矿用 5G 通信系统建设关键技术应用研究
摘要：煤炭是我国的基础能源和重要工业原料，在我国一次能源结构中长期作为主体能源。“十三五”时期是我国煤炭工业加快转型发展、实现由大到强历史跨越的重要机遇期。需要牢固树立创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，适应把握引领经济发展新常态，努力建设集约、安全、高效、绿色的现代煤炭工业体系。在国家政策及企业内需的双重驱动下，当前矿山行业呈现智能化、绿色化的发展趋势，对高质量的无线通信网络需求强烈。智能化矿山[1]的建设需要技术先进、业务全面、功能强大、性能稳定的5G通信系统平台做支撑。5G通信技术具有高带宽、低时延、大规模设备连接等特性，为煤矿井下设备群的“万物互联”提供了通道，可实现矿井全范围通信网络覆盖、对井下设备和环境数据进行全方位采集和传输、精准可靠的实现设备控制，满足井下各类业务系统的网络数据传输需求。5G通信技术的应用，将全面推动矿山行业信息化、自动化、智能化发展。
关键词：基础能源；5G技术；应用场景；承载网平台
1、引言
5G通信系统是新一代移动通信系统，它具备大宽带、低时延、广连接的特性。5G通信技术支持增强移动宽带(eMBB)、超高可靠低延迟通信(uRLLC)、大规模机器类通信(mMTC)三大典型应用场景。5G与工业融合之后，逐步成为支撑并推动
5G、物联网、云计算、“互联网+”等一系列新技术与煤炭行业的深度融合，实现煤矿智能化建设。5G与工业互联网融合应用出现了八大类新型场景，分别为5G+超高清视频、5G+AR、5G+VR、5G+无人机、5G+云端机器人、5G+远程控制、5G+机器视觉以及5G+云化AGV等应用场景。
智能化矿山的建设需要技术先进、业务全面、功能强大、性能稳定的 5G无线通信系统平台做支撑。5G无线通信系统的先进性、稳定性及其业务能力直接影响矿山智能化的程度和未来发展潜力。
2、需求分析
智能矿山需要传输大量的传感数据和控制数据，必须依托于强大的高可靠通信传输网络。如综采工作面属于移动性作业，环境复杂，温度高、粉尘多、湿度大、光线不足，有线传输系统经常发生线缆断裂、接头松动等故障，可靠性差。煤矿井下智能辅助运输等系统的智能化，更是需要一套能够覆盖全矿井下的低延时、高可靠的无线传输系统，以便能够将设备的各种状态数据和安全检测数据实时传送至系统平台，并作出及时响应和反馈，业务需求如下表所示：
浅谈３ Ｇ无线通讯技术在煤矿的应用
隋景和
（贵州盘江马依煤业有限公司 贵州六盘水５５３５３６）
摘要ｉ本文就煤矿无线通讯发展过程的三种通讯制式对比，介绍了煤矿３Ｇ无线通讯系统（ＴＤ—ＳＣＤＭＡ）的特点和应用前景。
关键词：３Ｇ无线通讯系统；ＴＤ—ＳＣＤＭＡ
中图分类号：ＴＤ６５＋５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００４—７３４４（２０１３）１５—０１７３—０２
１前言
我国煤炭资源丰富、储量巨大，绝大多数煤矿地质条件复杂、开采难
度极大，瓦斯、水、火、煤尘、顶板等灾害事故频发，是世界各主要产煤国 中开采条件最差、灾害最严重的。 煤矿事故的频发，往往是管理手段落后，以及与处于复杂工作环境
的井下作业人员的通信不畅所造成，因此提升矿井管理水平、加强和完 善矿井通信系统刻不容缓。 依据国家安全监管总局、国家煤矿安监局的《煤矿井下安全避险“六 大系统”建设完善基本规范（试行）》对煤矿通信联络系统基本要求，其中 ４４条款“宜安装应急广播系统和无线通信系统，安装的无线通信系统应 与调度电话互联互通。”的要求，大力发展煤矿无线通讯技术，实现矿井 多重联络渠道，保障指挥、调度畅通无阻，有效降低灾害损害程度，具有
极为重要的意义。 ２煤矿无线通讯现状
最初在煤矿井下无线通讯使用较为广泛的是矿用ＰＨＳ无线通讯系 统（俗称小灵通）。矿用小灵通是将公网成熟的小灵通技术经防爆处理后 引入到煤矿井下，解决煤矿井下无线通讯问题。但随着国家发展３Ｇ移动
通讯的需要，小灵通所占用的无线频段已让位给ＴＤ—ＳＣＤＭＡ移动通信， 小灵通核心技术制造商ｕＴ斯达康和中兴通讯已停止生产小灵通相关设 备，因此矿用小灵通已经实际退出应用舞台。 继小灵通后有些煤矿用户尝试使用ＷｉＦｉ无线通讯系统。由于ＷｉＦｉ 技术源于基于数据业务的无线以太网，其特点是对带宽要求高，对实时 性要求不高。ＷｉＦｉ终端登入某个基站后只要与该基站连接中断才开始重
新搜索新的基站并从新登入，因此ＷｉＦｉ终端无法保证语音通讯的实时 性要求，存在语音通话断断续续的问题。加之鉴于ＷｉＦｉ无线发射功率偏
透地通信系统
煤矿井下应用白皮书
Vital Alert总部位于加拿大多伦多，专注于透地通信系统的技术研发和推广；公司推出的CanaryTM系列无线透地通信系统是业界首个双向语音和数据透地通信系统。
CanaryTM无线透地通信系统提供了革命性的技术手段，独有的实时的、双向的语音和数据通信技术，满足了矿山井下与地面的通信需求，为救生舱/避难硐室与地面通信、矿山救援、远程监测和控制等煤矿井下应用专用的透地、穿岩的通信链路。
CanaryTM无线透地通信系统包括以下三款设备：
CanaryTMLink （普通型）
CanaryTMLink-IS （隔爆兼本安型）
CanaryTMGO （移动便携型）
以上三款设备分别用于非煤固定场景、煤矿固定场景以及非煤移动场景，三款设备可任意的两两配合使用，组成点对点的双向通信链路，从而实现垂直方向或水平方向等不同角度的透地通信。 除透地通信技术之外，CanaryTM还可连接泄漏电源和有线网络，能够为井下作业人员在新开采的矿井环境或光纤线缆发生损坏的时候提供临时的通信通道。同时，多套点对点透地通信系统也可以通过WiFi网络、光纤网络等多种通信链路进行互联，从而到达矿井所有层面。
CanaryTMLink产品特性
穿透岩石等固体物质的实时双向语音、数据的非视距无线通信
双向语音可达300米、双向数据可达450米
与现有的UHF/VHF对讲、采集传感控制设备、头戴耳机话筒器等能配合使用
双向传输速率可达1Kb/s，支持SPR语音编码（速率800bps+）
多种可选数据接口，包括RS485、RS232、USB、以太网、WiFi、电台中继等
采用甚低频2-8KHz
内置Linux平台和API接口，可提供类似短信或文本到语音的人机对话功能
适合永久性的、固定的安装场景，尺寸小也便于迁移
防护等级：IP67，适合恶劣环境使用
供电：交流或直流供电，或采用外置24V电池
煤矿应急通信保障系统关键技术的研究与应用
【摘 要】煤矿井下工况环境十分复杂，大小事故频频发生。当事故发生时，如何迅速了解被困人员的位置情况并与之进行有效的通信联络，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率显得尤为重要。本项目建立了一套涵盖煤矿有线、无线相结合的应急调度通信保障系统，利用井下工业环网通过统一的软件平台，在平时生产中，能够实时了解井下人员的准确数量、流动情况及分布情况，从而提高矿井的生产效率。
【关键词】IP数字式全双工扩播通信装置；应急通信保障系统软件平台；工业以太网综合接入关键技术
０ 引言
煤炭是我国的主要能源，约占一次能源70%，我国煤矿约95%是井工开采，开采条件复杂，而且随着采掘深度增加，煤矿瓦斯、水患、冲击地压等灾害越来越严重，很容易引起重大事故，如近年来河北唐山刘官屯煤矿“12.7”特别重大瓦斯爆炸事故（死亡108人）、山西大同煤矿集团焦家寨矿“11.5”特别重大瓦斯爆炸事故（死亡47人）、山西临汾瑞之源煤矿“12.5”特别重大瓦斯爆炸事故（死亡105人）、山西焦煤集团屯兰矿“2.22”特别重大瓦斯爆炸事故（死亡78人）、河南平顶山市新华四矿“9.8”特别重大瓦斯爆炸事故（死亡79人）等。2007年7月29日河南省陕县支建煤矿发生透水事故，共有69人被困。被困人员通过电话及时将被困人数、位置和状况向地面汇报，为救援提供了准确信息，缩短了救援时间，同时通过该电话安抚被困人员，增强了被困人员生还信心，最终被困69人成功获救。通过此次事件突出反映了煤矿通信在应急救援中的重要作用。
１ 研究目标
1.1 本项目开发的目的是建立一套涵盖煤矿有线、无线相结合的应急通信保障系统，实现矿井通信全覆盖，发生灾难紧急情况具有一键通功能，系统响应时间不超过30秒；
1.2 通过统一的软件平台，在平时生产中，具有扩音、对讲、打点等功能，可作为皮带、水泵等自动化系统的组成部分，还具备广播、背景音乐播放功能，从而提高矿井的生产效率。当发生事故时，单键操作便可调度所有通信节点。在灾前，可在一分钟内通知到井下各作业区的所有矿工。在灾后，为抢险救援提供通信保障，可与井下救生舱实现对话，便于及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率；
