【GSM900MHz无线通信系统在永平铜矿井下的应用】永平铜矿
时间：2019-04-13 04:23:29 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要 如今井下矿山在开采过程中，采用何种通信方式能够实现井上与井下、井下各个工作面之间顺畅的通信成为管理者面临的难题。无线通信系统成功应用于井下矿山生产中，大大提高了井下人员的安全和生产效率。先进的无线通信技术有助于推行井下矿山企业管理的信息化、网络化建设。本文重点介绍GSM900MHz无线通信系统在永平铜矿井下的应用。
关键词 井下矿山；无线通信；GSM900MHz；六大系统
中图分类号TD65 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）69-0114-02
1 概述
永平铜矿是江西铜业集团公司所属的一座大型露天铜矿。2006年该矿生产方式由单一的露天开采方式向井下开采与露天联采的方式转变。为了提高井下开采管理水平和调度通信的能力，以便加强管理力度，保证安全生产，提高生产效率，该矿在露转坑工程项目中组建了一套井下有线和无线通信系统，以满足上述通信需求。
目前，井下矿山针对各个应用业务采用的通讯技术与系统见下表1：
大多数井下矿山企业采用常规漏泄通信系统来实现井下无线通信，此方案应用的时间比较早、比较成熟。但是随着移动通信的大众化普及，手机已成为普通老百姓广泛使用的通信工具，几乎人手一机。泄露通信系统在应用上存在一定的局限性（只能用专用的对讲机通信），而且井下需要敷设大量的泄露电缆，泄露电缆在井下不易维护。永平铜矿结合目前通信技术水平和自身的实际情况决定在新建的井下矿山中采用GSM900MHz无线移动通信系统。
2 系统介绍
2.1 系统概述
井下GSM900MHz移动通信覆盖是通过对井下进行移动通信网络信号覆盖和优化，以提高井下的通话质量、网络质量、系统容量。永平铜矿井下的通信系统由三个部分组成：无线信号源的设备（微蜂窝基站、宏蜂窝基站、直放站）；无线信号覆盖设备：干线和支线放大器、功分器、耦合器、信号发射天线等设备；主要的布线（同轴馈线电缆、光缆线、电源线）；
根据永平铜矿井下巷道的地形结构，在井下内采用20套光纤直放站，近端采用一拖二、一拖三进行巷道的覆盖。井下天线安装在巷道顶上。重发天线的安装位置和高度只对现有巷道环境进行分布覆盖，只需考虑与现有井下频率不重叠，即可避免同频、邻频干扰问题。要求井下各个巷道覆盖系统的信号平衡，要求通信系统不能出现单通或者手机上显示有信号但是不能打电话。天线型号：使用全向吸顶天线、定向窄波束天线。为尽量节省信号在馈线的损耗，考虑到在井下巷道内走线，馈线主要采用阻燃的1/2″馈线，以达到最佳的性价比。
2.2 系统技术要求
1）上行噪声分析：主机到基站的空间损耗=基站输出功率-主机接收电平=43dBm-5dBm=38dB。基站口的噪声电平=系统上行噪声电平-系统主机到基站口的空间损耗，要求信源基站口的噪声电平小于或等于-120dBm。所以系统上行噪声电平小于或等于-120dBm加上-38dB等于-82dBm。系统上行噪声电平等于121dBm加上系统上行噪声系数再加上系统上行增益，系统的上行增益等于系统的上行噪声电平加上121dBm再减去系统的上行噪声系数等于35dB。因此由上面理论计算公式可以确定系统上行最大工作增益必须要大于35dB；2）下行信号的计算：自由空间指的是相对的介电常数与相对的导磁都是为l（就是介电常数ε、导磁率?分别等于真空介电常数ε。、真空磁导率?。）的均匀介质所存在的空间。它是一种理想的无限大的空间，也是现实生活中的某些实际空间为简化问题的研究而提出的一种科学的抽象。在研究无线电波在特殊环境的下传播，若传播介质、障碍物对无线电波传播的可以忽略其影响程度，可以认为无线电波在这样特殊的环境下是自由空间的传播。自由空间传播路径信号的损耗，用下面的公式计算：Lbs=32.45+20lgf（MHz）+20lgd（km）。在上式中Lbs为自由空间传播路径信号的损耗，f取值范围是从890MHz~960MHz，实际取值900MHz，代入上式中可以得到结果：L1（dB）=91.5+20lgd（km）。自由空间的损耗情况见表2；
3）井下场强计算：通过查询上表可知距离为15m的自由空间损耗值为：55.02dB。吸顶天线增益为：2.15dBi。多路径衰落余量：10dB。发射天线的下行最小的输入功率为：8.3dBm。在距离发射天线15m处手机的场强为：8.3+2.15-55.02-10-15=-69.57dBm，其它地方信号均高于此值；4）井下话务量：永平铜矿共四个主要中段层、辅助斜坡道和长距离胶带输送道。假设某特定区域内最多有500人，有90%的人在井下使用手机，而且有90%的人使用中国移动信号，在井下巷道无线信号覆盖的范围内最忙时的话务量为0.02Erl来计算。区域最大人口数量乘以手机使用率在乘以移动使用率在乘以人均忙时话务量，结果为：500×90％×90%×0.02=8.1Erl。可以预计总话务量在最繁忙时为：8.1Erl。技术上要求呼损指标为：2％。可以通过爱尔兰B公式来确定移动通信系统信道配置的选择。呼损率为2%时在各个信道数下的容量（爱尔兰）见表3；
查询上表可得出结论：井下巷道覆盖区所需的载频数为直放站提供14个话音信道数和2个载频数就可以满足现有的话务量；
5）系统扩容性：本系统全部设备采用宽频，设计时留有一定的功率及话务余量供以后扩容用。在增加基站载波数时，可以实现系统的平滑扩容，对现有覆盖系统不会造成任何影响。中国移动、中国联通、中国电信等多家运营商2G及3G通信系统都可以与井下通信系统无缝对接。国内各个通信运营商的工作频段见表4。
3 应用效果及结论
目前，GSM900MHz无线移动通信系统在永平铜矿井下已经投运了一年多时间，使用效果非常好。井下人员处在有无线信号覆盖的巷道内，手机几乎满格的信号，在接听手机时语音质量很好，极少出现有手机显示有信号但拨不出去或在接听手机时声音断断续续或断线。基于GSM900MHz无线通信系统在井下使用运用收到良好的效果，该矿决定今后通过不断的延伸无线通信系统扩大信号覆盖范围，实现井下完全的无线通信。
无线通信系统成功应用于井下矿山生产中，大大提高了井下人员的安全和生产效率。先进的无线通信技术有助于推行井下矿山企业管理的信息化和网络化建设。现阶段国家对煤矿、金属及非金属类矿山尤其是井下矿山的安全生产越来越重视，要求井下矿山必须配置安全生产六大避险系统。在井下六大避险系统中，通讯方式如何解决是一个关键性的技术难题，而井下无线通信技术恰好可以解决这一难题。
参考文献
[1]尹久龙.大红山铜矿井下综合通讯系统的构建与应用研究[J].湖南有色金属，2011(2).
[2]郭怀忠.直放站的应用浅析[J].广东通信技术，2004(S1).
