无线宽带网络技术在正佳煤业井下应用

阴晋峰，高 颖

（1.山西汾西正佳煤业责任有限公司，山西 临汾 041300；2.山西汾西矿业集团技术中心，山西 介休 032000）

随着科学技术的日新月异，互联网的发展进入了一个高速发展的时代，人们的生产、生活越来越离不开互联网的应用，互联网也确实给生产、生活带来了更多便捷的服务，简单到原来的信息传递需要几天甚至几个月的时间，现在仅仅需要几秒钟就可以实现，大的到整组的大型设备可以实现远方控制，监测，遥控检修、维护等等。工业互联网正通过网络互联与大数据分析相结合的方式，进行合理决策，从而更高效地发挥出各种设备的潜能，最大程度地提高生产效率，节省成本，推动设备技术的升级，提高效益。

1 目前煤矿井下无线通信网络现状

由于煤矿井下环境的特殊性，巷道分布广，干扰源多，阻碍了无线通讯在井下的发展。早期煤矿井下的通信以有线传输方式为主，但是随着无线通信技术的迅猛发展，煤矿井下无线通信技术也随之快速发展。

煤矿无线通讯在经历了初期的超低频透地通信、中频感应通信、漏泄通信；中期的小灵通无线通讯方式后，现阶段的煤矿无线通信方式主要以WIFI通信为主。WIFI是基于（IEEE）802.11标准的一种无线通信技术，使用2.4 GHz直接序列扩频，最大传输速率为54 bit/s，并可根据信号强弱把传输速率调整为5.5 bit/s、2 bit/s、1 bit/s，在2.4 GHz频段上免许可，具有更宽的带宽、更强的射频信号、更低的功耗、更低的成本等特点。由于WIFI技术已多年应用在地面的短距离无线通讯，技术更加成熟可靠，而WIFI协议本身对设备功率有所限制，可以将相关设备，按照符合煤矿安全要求的本质安全型设备进行设计，而且使井下无线通讯不局限于在窄频范围，从而将无线通讯方式应用到更广泛的方面。

2 构思及实现原理

正佳煤业于2014年安装了KT33型无线通讯系统（包括无线通讯DEll420服务器、无线通讯数字网关、无线通讯模拟网关、无线通讯交换机），其中在地面使用3个大基站（包含基站支架、POE电源、避雷针、天线）（室外型）安装于正佳联建楼、主斜井、生活区等地区，通过光纤进行数据传输。（办公楼、活动中心、职工公寓等楼层内无线覆盖不到的区域，加装室内基站以便达到无线全覆盖），通过网线进行数据传输（距离较远的地方通过光转电进行传输），基站配用大增益的全向天线或定向天线。井下使用矿用隔爆型兼本质安全型基站KT27-F，井下多为辐射性巷道，因此采用矿用基站加定向天线方式进行覆盖，覆盖范围包括井下主斜井、副斜井、总轨道巷、变电所、轨道大巷、运输大巷、回风大巷、2101工作面顺槽、2109掘进工作面顺槽等区域，考虑到各作业场所的人员集中度高、通话量较大，并以单KT27-F基站覆盖400米为依据，，共需要安装23台KT27-F基站，井下基站统一通过光纤传输数据，经过井下磨砂交换机传回地面机房，做到了全井下无线覆盖，井下信号覆盖区域的所有人员可以通过移动电话与上级领导部门、地面调度中心、井下作业人员等及时进行移动通信，地面调度中心也可以及时与井下作业人员进行通信联络，确保指挥信息及时被下达、紧急信息及时向上级汇报、多区域作业信息同步，更好地提高作业人员的工作效率。

在使用过程中发现KT33型矿用无线通信系统基站内置的无线发射模块可以实现工作在5 GHz频段的IEEE802.11a传输标准和工作在 2.4 GHz频段的 IEEE802.11 b和 802.11 g的WLAN传输技术标准的无线桥接。而此频段又正好为工作网络的频段标准，故考虑把无线通信系统与工作网络系统相结合从而实现工作网络的所有功能，见图1。

图1 插入原理

接通后，可以基本实现同井下移动通讯设施同样的功能：视频聊天、上网、井上、井下通讯等等。

3 现场使用情况及优缺点

现场使用图片：

通过近几年的现场使用及对使用中的出现问题的分析解决，对其优缺点总结如下：

优点：

（1）可以利用KT167A-S矿用本安型手机(矿用4G手机)通过微信等聊天工具实现井上、下视频聊天（视频会议）。

（2）可以在井下发生设备故障时通过聊天工具直接联系厂家，面对面解决问题（后期可以考虑把电信信号接入井下，实现井上下通话）。

（3）可以通过井下现场工作人员视频工具了解最真实的现场情况，以便待下井人员可以更好的做好准备，更快更好的解决问题。

（4）性价比高。利用现有的安全监控六大系统里的无线通讯系统就能实现，不需要另购买设备（另行购买设备价格大约50万元左右）。

（5）可以随时随地了解井下生产情况（前提是主要场所主要人员配备矿用4G手机）。

（6）实现井上、下集群视频通信。

缺点：

（1）可以通过井下矿用4G手机进行网络聊天、浏览网页等活动，影响正常上班（解决办法为进行MAC地址绑定，限制部分功能）。

（2）井下灯光差的地方会视频模糊、看不清（解决办法为加强矿井重要场所（地点）的照明）。

（3）必须配合矿用4G手机才能发挥最佳作用（短期采购、长期受益）。

4 应用前景及扩展情况

随着我国经济的快速发展，煤矿发展已从粗放型管理向信息化管理转换，对信息要求也越来越高，考虑到现阶段煤矿企业全国推广煤矿安全避险六大系统的形式和中国煤矿企业日趋现代化的发展趋势，利用矿安全避险六大系统中的井下无线通信系统实现的井下WIFI覆盖，一定会有很大的应用前景。

1）利用矿用4G手机实现人员定位，从而淘汰人员定位系统。一套人员定位系统的价格大约在50万元～80万元之间。

2）利用无线覆盖功能实现井下动态视频传输，节省井下工业视频系统材料费用。一套井下工业视频系统的价格大约在70万元左右。

3）可以与通信公司合作把手机信号传输至井下，实现人员定位、无线通讯、调度通讯，广播的全部功能。一套通讯系统的价格大约在50万元左右，广播系统的价格也在50万元左右。

4）利用无线网络结合4G手机，解决井下无线集群通信。

5）通过该网络实现机车定位、移动视频等功能，将安全生产管理与实时过程控制进行便捷的信息交换和紧密集成。

5 结语

利用无线通信系统改造实现的井下WIFI，不仅可以满足平时的通信需要，而且还能保障井下在发生事故、设备故障时第一时间通过视频了解现场情况，从而更好、更便捷的为矿井服务。加之它所涉及的信息化建设是一种开放的、可伸缩的平台，其开发应用的潜力是非常巨大的。

〔1〕毛玉明，等.802.11无线局域网组网方式与移动性分析[J].电信技术，2003（10）.

〔2〕文光斌.无线局域网的发展趋势及应用[J].互联网世界，2001（5）.

〔3〕程德强，刘 伟，钱建生.矿井无线通信技术及其发展趋势，工矿自动化，2007（5）.

〔4〕雷 燕.小灵通无线通信系统在煤矿井下的应用，煤矿机械，2006，27（1）.

〔5〕王凯敏，曾永华，顾义东.基于CDMA技术的矿井无线通信系统的设计与应用，工矿自动化，2008（4）.