張慧文，田多寶

(陜西黃陵二號(hào)煤礦有限公司，陜西 延安 727307)

0 引言

隨著技術(shù)的不斷革新，我國(guó)目前煤礦井下作業(yè)的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)處于世界前列。車(chē)輛運(yùn)輸作為煤炭生產(chǎn)過(guò)程中重要的組成部分，由于井下作業(yè)空間有限且環(huán)境較差，巷道較窄，光線(xiàn)不佳，并且井下情況較為復(fù)雜，因此車(chē)輛運(yùn)行難度較大。首先要保證的就是車(chē)輛在行進(jìn)的過(guò)程中不會(huì)發(fā)生撞車(chē)的現(xiàn)象，井下車(chē)輛定位就顯得尤為重要。

1 煤礦井下作業(yè)車(chē)輛定位

傳統(tǒng)的無(wú)軌膠輪車(chē)雖然大大提升了運(yùn)輸效率并且降低了成本。但在正常使用的過(guò)程中仍然存在許多問(wèn)題，比如在正常的運(yùn)輸過(guò)程中煤礦井下整個(gè)軌道路線(xiàn)沒(méi)有安放交通指示燈。在行駛的過(guò)程中需要完全依靠司機(jī)本身的靈敏度以及高超的駕駛技術(shù)，出現(xiàn)任何問(wèn)題卻不能及時(shí)將井下情況反饋給調(diào)度室，完全依靠司機(jī)自身的處理能力，維修效率較低。尤其是井下環(huán)境較為惡劣時(shí)，無(wú)軌膠輪車(chē)的運(yùn)輸過(guò)程較難。而現(xiàn)階段大部分煤礦所使用的煤礦井下4G車(chē)輛調(diào)度指揮系統(tǒng)，調(diào)度員在地面就可看到井下車(chē)輛運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)，了解每個(gè)機(jī)車(chē)的具體位置、運(yùn)行狀況及駕駛司機(jī)狀況等。機(jī)車(chē)在信號(hào)燈指揮下有序運(yùn)行，遇道岔時(shí)司機(jī)可用遙控器扳道岔，遇危險(xiǎn)時(shí)自動(dòng)停車(chē)避免掉道。同時(shí)系統(tǒng)自帶機(jī)車(chē)維修、保養(yǎng)提醒功能，自動(dòng)提醒司機(jī)充電，機(jī)車(chē)故障時(shí)幫助維修人員快速解析原因，指導(dǎo)維修。同時(shí)視頻具備視頻會(huì)議、微信功能，多名技術(shù)人員可集中遠(yuǎn)程診斷、排查問(wèn)題，提高維修效率等。隨著4G指揮系統(tǒng)的推廣，讓無(wú)軌膠輪車(chē)運(yùn)輸更加高效、安全和可靠，向著智能化、無(wú)人化的方向更進(jìn)一步。

目前處于現(xiàn)代化技術(shù)水平較高的時(shí)代。井下作業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了智能化，尤其是現(xiàn)階段大力推廣的煤礦無(wú)軌膠輪車(chē)智能管理系統(tǒng)，這種系統(tǒng)運(yùn)行后可全面提高膠輪車(chē)輛調(diào)配效率，確保輔助運(yùn)輸安全，使煤礦井下輔助運(yùn)輸管理邁上了一個(gè)新的臺(tái)階。無(wú)軌膠輪車(chē)智能管理系統(tǒng)基于井下4G無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)建設(shè)，系統(tǒng)所提供車(chē)載終端與4G無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)無(wú)縫接入。主要滿(mǎn)足較多數(shù)量人車(chē)的語(yǔ)音通訊、車(chē)輛定位、車(chē)門(mén)開(kāi)閉監(jiān)控、倒車(chē)?yán)走_(dá)探測(cè)、地圖顯示以及司機(jī)考勤識(shí)別功能，同時(shí)滿(mǎn)足較多數(shù)量料車(chē)的車(chē)輛定位需求。該系統(tǒng)由車(chē)輛管理用讀卡器、車(chē)輛識(shí)別卡及輔材等組成，車(chē)輛管理用讀卡器與礦用行車(chē)信息記錄儀總線(xiàn)連接，借助4G無(wú)線(xiàn)傳回至上位機(jī)處。通過(guò)智能交通管理平臺(tái)軟件進(jìn)行顯示和分析，可以采集井下車(chē)輛動(dòng)態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括車(chē)型、車(chē)號(hào)、駕駛司機(jī)、車(chē)隊(duì)、具體運(yùn)行位置、路徑等。通過(guò)大巷內(nèi)識(shí)別卡、車(chē)輛上讀卡器的配套，結(jié)合上位機(jī)平臺(tái)軟件，可以生成車(chē)輛運(yùn)行軌跡，對(duì)車(chē)輛行駛速度和運(yùn)行位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，還可以適時(shí)監(jiān)控司機(jī)的行為規(guī)范。

無(wú)軌膠輪車(chē)智能管理系統(tǒng)能夠及時(shí)、準(zhǔn)確的將井下各個(gè)區(qū)域車(chē)輛數(shù)量、車(chē)輛定位、車(chē)輛進(jìn)出井時(shí)間、運(yùn)行路線(xiàn)等動(dòng)態(tài)分布情況及時(shí)反映到地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以對(duì)每個(gè)路口出入車(chē)輛數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)各路線(xiàn)的繁忙程度合理調(diào)整優(yōu)化行車(chē)路線(xiàn)，使車(chē)輛調(diào)度管理員能夠隨時(shí)掌握井下車(chē)輛等多種運(yùn)行信息，同時(shí)也可在煤礦井下險(xiǎn)情發(fā)生時(shí)為搶險(xiǎn)救援提供準(zhǔn)確的井下車(chē)輛位置、車(chē)輛求救信息和語(yǔ)音廣播指令，最大限度地提高救援、撤離效率。該套系統(tǒng)正式運(yùn)行后，將大幅提高輔助運(yùn)輸環(huán)節(jié)的運(yùn)行效率和安全性，規(guī)范司機(jī)操作行為，提升礦井安全管理水平，為全面建設(shè)智慧礦山創(chuàng)造了有利條件。

隨著煤礦企業(yè)的快速發(fā)展，煤礦安全高效生產(chǎn)越來(lái)越受到重視，在此形勢(shì)下，煤礦井下車(chē)輛管理系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其技術(shù)也越來(lái)越成熟。井下機(jī)車(chē)管理系統(tǒng)是保障井下行車(chē)安全、提高運(yùn)輸效率和運(yùn)營(yíng)管理水平的重要設(shè)施。為確保行車(chē)安全，系統(tǒng)設(shè)有岔口語(yǔ)音提示功能，岔路口時(shí)語(yǔ)音提示“車(chē)輛通過(guò)，請(qǐng)行人注意”；系統(tǒng)設(shè)有防碰撞報(bào)警功能，兩車(chē)距離較近時(shí)，系統(tǒng)會(huì)提示，前方或后方約多少米處有車(chē)輛，請(qǐng)司機(jī)注意；設(shè)有同步監(jiān)控功能，機(jī)車(chē)運(yùn)行信息同步上傳調(diào)度室，可以同步監(jiān)控機(jī)車(chē)運(yùn)行狀況，車(chē)輛調(diào)度系統(tǒng)通過(guò)優(yōu)化的閉鎖邏輯，控制井下交通燈，引導(dǎo)井下車(chē)輛有序運(yùn)行，杜絕了車(chē)輛堵死、追尾等現(xiàn)象，很大程度地提高了運(yùn)輸效率。

2 煤礦當(dāng)中的信號(hào)控制技術(shù)

煤礦信息化面臨著諸多挑戰(zhàn)，井下地質(zhì)條件復(fù)雜、惡劣，大量在地面已獲廣泛應(yīng)用的成熟信息技術(shù)在井下無(wú)法使用，適用于煤礦井下的信息技術(shù)、信息產(chǎn)品和信息系統(tǒng)的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化水平非常滯后。目前煤炭行業(yè)應(yīng)用的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)解決方案相對(duì)薄弱，安全生產(chǎn)調(diào)度技術(shù)落后，難以滿(mǎn)足建設(shè)現(xiàn)代化數(shù)字智能礦井的要求，亟待業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的大型通信企業(yè)針對(duì)煤礦實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境需求進(jìn)行技術(shù)定制，將先進(jìn)的技術(shù)引入礦井信息化建設(shè)中。因此，目前煤礦上所使用的信號(hào)控制技術(shù)是集齊了語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、集群三大業(yè)務(wù)功能，既滿(mǎn)足現(xiàn)有的礦用通信需求，也符合數(shù)字煤礦、智慧礦山的未來(lái)發(fā)展方向。提供統(tǒng)一的通信平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度通信和行政通信一體化、井下通信和井上通信一體化、有線(xiàn)無(wú)線(xiàn)一體化、通信定位一體化以及語(yǔ)音和數(shù)據(jù)通信一體化。

信號(hào)控制系統(tǒng)是以CDMA技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了公網(wǎng)通信的主體功能，此外還集成了專(zhuān)業(yè)數(shù)字集群GoTa，以專(zhuān)網(wǎng)專(zhuān)建為思路，結(jié)合專(zhuān)網(wǎng)特點(diǎn)，用低成本、高質(zhì)量滿(mǎn)足煤礦行業(yè)用戶(hù)生產(chǎn)管理與生活需要，是一種小型化的CDMA專(zhuān)網(wǎng)系統(tǒng)，其設(shè)備滿(mǎn)足了井上、井下一體化設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)電話(huà)統(tǒng)一調(diào)度，通過(guò)調(diào)度臺(tái)同時(shí)解決煤礦井上、井下的通信問(wèn)題，達(dá)到縱向調(diào)度，靈活可靠，礦區(qū)內(nèi)外通信暢通無(wú)阻，并可提供EVDO3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)語(yǔ)音、專(zhuān)業(yè)集群、生產(chǎn)調(diào)度、視頻監(jiān)控多網(wǎng)合一。并且其煤礦井下無(wú)線(xiàn)通信解決方案充分考慮井下通信的安全需求，所有井下設(shè)備均經(jīng)過(guò)隔爆和本安防爆處理，通過(guò)國(guó)家的防爆認(rèn)證。

井下多為狹長(zhǎng)型通道，因此采用礦用毫瓦級(jí)Gecko基站加定向天線(xiàn)方式進(jìn)行覆蓋。井下主巷道主要用作運(yùn)輸，直徑寬、長(zhǎng)度比較長(zhǎng)，基站覆蓋距離比較長(zhǎng)，輔巷道主要用于采煤，輔巷道多彎道，有阻隔鐵門(mén)，基站覆蓋距離比較短。同時(shí)配備專(zhuān)業(yè)數(shù)字集群的礦用系統(tǒng)，生產(chǎn)調(diào)度更為迅捷便利，生產(chǎn)效率能得到極大提升。并且可提供專(zhuān)業(yè)管理臺(tái)，管理人員可通過(guò)管理臺(tái)管理本集團(tuán)的群組和用戶(hù)，以及用戶(hù)和群組的隸屬關(guān)系，分組信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)自動(dòng)同步到終端上，大大降低了管理難度。

目前信號(hào)控制技術(shù)可提供專(zhuān)業(yè)調(diào)度臺(tái)，調(diào)度人員可通過(guò)臺(tái)席實(shí)時(shí)指揮地面和井下的工作群組或者用戶(hù)。調(diào)度臺(tái)臺(tái)席還可以和定位系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)融合，通過(guò)一機(jī)多屏將煤礦調(diào)度操作更立體的呈現(xiàn)在調(diào)度員和領(lǐng)導(dǎo)面前，形成煤礦指揮調(diào)度駕駛艙。調(diào)度人員通過(guò)視頻監(jiān)控窗口，可以實(shí)時(shí)查看井上/井下各視頻監(jiān)控點(diǎn)的視頻信息，也可以通過(guò)室外GPS定位觀察到地面運(yùn)煤車(chē)輛的運(yùn)行情況，還可以選擇攝像頭或者在地圖上框選用戶(hù)，直接進(jìn)行集群群組呼叫，呼叫過(guò)程中，視頻信息和定位信息的上傳不受任何影響，可并發(fā)進(jìn)行。煤礦井下通信系統(tǒng)采用EVDO技術(shù)支持無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，三載波捆綁可達(dá)下行可達(dá)14.7 M，上行可達(dá)5.4 M。

煤礦井下作業(yè)遠(yuǎn)離地面，地形復(fù)雜，環(huán)境惡劣，采用無(wú)線(xiàn)傳輸，承載視頻監(jiān)控、傳感器信息等，可大大節(jié)省井下布線(xiàn)難度，設(shè)備也可隨著工作區(qū)的變化靈活部署，并且可以和現(xiàn)有設(shè)備互聯(lián)互通。支持和礦區(qū)現(xiàn)有PBX系統(tǒng)、固話(huà)系統(tǒng)間的互聯(lián)互通，新建無(wú)線(xiàn)通訊系統(tǒng)可以和舊設(shè)備融合，節(jié)省礦區(qū)前期投入。交換控制器主要由核心網(wǎng)模塊(CN)、GoTa調(diào)度服務(wù)器模塊(DSS)和基站控制器模塊(BSC)構(gòu)成。其中，核心網(wǎng)集成了公網(wǎng)核心網(wǎng)的主要功能，主要包括語(yǔ)音、短信、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、互聯(lián)互通等，GoTa調(diào)度服務(wù)器集成了專(zhuān)業(yè)數(shù)字集群功能，基站控制器負(fù)責(zé)連接井上和井下基站并進(jìn)行控制處理。使用BBU+RRU分布式基站進(jìn)行組網(wǎng)，完成無(wú)線(xiàn)信號(hào)的地面覆蓋。使用公文包大小的Gecko防爆基站，用于井下的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋。配備專(zhuān)業(yè)調(diào)度臺(tái)、管理臺(tái)，專(zhuān)門(mén)用于礦區(qū)的管理和調(diào)度。井下防爆終端、井上普通終端、車(chē)載臺(tái)、智能機(jī)等一應(yīng)俱全，終端一機(jī)多用，既支持普通語(yǔ)音調(diào)度，也同時(shí)支持專(zhuān)業(yè)數(shù)字集群業(yè)務(wù)。

3 目前煤礦信號(hào)控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

綠色語(yǔ)音，專(zhuān)用信道傳輸語(yǔ)音，語(yǔ)音清晰，抗干擾強(qiáng)，適合復(fù)雜環(huán)境通信。高速數(shù)傳和無(wú)線(xiàn)承載，GoTa 3G三載波捆綁可達(dá)14.7 M，高速無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸能力不僅支持地面、井下語(yǔ)音調(diào)度，還可以成為無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)某休d網(wǎng)絡(luò)，支持視頻監(jiān)控和傳感器信息傳輸、以及基于地面GPS定位信息的指揮調(diào)度，還可以將集群對(duì)講和定位、視頻監(jiān)控融合，煤礦領(lǐng)導(dǎo)可以結(jié)合地圖和視頻監(jiān)控畫(huà)面，進(jìn)行可視化調(diào)度。

互聯(lián)互通，不僅實(shí)現(xiàn)井下井上一體，系統(tǒng)還支持多礦區(qū)間互聯(lián)互通和已建設(shè)的PBX系統(tǒng)的互聯(lián)互通，此外，系統(tǒng)還需要具備和運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通的能力，最大程度的擴(kuò)展數(shù)字礦山業(yè)務(wù)覆蓋區(qū)域外延。專(zhuān)業(yè)數(shù)字集群，除了傳統(tǒng)的語(yǔ)音調(diào)度外，支持專(zhuān)業(yè)數(shù)字集群、依靠快速接入、一呼百應(yīng)的數(shù)字集群技術(shù)，使得群組呼叫成為井下、地面溝通的利器，群組式的工作模式進(jìn)一步提升煤礦工作效率；通過(guò)系統(tǒng)提供的管理臺(tái)，煤礦管理人員可以輕松的劃分群組，通過(guò)系統(tǒng)提供的調(diào)度臺(tái)，煤礦調(diào)度人員可以實(shí)時(shí)向井下和地面群組或者人員發(fā)布調(diào)度指令助力建設(shè)煤礦高效生產(chǎn)與安全巡查無(wú)線(xiàn)指揮調(diào)度系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

煤礦井下車(chē)輛定位與信號(hào)控制技術(shù)已經(jīng)在部分礦井推廣使用，無(wú)論是煤礦井下的定位系統(tǒng)還是煤礦地面的信號(hào)控制技術(shù)都取得了較大發(fā)展，隨著4G時(shí)代和智能化開(kāi)采的到來(lái)，中國(guó)煤礦井下車(chē)輛定位以及信號(hào)控制技術(shù)會(huì)加速向無(wú)人機(jī)、智慧礦山邁進(jìn)。