煤礦井下通信體系研究

1、煤礦井下通信體系研究     煤礦井下通信系統(tǒng)是礦井安全防護(hù)及生產(chǎn)調(diào)度必不可少的設(shè)施，是礦井信息化和安全生產(chǎn)管理的重要組成部分。將無(wú)線通信系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于煤礦企業(yè)，提高井下無(wú)線通信水平，加快井下通信發(fā)展步伐，為煤礦安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、提高企業(yè)的管理水平搭建起有效的信息平臺(tái)，成為煤礦無(wú)線通信發(fā)展的重要任務(wù)。由于井下環(huán)境差，巷道分布多，干擾信號(hào)源多，對(duì)無(wú)線的發(fā)展障礙比較大，早期我國(guó)井下通信主要為有線方式。隨著無(wú)線通信技術(shù)的日新月異，煤礦井下無(wú)線通信技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。煤礦無(wú)線通信主要有以下方式：1 超低頻透地通信超低頻透地通信系統(tǒng)是以大地為電磁波傳播媒介

2、、無(wú)線電波穿透大地的無(wú)線電通信方式。主要產(chǎn)品是澳大利亞開(kāi)發(fā)的PED 井下無(wú)線通信與急救系統(tǒng)，90 年代進(jìn)入我國(guó)煤炭領(lǐng)域。該系統(tǒng)主要應(yīng)用于井下急救，即在緊急情況發(fā)生、其它通信方式完全中斷時(shí)，通過(guò) PED 系統(tǒng)發(fā)射系統(tǒng)，使其超低頻信號(hào)穿透巖層到達(dá)井下任何位置，迅速有效地與井下人員通信。該系統(tǒng)可靠性高，但缺點(diǎn)是信道容量小，不能用于語(yǔ)音等需要較大信道容量的通信，只能用于傳呼、簡(jiǎn)單遙控等，而且電磁干擾大，特別是 50 Hz 工頻干擾對(duì)特低頻透地通信干擾嚴(yán)重。另外，透地通信系統(tǒng)需要在地面架設(shè)長(zhǎng)達(dá)數(shù)千米的天線，限制了該方法的應(yīng)用。2 中頻感應(yīng)通信中頻感應(yīng)通信系統(tǒng)借助專用感應(yīng)線，利用無(wú)線電波感應(yīng)場(chǎng)引導(dǎo)電磁波傳

3、輸，頻率選擇在中低頻。主要產(chǎn)品是南非的 RB2000，90 年代末進(jìn)入我國(guó)煤炭領(lǐng)域。該系統(tǒng)投資費(fèi)用低，小范圍內(nèi)信道穩(wěn)定，設(shè)備攜帶方便，采用中低頻感應(yīng)操作，可在井下惡劣環(huán)境中鎖定最佳的通信波段，輸出高強(qiáng)度信號(hào)；系統(tǒng)采用導(dǎo)頻抑噪技術(shù)，在噪音較高的電磁環(huán)境中使用且通話效果十分清晰。但缺點(diǎn)是靠近感應(yīng)體通信效果好，稍遠(yuǎn)離感應(yīng)體信道不穩(wěn)定，感應(yīng)通信受受巷道內(nèi)導(dǎo)體影響較大，信道性能不穩(wěn)定，通信距離一般不大于2m ，信道容量小，電磁干擾強(qiáng)。3 漏泄通信漏泄通信系統(tǒng)利用漏泄電纜的漏泄原理實(shí)現(xiàn)礦井無(wú)線電通信，系統(tǒng)采用超高頻進(jìn)行無(wú)線通信。漏泄通信主要應(yīng)用于90 年代，主要產(chǎn)品為加拿大的 FLEXCOM。該系統(tǒng)具有信

4、道較穩(wěn)定、電磁干擾較小等優(yōu)點(diǎn)。但缺點(diǎn)是漏泄電纜上每隔350 m 需加 1 個(gè)中繼器，使系統(tǒng)的可靠性變差，任一中繼器和電纜故障將會(huì)造成該中繼器以下的部分系統(tǒng)癱瘓。并且隨著中繼器的增加，噪音易累加，信號(hào)容易失真。系統(tǒng)的各個(gè)通道指定用于固定的設(shè)備，信道利用率不高。4 PHS 通信PHS又名無(wú)線市話 PAS，它基于成熟的城市無(wú)線PHS（小靈通）技術(shù)之上，采用微蜂窩技術(shù)，利用定向天線及全向天線，以無(wú)線方式接入固定電話網(wǎng)，依托固定電話網(wǎng)提供通信服務(wù)。礦井 PHS 通信系統(tǒng)由基站控制器、基站、局端設(shè)備、本安型手機(jī)、網(wǎng)管計(jì)算機(jī)等組成。PHS 通信系統(tǒng)從 2003 年進(jìn)入煤炭領(lǐng)域，主要用于煤礦井上、井下語(yǔ)音通信

5、及人員定位，具有安裝簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低，通話質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)。但其無(wú)線信號(hào)的發(fā)射和接收受基站無(wú)線信號(hào)的傳輸距離及井下巷道狀況的限制。隨著公網(wǎng)小靈通的退市，PHS 通信系統(tǒng)的發(fā)展已停滯。5 CDMA 通信礦用 CDMA（大靈通） 通信系統(tǒng)是基于地面成熟的CDMA技術(shù)的產(chǎn)品，它屬于大蜂窩通信體制，采用定向天線、全向天線及泄漏電纜 3 種井下覆蓋方式，主要由地面機(jī)柜、基站控制器、基站、無(wú)線耦合器、無(wú)線功分器、漏泄電纜、本安手機(jī)等組成。礦用 CDMA（大靈通）通信系統(tǒng)從2008 年進(jìn)入煤炭領(lǐng)域，系統(tǒng)單基站業(yè)務(wù)信道多、語(yǔ)音通話質(zhì)量好、組網(wǎng)通信規(guī)范嚴(yán)格、移動(dòng)切換呼通率高，具有信號(hào)穩(wěn)定，移動(dòng)性好，抗干擾能力強(qiáng)，支

6、持無(wú)線高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，對(duì)巷道狀況要求低等優(yōu)點(diǎn)。但缺點(diǎn)是系統(tǒng)占用設(shè)備較多，安裝、維護(hù)繁瑣，造假較高，但是它存在著功能單一、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化差、抗災(zāi)變能力差的缺點(diǎn)。6 WIFI 通信礦用 WIFI無(wú)線通信系統(tǒng)采用無(wú)線微蜂窩覆蓋技術(shù)和WIFI移動(dòng)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于千兆環(huán)網(wǎng)的定位、語(yǔ)音通信及監(jiān)測(cè)信息的無(wú)線綜合傳輸。該系統(tǒng)由 IP PBX軟交換設(shè)備、網(wǎng)關(guān)設(shè)備、礦用無(wú)線通信基站、WIFI 手機(jī)、直流穩(wěn)壓電源組成。WIFI無(wú)線通信系統(tǒng)采用集中式管理，分布式組網(wǎng)架構(gòu)，造價(jià)低，具有強(qiáng)大的移動(dòng)性，能夠適應(yīng)各類調(diào)度終端，語(yǔ)音系統(tǒng)容量大，可以實(shí)現(xiàn)綜合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的擴(kuò)展。但其缺點(diǎn)是WIFI 手機(jī)跨基站斷話和大規(guī)模組網(wǎng)能力差，

7、多用戶同時(shí)通話時(shí)語(yǔ)音嚴(yán)重滯后，甚至影響呼叫，語(yǔ)音傳輸技術(shù)采用有損壓縮算法，通話質(zhì)量失真，快速移動(dòng)通信時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響通信距離。所以，該技術(shù)作為礦井無(wú)線通信與生產(chǎn)調(diào)度應(yīng)用，其市場(chǎng)狹窄。但由于 WIFI具有寬帶數(shù)據(jù)接入和以太網(wǎng)傳輸?shù)膹?qiáng)大功能，因此，把它作為煤礦綜合自動(dòng)化監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸、光纖環(huán)網(wǎng)對(duì)接和多網(wǎng)合一的網(wǎng)關(guān)設(shè)備應(yīng)用，是較好的寬帶數(shù)據(jù)通訊解決方案，是當(dāng)前煤礦無(wú)線通信的主流技術(shù)。7 XGP（新一代 PHS）XGP是全球第四代移動(dòng)通信的技術(shù)平臺(tái)之一，XGP技術(shù)綜合了傳統(tǒng)礦井小靈通移動(dòng)語(yǔ)音組網(wǎng)通信質(zhì)量好和WIFI寬帶數(shù)據(jù)接入傳輸能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音視頻數(shù)據(jù)的并網(wǎng)傳輸。XGP 系統(tǒng)中的基站、基站控制器和移動(dòng)交換機(jī)全部依賴以太網(wǎng)平臺(tái)傳輸，可直接與井下光纖環(huán)網(wǎng)無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)一體化統(tǒng)一通信，組網(wǎng)能力強(qiáng)，語(yǔ)音通話質(zhì)量好，支持手機(jī)主動(dòng)精確定位，定位精度可達(dá)20米。XGP 技術(shù)最大的亮點(diǎn)是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)支持基于手機(jī)平臺(tái)操作的移動(dòng)指揮調(diào)度，是真正意義上的移動(dòng)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)。從礦井無(wú)線通訊技術(shù)與市場(chǎng)長(zhǎng)期發(fā)展演變的角度看，XGP無(wú)論從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)性、開(kāi)放性、繼承性，產(chǎn)品成熟性、可靠性、實(shí)用性等方面綜合分析，應(yīng)成為時(shí)下煤礦無(wú)線通信領(lǐng)域的最主流解決方案選擇?？傊?，當(dāng)前煤礦無(wú)線通信系統(tǒng)基本能滿足礦井無(wú)線通信的要求，但是