霍尔辛赫煤矿通信网络改造优化方案的研究

暴 晶

(山西霍尔辛赫煤业有限责任公司，山西 长治 046600）

智慧矿山是以矿山系统为原型，以现代手机应用技术和网络技术为支撑，建立起的基于移动数据网络的手机应用程序，可用多媒体和模拟仿真参数技术进行多维的表达，可以实现矿山的安全生产管理一体化，全面实现对矿山可知、可见、可控、可管的状态。煤矿通信网络具有实现煤矿通信、调、控制及信息采集的功能，是当前智慧矿山系统的关键环节。霍尔辛赫煤矿自主开发的智慧矿山APP已在2017年3月上线，试运行过程中发现煤矿的无线通信网络在井下信号不足，无法满足智慧矿山APP的运行，需要采用4G无线通信技术来实现相应功能的优化。

1 煤矿用无线通信技术的应用分析

煤矿用无线通信网络技术经过了多个阶段，从最初的小灵通无线通信系统、WIFI无线通信系统、3G无线通信系统，到当前基于TD- LTE通信技术的4G无线通信系统。当前煤矿信息化、智能化和移动性需要4G无线通信系统来满足语音通信、井下视频监控、环境监测监控、地质构造监测、巷道数据采集、矿井应急救援等方面的需要。

当前基于TD- LTE通信技术的4G无线通信系统实际的数据传输速率在很多情况下高于ADSL固定的可用数据传输速率。4G-LTE部署了多种不同的带宽，大多数网络使用5-20MHz的带宽，以提高其速率。4G-LTE网络能够提供通信往返时间在10-20ms，4G-LTE系统支持整个网络内的移动性，包括4G-LTE带内的无缝切换和与传统无线网络间的异频切换。4G-LTE网络通过使用不连续的接收和发送｛DRX/DTX）来优化终端功耗。4G-LTE简单的网络部署需求也给运营商带来了优势。SON使得网络配置和优化更简单，保证了更快、更高效的网络部署。4G-LTE支持多种不同的频带，以满足全球所有运营商的需求。总的来讲，4G通信网络系统的优势主要有以下几点：通信速率高，可达3G网络的几十倍；频谱效率高，相比3G网络有很大的改善；延迟低，单向传输时延时控制在5ms内；融合性与灵活性都非常好。从其优点来看，是非常满足当前煤矿智慧矿山系统中的无线通信网络系统的要求的。

2 霍尔辛赫煤矿4G无线通信技术的实现方式

2.1 霍尔辛赫煤矿煤矿井下4G无线通信系统组成

根据霍尔辛赫煤矿的现状以及智慧矿山APP软件应用的需求，对4G无线通信系统的布置情况如图1所示。

图1 霍尔辛赫煤矿4G通信网络系统结构布置示意图

霍尔辛赫煤矿4G无线通信系统主要由北京唐柏通讯技术有限公司提供，其KT319矿用无线通信系统已获得煤安认证。如图1所示，霍尔辛赫煤矿4G网络系统由3部分组成：（1）地面调度系统（主要是对讲机房和信息控制中心）：主要包括KT319- eSCN230核心网和K T319-eOMC网管服务器。（2）无线接入网络设备（地面覆盖）：KT319-J地面用信息传输接口（BBU）和KT319-F1矿用隔爆兼本安型基站（C PE）。（3）煤矿用终端：KT319-F2矿用隔爆兼本安型数据传输分站（CPE），KT319-S矿用本安型手机，KBA127W矿用隔爆兼本安型无线摄像仪（其自带TD-LTE数据模块可以高增益定向天线实现全无线传输）。

2.2 井下综采工作面4G通信系统布置方案

霍尔辛赫煤矿3207工作面主要位于3#煤层，采用的工艺为一次采全高，当前采长250m，采高6.4m，顺槽长度为1200m，设计开采工作面的4G通信网络系统的基站布置如图2。

综采3207工作面井下共布置3台基站，分别在供液列车机头处、操控列车处、综采工作面机头处，其主要目的是为了实现运输顺槽至综采工作面的4G无线网络覆盖。另外还在井下3207工作面安装3台无线高清摄像仪，主要用来对破碎机、机头和机尾三角煤处进行监控，并将相应的数据传送到地面控制中心。

图2 霍尔辛赫煤矿4G通信网络系统结构布置示意图

3 4G无线通信技术实现的功能分析

霍尔辛赫煤矿智慧矿山系统全面采用4G无线通信系统后，可以实现以下功能。

（1）语音视频通讯。提供传统的移动电话语音业务、短信通信业务以及彩信相关业务，新增视频通话业务，工作人员可以通过手机实时传送语音和图像，无线视频业务可在有线视频监控的盲区传递实时图像，地面信息控制中心可以通过视频来掌握井下的具体情况，以便做出正确的判断和决策。

（2）多媒体集群调度。支持专业的语音、视频、短信、彩信、数据等集群调度业务以及实时的视频、数据回传、分发功能以及相应的一键紧急呼叫等功能。

（3）视频监控。通过回传功能来实现即时视频监控。

（4）手机脱网直通。可以保障手机在没有网络的情况下实行直通，避免因断网问题导致安全事故发生。

（5）4G通信网络可以有强大的兼容、扩容、升级能力，保障后期其他系统的顺利接入。

4 霍尔辛赫煤矿4G无线通信技术应用的价值体现

自从霍尔辛赫煤矿全面采用基于TD- LTE通信技术的4G无线通信系统后，整个煤矿的通信信号得到了改善，同时也克服了井下复杂的地质情况及干扰信号源多的问题，保障了智慧矿山APP软件的应用。

（1）煤矿领导及管理人员可以在4G无线通信网络覆盖区域内内全面实现视频、语音、短信、彩信的工作指挥和调度，可以在任何场合通过手机掌握和了解煤矿的任何区域的实时状况，节约了下井了解情况的时间，可以快速地处理事件以及做相应的方案。

（2）4G无线通信系统具有视频分发、回传功能。可以将开采现场的情况回传给领导，为以后的事故防范以及责任区分提供证据；可以对井下重点区域进行回传，加强对其情况的了解和掌握；可以将各种设备故障时时传输，为设备故障的维修和解决提供最准确的信息，增加维修效率，保障设备的正常运转时间。

（3）当前地面控制中心可以实现和区队、班组的群呼、组呼，即时强行开展小型视频、语音会议，强行断开低权限间通讯等功能，可以将相应的信息、要求、精神及时地进行传达。进一步提高煤矿的管理效率，降低煤矿的人力成本。

（4）此4G无线通信网络支持第三方数据传输，能减少其他可利用此网络进行传输的第三方的基础投入，减低煤矿的应用成本。

（5）此4G无线通信网络系统的应用，避免了补丁问题导致的设备投入，同时也避免了因补丁所带来的通信网络兼容性和稳定性等隐患。

5 结语

论文对霍尔辛赫煤矿4G无线通信系统的组成进行了分析，并对井下综采工作面的布置方案进行了详细的阐述，对其实现的功能进行分析，最后对4G无线通信技术在霍尔辛赫煤矿的应用价值进行了总结。希望此4G无线通信网络的改造方案可以为其他同类型煤矿的通信网络的改造提供参考。