摘要：通過對(duì)煤礦較為復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境以及移動(dòng)的生產(chǎn)管理的通信需求特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)了無線以太網(wǎng)技術(shù)的探討，并以當(dāng)前無線以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展介紹為基礎(chǔ)，具體探討了無線以太網(wǎng)技術(shù)在煤礦通信系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用，從而構(gòu)建了持續(xù)改進(jìn)和發(fā)展著的煤礦通信系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：煤礦 通信系統(tǒng) 無線以太網(wǎng) 技術(shù) 應(yīng)用

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)能源的需求量不斷加大，煤礦開采和生產(chǎn)將面臨著更加復(fù)雜的環(huán)境。同時(shí)，當(dāng)今的煤礦的開采不僅僅限于傳統(tǒng)的永久性大巷，更需要根據(jù)煤礦開采和生產(chǎn)所面臨的外在環(huán)境而不斷改變，其中涉及到煤礦的采掘、支護(hù)、監(jiān)控、通信、運(yùn)輸以及檢測等工作。在煤礦井下巷道的掘進(jìn)過程中，大量的機(jī)械設(shè)備需要搬遷，維護(hù)和移動(dòng)，因此，對(duì)于進(jìn)行煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率的減員增效模式越來越受到人們的重視。此外，減員增效開采模式絕大部分屬于井供式開采，由此，具有較大的開采難度。煤礦開采中煤層的賦存條件較差、煤礦開采過程中的成本較高、煤礦生產(chǎn)環(huán)境中的巷道較長。在煤礦這一特殊的環(huán)境下要實(shí)現(xiàn)減員增效，是對(duì)煤礦通信系統(tǒng)的巨大挑戰(zhàn)。煤礦的生產(chǎn)面臨著作業(yè)人員較少、巷道距離較長的開采環(huán)境下，煤礦的通訊設(shè)備應(yīng)更為小型化、便捷化、可移動(dòng)，并將成為今后煤礦通信技術(shù)的首要選擇。

1 當(dāng)前無線技術(shù)研究

調(diào)查顯示，有線通信方式是我國目前煤礦井下通信系統(tǒng)的主要方式，煤礦井下的生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控、控制、人員定位系統(tǒng)以及工業(yè)電視等都是使用了有線的方式來進(jìn)行傳輸?shù)摹５?，?dāng)前煤礦井下的無線通信仍然以低效率的語音通信為主，煤礦井下的多模式通訊體系依舊處于理論的研究階段。無線通信技術(shù)，具體有漏泄通信、透地通信、感應(yīng)通信以及CDMA (大靈通) 通信系統(tǒng)等幾種模式。在無線通信技術(shù)中，由于感應(yīng)通信以及透地通信存在較小的信道容量，難以抵御電磁侵?jǐn)_，可靠性不高，從而不同程度地制約其應(yīng)用。礦用小靈通技術(shù)則來源于公用通信網(wǎng)絡(luò)中的PHS系統(tǒng)，是井下與地面實(shí)現(xiàn)無線電通信的范疇。礦用大靈通(CDMA)是相對(duì)與小靈通而言的。大靈通的工作波段為450MHz，基于CD2MA2000技術(shù)。由于其具有抗干擾能力強(qiáng)、移動(dòng)性好、通話清晰以及能夠支持無線高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等特征，克服了小靈通的一些缺陷。但其功能單一、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化較差，并且容易受到自然災(zāi)害的破壞。因而，并不適用于實(shí)現(xiàn)多功能煤礦井下無線通信。

煤礦通信系統(tǒng)的無線通信體系的構(gòu)造中，通信頻率的選擇是其必不可少的一環(huán)節(jié)，根據(jù)當(dāng)前的研究，井下巷道中無線電波的頻率與衰減特性如下圖所示。

如上圖所示，煤礦井下的傳播頻率，在800MHz之下的電磁波衰減幅度較大，難以適應(yīng)煤礦生產(chǎn)環(huán)境下的通訊需要。隨著信息傳輸頻率的不斷提高，信號(hào)的損耗也在逐漸增加。由于巷道壁所引發(fā)的損耗較小，由此，在1000～3000MHz 區(qū)間整體的損耗逐漸縮小。

2 無線以太網(wǎng)(WLAN)技術(shù)

無線以太網(wǎng)(WLAN)通過IEEE802111 協(xié)議建立規(guī)范的定義體系，主要包括802111a 、802111b 、802111g 以及新的802111n 等，無線以太網(wǎng)的工作頻段可設(shè)定為2400MHz 以及5800MHz，無線以太網(wǎng)使用的技術(shù)包括有正交頻分復(fù)用技術(shù)(802111g)、直序列擴(kuò)頻技術(shù)(802111b)和智能天線與頻道聚合技術(shù)(802111n) 。同時(shí)，無線以太網(wǎng)不僅擴(kuò)展了有線以太網(wǎng)的使用范圍，還具有使用靈活、成本低、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化好以及抗干擾強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其傳輸吞吐率可達(dá)5Mbps (802111b) 、20Mbps(802111g) 、250Mbps (802111n) ，并且，無線以太網(wǎng)技術(shù)的通信系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)有效語音和視頻的傳輸。通常情況下，無線以太網(wǎng)在電子終端設(shè)備在醫(yī)療機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)以及企業(yè)的內(nèi)部無線網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。

3 煤礦通信系統(tǒng)中無線以太網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

3.1 移動(dòng)通信 無線以太網(wǎng)的技術(shù)作為煤礦的語音移動(dòng)通信設(shè)備已經(jīng)有比較長的使用歷史。研究表明，目前已經(jīng)開發(fā)成功的通信系統(tǒng)已到達(dá)數(shù)十套。通過采用Vo IP的通信技術(shù)體制，結(jié)合以太網(wǎng)的使用環(huán)境，并隨著Vo IP在無線以太網(wǎng)中的應(yīng)用技術(shù)的不斷完善和進(jìn)步，并在煤礦通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，新一代的綜合通信技術(shù)建立了行政生產(chǎn)一體化的調(diào)度通信，并且實(shí)現(xiàn)了無線有線的一體化，如下圖所示。

3.2 系統(tǒng)組網(wǎng) 在傳統(tǒng)的煤礦通信系統(tǒng)使用中，都是以鏈形或星形的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為主，其子系統(tǒng)自成網(wǎng)絡(luò)，帶寬利用率低下、系統(tǒng)的可靠性不高、運(yùn)行維護(hù)難度大以及抗災(zāi)性能較差。煤礦井下無線以太網(wǎng)技術(shù)的不斷應(yīng)用和技術(shù)的提高，無線通訊系統(tǒng)的可靠度逐漸提高，但當(dāng)前的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)均采用有線傳輸?shù)姆绞?，?duì)于復(fù)雜、惡劣的井下作業(yè)環(huán)境，必須確保通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)在環(huán)境的布置中要相對(duì)較好，并且由于通訊系統(tǒng)的組網(wǎng)施工、通訊系統(tǒng)維護(hù)相對(duì)困難、通訊設(shè)備常常搬遷等原因，無線通訊系統(tǒng)安裝在生產(chǎn)層面不能形成環(huán)網(wǎng)，同時(shí)移動(dòng)設(shè)備的搬遷工作量較大，而Mesh 組網(wǎng)技術(shù)、無線網(wǎng)橋技術(shù)，是充分保證煤礦無線通訊系統(tǒng)組環(huán)的重要技術(shù)。無線以太網(wǎng)與有線網(wǎng)絡(luò)的連接標(biāo)準(zhǔn)一致，可以形成對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)的無縫連接，無線以太網(wǎng)可作為工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的接入點(diǎn)，采用已建好的工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，有效利用當(dāng)前資源，此外，還可將無線以太網(wǎng)擴(kuò)展到煤礦生產(chǎn)的采掘工作層以及掘進(jìn)工作層，由此保證煤礦通訊系統(tǒng)的靈活和簡便等特性。

3.3 工業(yè)自動(dòng)化 隨著工業(yè)技術(shù)的不斷更新和發(fā)展推動(dòng)了通訊系統(tǒng)的持續(xù)進(jìn)步，煤礦通訊系統(tǒng)逐漸向自動(dòng)化以及復(fù)雜化的方向發(fā)展，子系統(tǒng)的數(shù)量、類型在發(fā)展中不斷增加，而現(xiàn)有子系統(tǒng)連接方式均以星形或是鏈形為主干拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，選擇有線的通信網(wǎng)絡(luò)方式容易受到位置以及生產(chǎn)環(huán)境的限制，同時(shí)煤礦的通信系統(tǒng)的設(shè)置還應(yīng)架設(shè)通信系統(tǒng)電纜，不便于移動(dòng)，同時(shí)也將導(dǎo)致線路冗余的缺少，導(dǎo)致信號(hào)“一碰就斷”。而煤礦作業(yè)層面采用無線以太網(wǎng)技術(shù)，接入適配設(shè)備，同時(shí)還將無線以太網(wǎng)接入了井下工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)。從而能建立以設(shè)備以及子系統(tǒng)為對(duì)象的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)為煤礦無線以太網(wǎng)以及無線以太網(wǎng)的通信以及系統(tǒng)的總線通信和串行通信提供了多種層次的接口。煤礦無線通信系統(tǒng)中的以太網(wǎng)與適配設(shè)備的自動(dòng)接入，致使網(wǎng)絡(luò)的子系統(tǒng)或是設(shè)備的接入不再受到線纜的約束，建立了簡單而快速的接入方式，以太網(wǎng)通訊系統(tǒng)的自動(dòng)化接入還能構(gòu)建無線-有線或無線Mesh的多鏈路冗余傳輸模式，有效提高了煤礦無線通信系統(tǒng)的可靠度。

3.4 應(yīng)急通信 在煤礦的井下開采中，由于其生產(chǎn)和作業(yè)的高危險(xiǎn)性，出現(xiàn)緊急或是災(zāi)害的現(xiàn)象或概率較大，由此，穩(wěn)定的通信設(shè)備和通信系統(tǒng)是十分必要的求援保障。目前，煤礦的通信系統(tǒng)多為礦用小靈通和大靈通，而這些通訊設(shè)備的運(yùn)行與地面的局端交換設(shè)備的狀況密切相關(guān)。當(dāng)煤礦災(zāi)害發(fā)生時(shí)，整個(gè)煤礦的通信線路遭到損壞，或是井下通訊設(shè)備斷電時(shí)，將導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)備失效。一旦與地面的局端設(shè)備失去連接，通信系統(tǒng)就將崩潰，從而難以發(fā)揮其在應(yīng)急救援中的通信作用。無線以太網(wǎng)是基于VoIP 通信，各無線通訊系統(tǒng)基站以及用戶手中的通訊器都能脫網(wǎng)通信，即使與地面的局端設(shè)備失去連接，無線通信系統(tǒng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間依舊能持續(xù)通信。煤礦無線以太網(wǎng)通信系統(tǒng)還具有環(huán)網(wǎng)冗余的功能，就其用途而言是系統(tǒng)中一個(gè)節(jié)點(diǎn)或一條通信線路的損壞將不對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)的通信功能造成影響。

3.5 視頻監(jiān)控 隨著不斷提高的煤礦井下生產(chǎn)自動(dòng)化設(shè)備的采用，煤礦企業(yè)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場的視頻監(jiān)控要求逐漸提高。煤礦通信系統(tǒng)中的無線視頻監(jiān)控功能，在地面的石油、電力以及公安等相關(guān)領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用，煤礦通信系統(tǒng)中的無線以太網(wǎng)技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)多路視頻傳輸功能，能應(yīng)用于煤礦井下的開采作業(yè)中。具有無線傳輸功能的攝像機(jī)，能輕松移動(dòng)，可作為煤礦生產(chǎn)和開采作業(yè)中電視傳輸視頻系統(tǒng)的有效補(bǔ)充。

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