煤矿井下无线通信系统建设初探

张 军

（山西晋城煤业集团通信分公司，山西晋城048006）

煤矿井下无线通信系统建设初探

张 军

（山西晋城煤业集团通信分公司，山西晋城048006）

为了提高矿井的安全管理水平，便于煤矿井上、井下工作人员的沟通和联系，对当前井下无线通信系统建设的各种技术进行了比较和分析，并结合实际对TD-SCDMA无线通信系统在井下的建设和实施进行了阐述，对于煤矿井下通信系统的建设和信息化、工业化的融合具有一定的意义。

煤矿；TD-SCDMA；井下通信

我国煤矿井下地质条件普遍比较复杂，工作环境恶劣，矿井巷道有的长达几十千米，作业地点分散，人员流动性大，巷道和采掘工作面空间狭窄，环境中存在大量的有毒有害气体，事故隐患极大。因此，建立完善的煤矿井下无线通信系统对于提高矿井现代化管理程度及劳动生产率，加强安全防范，保障矿工生命和国家财产安全都具有重要意义。

从实际建设情况来看，目前各大矿井使用较多的井下无线通信系统为小灵通通信系统，但当前小灵通面临着清频退网的问题，从技术角度来看，已经属于淘汰产品；从设备和技术层面来看，当初支撑小灵通相关技术的厂家，如UT斯达康、中兴、华为等公司已经停止小灵通设备的生产，相关的技术支持也已停滞，备件和售后服务都是问题。综合各方面原因，选用更加稳定、先进的井下无线通信系统也是一种趋势。

1 现有井下无线通信技术分析

1.1 漏泄通信

漏泄通信实现原理是在井下巷道中敷设一条同轴电缆，电缆中间以开孔或疏编等方法有规则地破坏电缆屏蔽层的完整性，称为漏泄电缆。漏泄电缆与漏泄设备输出口连接后，电缆周围会形成连续均匀的电磁场，这样就起到了天线的传输作用。

漏泄通信技术可扩展性较好，敷设自由灵活，可根据需要增加漏泄电缆长度，可灵活调整和增加信道。缺点是信号覆盖不均匀，容易出现盲区，另外容量较小。

1.2 感应通信

感应通信需要敷设感应电缆，当发射机发射无线信号时，信号影响感应电缆产生感应电流，其它的无线接收机接收到感应信号后，将信号进行放大和整波等处理，获得信息，从而完成通信过程。

感应通信结构简单，投资小，可实现快速敷设，但缺点是频道容量较小，并且感应信号容易受到其它电磁场的干扰。感应通信和漏泄通信适合作为其它井下无线通信方式的补充。

1.3 透地通信

透地通信系统是通过大功率发射机，将超低频信号通过数十千米长的环型天线传输，使超低频信号穿透岩层直接到达井下巷道的接收器，从而完成通信。

透地通信优点是接收方式灵活方便，接收器可集成在井下车辆上，缺点是造价较高且容量有限。

1.4 小灵通通信

小灵通又名无线市话，以微蜂窝技术通过无线方式接入，可以实现小灵通终端之间通信。小灵通通信是一种较为成熟的井下通信方式，国内大部分矿井都采用此种通信方式。但因小灵通占用频率的问题，该技术已逐步退出市场，相关厂家已不提供技术支撑。现有使用小灵通的矿井都已开始更换设备进行升级。

1.5 TD-SCDMA 3G通信

3G通信是现在主流的通信技术，相关设备成本相比前几年已大幅降低。如井下通信使用3G通信，不但语音通话效果和容量可以保证，而且还可解决数据传输问题和图像传输问题。

综上所述，TD-SCDMA 3G通信技术先进，能满足井下通信需求，本文主要探讨基于TD-SCDMA技术的井下3G通信系统的建设问题。

2 TD-SCDMA建设过程分析

2.1 建设目标

TD-SCDMA技术是第三代移动通信技术中我国自主定义的通信标准，采用非对称的双工模式，具有频谱利用率高、信道容量大、布网简单等优点，是当前先进并且成熟的无线通信系统技术。本文介绍利用TD-SCDMA技术建设井下3G无线通信网，针对矿区和井下特殊的作业环境和实际使用习惯，开发出满足使用需求的井下通信网。建设完成后需达到以下目标：

1）3G信号可实现井下巷道的无线覆盖，包括工作面等高危区域。

2）通信信号清晰，受井下环境干扰小。系统容量大，可多用户同时通话。

3）除语音外，支持数据和图像、视频的无线传送。

4）投资控制在可承受的范围内。

5）后续技术升级简单方便。

2.2 系统结构

基于TD-SCDMA技术的矿用无线通信系统一般分为无线网络控制单元（RNC）、基带处理单元（BBU）、基站（RRU）和无线终端4部分。其中，无线网络控制单元（RNC）是整个无线通信系统的核心部分，应位于井上调度室主机房，基带处理单元（BBU）是接入部分，视系统结构和矿井情况位于不同的分机房，之间用光缆连接。基站（RRU）根据生产矿井井下的实际情况位于井下不同位置，布放原则是便于施工并且可有效地提高无线信号的覆盖面，RRU自带后备电源，以便特殊情况下停电时，无线信号不中断。基带处理单元（BBU）与井下基站（RRU）之间通过井下光缆连接，一个BBU接入光接口板后通过光缆连接多个RRU，另外RRU采用光缆串连的方式，这样一个BBU光口可带多台井下基站，最远基站可距离40 km。主控单元RNC可通过若干个2 M口（由话务量多少决定）使用七号信令与地面行政固定电话互联，实现无线通信与固定电话之间的互连互通。无线终端由具体使用人持有，应通过井下防爆入网测试，为矿用本安手机。其系统结构图见图1。

图1 系统结构图

2.3 系统建设规划

2.3.1 主机房规划及建设

建设中根据实际情况将无线网络控制单元（RNC）和基带控制单元（BBU）放在井上调度室主机房，并且放在1个机柜内，此机柜采用双路供电，除市电外另配1套5 kVA UPS及蓄电池，并采用双路电源自动切换统一进行供电和管理。BBU和RNC之间采用光纤互连。BBU根据本矿实际配置2块光接口板，接口板光口通过光缆接井下基站。调度机房另配光配线柜，井下不同巷道光缆汇至调度室机房光配线柜内进行熔接，光缆连接井下各基站。

另外需特别强调的是，系统设备除满足相关标准规定要求外，在结构、隔爆接合面、外壳机械强度、坚固件、引入装置及电气安全等方面均应符合各自产品标准规定的要求。

2.3.2 光缆敷设

光缆敷设原则是根据基站设计位置，方便维护和基站扩展。实际建设中光缆设计为24芯，由井下调度室分别至主斜井、猴车硐室、井下主变和二变，并通过巷道延伸至各工作面。另外，考虑到其它信息化需求以及整体系统的稳定性，建设另一条光缆环路，由井下调度室至副斜井、运输巷、大巷至各工作面和风井，环路由SDH传输设备互连，形成SDH光环网。如此则大幅提高了系统运行的稳定性，一旦井下某处事故造成光缆中断，相关信息及语音能够从另一侧光路迂回进行传输，保证业务不中断。另外，SDH光环网也能够保证其它井下信息化建设的容量和接入。

2.3.3 井下基站建设

井下基站设计和建设是整个无线通信系统建设的关键。井下基站根据不同巷道的实际情况进行布放，保证信号覆盖范围的最大化。布点原则：

1）直巷主要采用定向天线覆盖，根据巷道宽度、密度覆盖长度在800～2 000 m。

2）弯曲巷道采用泄露电缆，每400 m设立1个基站。弯曲巷道基站布置规划见图2。

图2 弯曲巷道基站布置示意图

3）巷道交错区域，在交叉路口设立1个基站，并采用定向天线进行分别覆盖。

根据以上原则，在主斜井、副斜井、立井、工作面、泵房、运输巷、风井各个硐室规划若干数量基站，保证信号覆盖最大化。斜井和平巷的基站布置规划见图3。

图3 斜井基站示意图

基站为井下隔爆本安型基站，1个基站语音信道数为72个，可以满足基本的语音通信容量，使用定向天线进行覆盖，基站之间使用井下光缆串联。另外井上应配置部分基站，保证主井口以及工业广场的信号覆盖。

2.3.4 对外互连

系统对外互连在系统出口设置，根据本系统的实际使用需要和其它通信系统的实际情况进行统筹安排。主要包括：

1）对本矿调度机的互连，使用接口中继板连接。

2）对本矿行政机的互连，使用七号信令，链路用2个2 M端口互连，实行同号段等位拔号。

3）对互联网出口的互连，出口通过3层交换机上连至互联网骨干交换机，另外根据不同用户的实际使用权限进行控制，包括访问公司内网或互联网等。

3 系统功能及应用

3.1 语音基本通信

实现无线终端之间清晰、稳定、高保真的通话，同时保证无线通信系统与地面行政固定电话之间无障碍通话（最好是同号段等位拔号）。

3.2 短信息应用

无线终端之间可实现点对点短信息收发，并可实现短信息群发。同时可通过管理服务器平台向各无线终端进行短信通知。

3.3 可视通话业务

利用无线通信网实现无线终端之间实时双向传输通话双方的视频图像和语音，可达到面对面交流的效果。

3.4 语音补充业务

可实现语音通知、免打扰、三方通话、呼叫等待、呼叫转移以及不同的通话权限管理等补充业务和定制服务。

3.5 数据和多媒体业务

井下人员可通过矿用手机终端将拍摄的工作面图像和视频等信息实时上传至井上服务器，或分发至指定范围和权限的人员。无线终端可通过网关访问井上办公网甚至因特网，实现掌上OA和邮件收发。此外无线终端还可收发井下各监控探头数据，进一步实现工业化和信息化的深度融合。

4 小结

井下无线通信系统的应用便于煤矿井上、下工作人员的沟通和联系，充分利用可有效提高矿井的安全管理水平，保证矿井事故救援、井下设备实时监测监控的顺利进行，为矿井进行科学的管理提供了有力的信息化支撑。井下无线通信系统的建设现已成为煤矿信息化建设的重要内容，该系统的顺利建设和使用必将有力地推动煤矿信息化和工业化的融合。

Wireless Communication System Construction of Underground Coal Mine

Zhang Jun

In order to enhance the safety management level of coal mine，facilitate the communication and contact of ground and underground worker，contrasts and analyzes all kinds of current technologies on wireless communication system construction of underground coal mine.Combines the practice，expounds the construction and implementation process of TD-SCDMA wireless communication system in coal mine，it has certain guiding significance for communication system construction of underground coal mine and the fusion of informatization and industrialization.

Coal mine；TD-SCDMA；Underground communication

TD67

B

1672-0652（2014）12-0015-03

2014-10-14

张军（1974—），男，山西晋城人，1996年毕业于山西矿业学院，工程师，主要从事企业通信、网络及矿井信息化建设研究工作（E-mail）13327561823@189.cn