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摘要：

分析了目前煤礦主流無(wú)線通信系統(tǒng)的技術(shù)特性和無(wú)線通信系統(tǒng)在煤礦的應(yīng)用前景，論述了煤礦無(wú)線通信系統(tǒng)的發(fā)展方向，為煤礦井下無(wú)線通信系統(tǒng)的研究提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：

無(wú)線通信系統(tǒng)；安全生產(chǎn)；智慧煤礦

隨著通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，煤炭生產(chǎn)企業(yè)正在朝著安全化、信息化、智慧化的道路不斷前行。不斷完善及發(fā)展的煤礦井下無(wú)線通信系統(tǒng)已經(jīng)成為高效、安全、智能的現(xiàn)代化礦井的重要組成部分。

1我國(guó)煤礦井下無(wú)線通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀

目前我國(guó)煤礦井下使用的無(wú)線通信系統(tǒng)主要有PHS無(wú)線通信系統(tǒng)，3G通信系統(tǒng)，WIFI通信系統(tǒng)，4G通信系統(tǒng)。1）PHS無(wú)線通信系統(tǒng)：一種成熟的無(wú)線本地電話技術(shù)，PHS技術(shù)采用微蜂窩通信技術(shù)，本質(zhì)上屬于第二代數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù)。該系統(tǒng)由基站、局端接入設(shè)備、線路延伸器、基站控制器、線路復(fù)用器、本安型手機(jī)、控制計(jì)算機(jī)等組成，基站與手機(jī)之間采用時(shí)分雙工模式TDD，其無(wú)線信道基于時(shí)分多址TD－MA結(jié)構(gòu)，聲音傳送編碼采用32kbpsADPCM（自適應(yīng)脈沖編碼調(diào)制）方式，利用微蜂窩和信道動(dòng)態(tài)分配技術(shù)，可以有效地提高頻率利用率和通信容量［1］。PHS無(wú)線通信系統(tǒng)主要用于語(yǔ)音通信及人員定位，由于核心供應(yīng)商UT斯達(dá)康及中興已不再生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備，以及面臨非法使用頻段的問(wèn)題，PHS無(wú)線通信系統(tǒng)在煤礦的應(yīng)用前景不容樂(lè)觀。2）3G通信系統(tǒng)：無(wú)線通信與國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)。目前國(guó)際通行的三個(gè)無(wú)線接口標(biāo)準(zhǔn)分別為美國(guó)CDMA2000，歐洲WCDMA，中國(guó)TD－SCDMA。我國(guó)煤礦井下采用的3G技術(shù)大多為TD－SCDMA標(biāo)準(zhǔn)。TD－SCDMA采用AMR（自適應(yīng)多速率）語(yǔ)音編碼方式，使用1．28Mcps的低碼片速率，擴(kuò)頻帶寬為1．6MHz（在1．6MHz帶寬上理論峰值速率可達(dá)到2．8Mbps），同時(shí)采用了動(dòng)態(tài)信道分配、上行同步、接力切換、可變擴(kuò)頻系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)，使其具有零活的上下行時(shí)隙配置，以及能夠克服呼吸效應(yīng)和遠(yuǎn)近效應(yīng)的特點(diǎn)。3）WIFI通信系統(tǒng)：由網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)和無(wú)線網(wǎng)卡組成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，WIFI無(wú)線通信系統(tǒng)采用OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)在于具有較高的數(shù)據(jù)帶寬和低廉的設(shè)備成本。目前WIFI無(wú)線通信系統(tǒng)工作頻段為2．4GHz，基站與手機(jī)發(fā)射功率為50mW，單臺(tái)基站通信信道為12個(gè)，調(diào)制方式為DSSS／OFDM，通信協(xié)議支持CSMA／CA、TCP／IP，由于WIFI系統(tǒng)采用短碼擴(kuò)頻技術(shù)，只適合視距無(wú)遮擋點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直線通信，煤礦井下的復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)，WIFI的通信距離將大大縮短［2］。4）4G通信系統(tǒng)：第4代數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù)的簡(jiǎn)稱，能夠進(jìn)行高質(zhì)量的語(yǔ)音通信也能快速且高質(zhì)量地傳輸多媒體文件。4G無(wú)線通信技術(shù)采用OFDM、多重輸入和MIMO（多重輸出）技術(shù)，使4G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速度有了大幅度的提高，同時(shí)4G網(wǎng)絡(luò)擁有的智慧型天線技術(shù)能夠充分利用信號(hào)的空間方向性，在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)消除其他信號(hào)的干擾，使數(shù)據(jù)傳輸更加穩(wěn)定，在煤礦井下這樣障礙物較多的環(huán)境也能穩(wěn)定快速地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸［3］。

2煤礦井下無(wú)線通信系統(tǒng)的應(yīng)用前景分析

2．1煤礦井下安全生產(chǎn)監(jiān)管體系

隨著煤炭行業(yè)安全生產(chǎn)監(jiān)管體系的逐步完善，煤炭生產(chǎn)企業(yè)安全生產(chǎn)管理水平的不斷提高，我國(guó)煤炭行業(yè)安全生產(chǎn)形勢(shì)逐年好轉(zhuǎn)，但與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有較大差距。高效的煤炭生產(chǎn)企業(yè)安全管理與安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的先進(jìn)與完善密切相關(guān)［4］。不斷推進(jìn)的采掘工作面以及井下流動(dòng)的作業(yè)人員，使得煤礦井下無(wú)線通信系統(tǒng)必不可少。1）瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)控：煤礦瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控系統(tǒng)通常包括傳感系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)等，傳感系統(tǒng)通常包括瓦斯?jié)舛燃す馓綔y(cè)傳感器、風(fēng)速流量傳感器、一氧化碳濃度傳感器及負(fù)壓傳感器等，無(wú)線通信系統(tǒng)會(huì)將采集到的傳感器信號(hào)傳輸?shù)降孛婵刂浦行?。地面控制中心?huì)對(duì)監(jiān)控參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，一旦數(shù)據(jù)超過(guò)閾值，濃度監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)通過(guò)無(wú)線通信系統(tǒng)發(fā)出警告，通知相關(guān)人員進(jìn)行進(jìn)一步處理，保證煤礦生產(chǎn)過(guò)程中瓦斯?jié)舛忍幵诎踩健?）礦井礦壓的監(jiān)測(cè)：礦壓的監(jiān)測(cè)通常通過(guò)井下關(guān)鍵區(qū)域液壓支架壓力情況的監(jiān)測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通常煤礦要在一個(gè)采區(qū)的關(guān)鍵位置設(shè)置多個(gè)礦壓傳感器，無(wú)線通信系統(tǒng)會(huì)將液壓支架上的壓力數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婵刂浦行模?dāng)?shù)V壓信號(hào)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)置的臨界值時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)將報(bào)警信號(hào)實(shí)時(shí)傳遞到井下工作人員，避免造成不必要的傷害。3）實(shí)時(shí)語(yǔ)音、視頻監(jiān)測(cè)：無(wú)線通信系統(tǒng)將會(huì)使井下工作人員的語(yǔ)音通信更加方便快捷，人員和設(shè)備定位信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取，安裝在井下各個(gè)區(qū)域的視頻監(jiān)控信號(hào)也將實(shí)時(shí)發(fā)送至地面，地面監(jiān)控中心發(fā)送的風(fēng)險(xiǎn)信息提示也會(huì)被井下工作人員及時(shí)接收，提高了煤礦井下的安全生產(chǎn)管理水平。

2．2智慧煤礦的數(shù)據(jù)傳播載體

我國(guó)煤炭工業(yè)在新中國(guó)成立后，以機(jī)械化、信息化、自動(dòng)化為手段，經(jīng)歷了普通機(jī)械化、綜合機(jī)械化、生產(chǎn)集約化、安全高效化4個(gè)階段，生產(chǎn)方式以原始生產(chǎn)、機(jī)械生產(chǎn)向自動(dòng)化生產(chǎn)發(fā)展。智慧煤礦將成為未來(lái)煤礦生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)，推動(dòng)煤礦安全生產(chǎn)、高效開發(fā)、綠色開發(fā)、和諧開發(fā)。智慧煤礦的核心是以透徹感知、深度互聯(lián)為載體，建立廣泛而可靠的智能應(yīng)用，用以優(yōu)化煤炭生產(chǎn)企業(yè)物質(zhì)流、信息流、控制流、價(jià)值流，從而覆蓋礦山生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)管理的各個(gè)環(huán)節(jié)。智慧煤礦同樣擁有廣泛的能夠感知機(jī)電、環(huán)境、溫度等實(shí)時(shí)狀態(tài)的傳感設(shè)備，諸如掘進(jìn)機(jī)截割減速器油溫油位傳感器、錨桿定位傳感器、主運(yùn)皮帶故障傳感器等，這些傳感器植入各類機(jī)械設(shè)備及自然對(duì)象來(lái)獲取感知對(duì)象的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)特性。煤礦井下無(wú)線通信系統(tǒng)正是將這些復(fù)雜而又繁多的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降V山智能應(yīng)用系統(tǒng)，礦山智能應(yīng)用系統(tǒng)通過(guò)建立智能控制及智能管理的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備“監(jiān)測(cè)、管理、控制”智慧化的運(yùn)行。通過(guò)與虛擬現(xiàn)實(shí)、云計(jì)算等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深度融合，智慧煤礦能夠真正實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的現(xiàn)代化煤礦生產(chǎn)運(yùn)行機(jī)制，最大限度地提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，幫助煤炭生產(chǎn)企業(yè)對(duì)煤炭生產(chǎn)中的“采、掘、運(yùn)、風(fēng)、水、電、安全”等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)優(yōu)化管理。

3煤礦井下無(wú)線通信系統(tǒng)的發(fā)展方向

3G、4G無(wú)線通信技術(shù)都已在煤礦井下獲得實(shí)際應(yīng)用，煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及智慧煤礦的發(fā)展對(duì)無(wú)線通信技術(shù)有了更高的要求。5G通信技術(shù)，即第五代移動(dòng)電話通信標(biāo)準(zhǔn)的研究正在加速推進(jìn)。根據(jù)目前的研究顯示，5G技術(shù)相比目前4G技術(shù)，其峰值速率將提升數(shù)十倍，從4G的100Mb／s提高到10Gb／s，端到端延時(shí)將從4G的十幾毫秒減少到5G的幾毫秒。雖然5G網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)目前暫未，但可以預(yù)見(jiàn)的是，5G技術(shù)一旦投入應(yīng)用，將極大地提高煤礦井下無(wú)線通信系統(tǒng)的實(shí)用性及可靠性，使智能采煤、智能運(yùn)輸，無(wú)人煤礦等智慧煤礦的概念成為現(xiàn)實(shí)。

4結(jié)束語(yǔ)

目前我國(guó)大多數(shù)煤炭生產(chǎn)企業(yè)的無(wú)線通信系統(tǒng)仍然僅僅處在初級(jí)利用的水平，伴隨著社會(huì)的不斷發(fā)展以及科技水平的不斷提高，礦用無(wú)線通信技術(shù)也將會(huì)得到不斷發(fā)展以適應(yīng)煤礦現(xiàn)代化、信息化、智慧化的發(fā)展要求。隨著5G通信時(shí)代的到來(lái)，巷道數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行控制，主動(dòng)式安全保障預(yù)警提示等無(wú)線業(yè)務(wù)將是未來(lái)智慧煤礦的重要標(biāo)志，無(wú)線通信系統(tǒng)必將會(huì)為我國(guó)煤礦信息化建設(shè)發(fā)揮更加重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

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［4］聶百勝，彭斌，范鵬宏，等．礦山無(wú)線安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)［J］．煤炭科學(xué)技術(shù)，2016，44（7）：53－58．

作者:宋海鷹 單位:西山煤電集團(tuán)公司官地礦