员调度、指挥生产、报表制作等更好地促进安全生产，提高井下作业效率。

3.无线通信技术应用于煤矿开采的重要意义

由于煤炭生产环境复杂，井下人员多，设备流动性大，在生产作业中，多采用联合流动作业形式，这就需要大量的重型设备进行分批开采。无论是在设备运输中，还是在安装中，都在煤矿生产中起作用。在调试中，它们都有更高的要求。如果不重视井下的协同生产，容易发生瓦斯爆炸事故。然而，随着移动通信技术的发展，建立了基于4G通信技术的无线移动通信系统，并应用于煤矿生产。既能保证煤矿的顺利运行，又能完成应急处理。因此，4G无线通信移动系统在煤矿中具有十分重要的意义。

4.基于4G信技术的煤矿无线通信系统

4.1无线移动通信系统架构

1）基于TD-LTE通信技术的系统架构。TD-TLE煤矿无线通信系统网络由基站、接入网关、BRAS和核心网络通信组成。其语音通信、数据传输和集群呼叫主要由核心网络单元实现，实现模式通过IMS、EPS和DSS集群实现。2）建立基于TD-LTE通信技术的基站通信系统。以Femto Pico基站为基础无线通信系统不仅可以扩大通信覆盖范围，而且可以通过IP SEC的方式接入安全网络，提高网络传输的安全性能。在基站中，在提供WLANAP承载数据业务的过程中，PDG一般用作数据业务的网络传输的直接接入，通过对3GPP核心网的接入来提高呼叫质量，数据传输的高效率，实现统一的业务活动。此外，通过小区基站网络管理系统，形成了上下级无线网络通信系统。3）基于IMS、EPC和DSS集群模式的核心网。系统中的核心网主要用于用户连接、系统管理和网络承载。具体服务包括遥感服务、简单消息传递和监控控制。TD-LTE无线通信系统采用IMS+EPC+DSS集群构架的融合核心网系统ZXUN iEPC-5。ZXU-IEPC-5小型化产品组装EPC核心网的特点，采用5U插头盒，组装MME、SGW、PGW、HSS等，为用户提供高速、安全、可靠的通信。4）综合应用系统平台。集成应用系统平台是基于多场景分布式高性能云计算框架，通过各种业务数据的分析处理引擎和其他专用支持工具，提供了高速、可靠和统一处理提供平台。它具有许多独特的特点，如灵活性，裁剪和适应性。该集成应用系统平台可以实现统一的数据存储、应用接口支持生产自动化管理、安全管理等功能。在Wi-Fi网络和LTE终端的基础上，保证了语音、视频、数据等各种业务的有效发展。为煤矿企业的安全生产和数据处理提供了技术支持。

4.2无线移动通信系统功能

1）调度功能。煤矿生产调度功能是必不可少的。生产调度员需要实现资源的有效调度，以保证煤矿生产中的各种突发情况和安全生产。调度功能主要针对生产过程的管理、煤矿生产过程、资源的整合与分配等。2）语音服务。语音业务包括移动电话和紧急呼叫业务、呼叫号码识别和显示服务三种类型。手机是煤矿通信系统用户和系统内外用户的重要保障。紧急呼叫服务主要应用于集群用户发起紧急事件。电话服务的其余部分是相似的，但是它比一般电话服务更快；呼叫号码显示也是呼叫用户的被叫用户号码。3）集群通信。集群通信主要是基于无线集群通信系统的自动化信息共享。它主要用于在系统内提供全呼叫、群组呼叫和双向通信。根据事件级别和紧急呼叫功能，划分了呼叫级别，保证了煤矿生产的安全调度。4）增值数据业务。增值业务主要包括视频通话、物联网干预和移动终端定位。在4G通信技术的支持下，增值数据服务可以保证信号传输时间的准确性和精确性，从而了解井下人员的位置和分布，保证煤矿生产的安全性和信息的及时性。

结语

每个无线通信系统都有其自身的优缺点，无论是距离、成本、速率等。但对于煤矿生产的安全性，即使在煤矿中，也需要各种无线通信系统来安全生产。随着我国社会的进步和煤矿的不断发展，我国的煤矿开采条件更加复杂，煤矿自动化程度不够普及，井下工人文化程度低，导致煤矿井下的无线通信水平较低。煤矿井下无线通信技术的进一步研究和实现，是创建安全生产环境、保障井下工人生命安全和完善应急通信系统的重要任务。

参考文献：

[1]蔡涛，李旭，杜振民，译.无线通信原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2017.

[2]夏士雄，于励民，郑丰隆.煤矿通信与信息化[M].江苏：中国矿业大学出版社，2016.

[3]梅灿华.煤矿井下轨道运输局控信号系统研究[M].安徽：合肥工业大学出版社，2016.

作者简介：代鹰，出生年月：1990041，男，汉，籍贯（精确到市）：陕西省西安市，当前职务：电工，当前职称：助理工程师，学历：本科，研究方向：煤矿井下4g网络应用与开发