5G通信技術(shù)推進(jìn)煤礦智能化改造

1、5G通信技術(shù)推進(jìn)煤礦智能化改造摘要：近年來(lái)，國(guó)家出臺(tái)多項(xiàng)政策，大力推進(jìn)智能煤礦發(fā)展和建設(shè)，智能化是煤炭工業(yè)的發(fā)展方向，也是煤炭工業(yè)必須解決的重大課題。目前煤礦產(chǎn)業(yè)在數(shù)字化礦山建設(shè)方面都存在一些問(wèn)題，集中表現(xiàn)在：現(xiàn)有子系統(tǒng)種類繁多，通信網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立，信息不能相互共享；煤礦網(wǎng)絡(luò)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，存在重復(fù)投資、重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象；通訊線路數(shù)量較多，系統(tǒng)維護(hù)工作量大，維護(hù)較為困難；網(wǎng)絡(luò)可靠性差，不利于煤礦安全生產(chǎn)；針對(duì)這一系列的突出問(wèn)題，具備“高速率、低延遲、高可靠性”等優(yōu)良特性的一體化5G網(wǎng)絡(luò)是成為智能礦井的發(fā)展方向，尤其是智能采集、智慧運(yùn)輸、智慧掘進(jìn)、智能巡檢等智能應(yīng)用的落地的必備條件。關(guān)鍵詞：低時(shí)延、無(wú)人

2、化、智能化1井上5G覆蓋通信系統(tǒng)建設(shè)方案1.1井上通信系統(tǒng)整體方案井上機(jī)房配置MEC邊緣計(jì)算服務(wù)器，服務(wù)器位于PTN與礦井融合調(diào)度平臺(tái)服務(wù)器之間，進(jìn)行井下視頻信息交互、監(jiān)控視頻自動(dòng)識(shí)別、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)自動(dòng)處理等邊緣計(jì)算業(yè)務(wù)。MEC配合移動(dòng)布置的UPF,降低數(shù)據(jù)傳送時(shí)延。在辦公樓、中央風(fēng)井部署井上PTN,方面與井下PTN形成環(huán)形組網(wǎng)，保障對(duì)二畝溝辦公樓、中央風(fēng)井等煤礦5G基站回傳雙通道保障；另一方面與移動(dòng)大網(wǎng)PTN成環(huán),確保二畝溝辦公樓至平遙移動(dòng)縣局雙路由,即其中的任一光纜、任一設(shè)備發(fā)生意外故障均可保障井下4/5G基站穩(wěn)定運(yùn)行。除此之外,井上兩套PTN同時(shí)還與4G核心網(wǎng)、MEC之間組成雙路由保護(hù)，即使

3、移動(dòng)大網(wǎng)光纜中斷、設(shè)備發(fā)生故障，也可穩(wěn)定運(yùn)行。井上PTN和移動(dòng)公網(wǎng)之間部署防火墻，配合部署信息網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺(tái)和手機(jī)本地部署管控平臺(tái)，通過(guò)APT智慧探針、手機(jī)上網(wǎng)行為管理工控網(wǎng)絡(luò)安全。1.2井上5G無(wú)線覆蓋性能優(yōu)化根據(jù)井上覆蓋需求規(guī)劃3個(gè)5G站址并及時(shí)開(kāi)展參數(shù)和天饋優(yōu)化，通過(guò)多輪DT和CQT測(cè)試驗(yàn)證，保障了覆蓋區(qū)域覆蓋和室內(nèi)深度覆蓋需求。辦公樓重要會(huì)場(chǎng)：5G平均下載速率為l.OIGbps,上傳速率為144Mbps。煤礦指揮大廳：5G平均下載速率為1.013Gbps,上傳速率為121Mbps。2井下5G覆蓋通信系統(tǒng)建設(shè)方案2.1井下網(wǎng)絡(luò)無(wú)線部分礦井內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)采取礦用4/5G雙模高增益、定向天線+分體

4、式防爆RRU作為基礎(chǔ)的5G分站覆蓋單元，來(lái)滿足“4G(LTE1.9G)+5G(NR2.6G)”網(wǎng)絡(luò)覆蓋，見(jiàn)圖1、圖2所示。E/lirifSI十S-S亦.立主心金|塞j|曲4二正圖1圖2基站主要提供無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，在主井、副井、人車場(chǎng)、運(yùn)輸大巷、皮帶大巷變電所、采掘工作面等重要場(chǎng)所共安裝礦用隔爆兼本安型基站，井下基站通過(guò)光纖連接礦用隔爆兼本安型交換機(jī)，礦用隔爆兼本安型交換機(jī)到基站單路設(shè)計(jì)不大于3級(jí)級(jí)聯(lián)。在井下巷交直，坡度較小的巷道布置基站，基站天線向左右方向覆蓋，覆蓋半徑按400米設(shè)計(jì)，如圖3所示：o基站定向天線希賓代表怙號(hào)用蓋方勺）o*圖3覆蓋半徑按在巷道彎度較大的地方布置基站，基站天線向左右方

5、向覆蓋400米設(shè)計(jì)。如圖4所示：1S號(hào)育冋?qǐng)D4在巷到彎道較多的地方布設(shè)基站，基站天線向左右方向覆蓋300米設(shè)計(jì)。如圖5所示：覆蓋半徑按圖52.3井下專網(wǎng)核心網(wǎng)辦公樓雙環(huán)路通過(guò)部署中興小型核心網(wǎng)，確保在在極端情況下，中央風(fēng)井完全失效的情況，通過(guò)井下BBU至辦公樓光纜至PTN連結(jié)至小型核心網(wǎng)交換機(jī)，在此硬件平臺(tái)上直接無(wú)感知倒換完成4G核心網(wǎng)的基本功能，以滿足在極端情況下，井下4G無(wú)線通信的自交換性（5G已中斷）。2.4UPF網(wǎng)絡(luò)部署UPF（UserPlaneFunction，用戶面功能）作為5GC（5G核心網(wǎng)）的基本組成部分，用來(lái)滿足網(wǎng)絡(luò)切片（NetworkSlicing）的需求，根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)切

6、面來(lái)分配UPF接口，這樣可以減少端到端的傳輸時(shí)延和降低傳輸網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載，從而實(shí)現(xiàn)高效的業(yè)務(wù)傳輸。3移動(dòng)4/5G物聯(lián)網(wǎng)融合應(yīng)用移動(dòng)5G具有大帶寬（單基站上傳150Mbps，下載lGbps）、低延時(shí)（1-10ms）、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，支持海量物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線數(shù)據(jù)連接、井下視頻數(shù)據(jù)采集，保障井下設(shè)備、工作面設(shè)備遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制信道暢通和高可靠性，為井下無(wú)人化作業(yè)提供技術(shù)支撐。移動(dòng)5G基站主要用在工作面、掘進(jìn)面、井下配電室等數(shù)據(jù)密集區(qū)域，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的上傳和遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能；移動(dòng)4G基站主要應(yīng)用于井下巷道的覆蓋，實(shí)現(xiàn)通訊和數(shù)據(jù)訪問(wèn)等功能；二者互相融合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，充分發(fā)揮系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)多輪實(shí)地測(cè)試，目前已達(dá)到煤中央配電

7、室、水泵房5G全覆蓋，煤輔運(yùn)大巷、工作面進(jìn)風(fēng)巷等區(qū)域5G好用的標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表1。3eiwu?忙白也1血5：|LMbyiii：W）正向段P)正向1gmITOMW?|2gJJEMiLHt如證胡牯上壊it側(cè)5B血PiI彌衛(wèi)IMs724皺11IddH：富iL5ao朋1G聞?dòng)^細(xì)丈，閔5aw5cioaf引7并科!:啊S.MJi則SWF履師i如MlC晝隔百顧砂F丸，5W世律阿河國(guó)TOOMOi5QTUI表1為了保障井下4、5G通信高可靠穩(wěn)定運(yùn)行，采用對(duì)PTN（中興6200）防爆處理后下井。RRU到BBU的傳輸采取回傳光路交叉部署方案，確保個(gè)別BBU設(shè)備故障時(shí)，連續(xù)區(qū)域內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)不全斷,4G網(wǎng)絡(luò)仍連續(xù)覆蓋，隔爆BB

8、U與井下環(huán)網(wǎng)交換機(jī)部署位置相同，增強(qiáng)BBU運(yùn)行環(huán)境穩(wěn)定性。BBU連接井下隔爆PTN，井下隔爆化PTN雙環(huán)路至井上PTN所在機(jī)房,確保單路由中斷時(shí)，可在第一時(shí)間倒換；井下5GBBU由PTN1588時(shí)鐘同步授時(shí)。結(jié)束語(yǔ)作為使用國(guó)內(nèi)移動(dòng)5G獲得煤安認(rèn)證的礦用無(wú)線通信系統(tǒng)，是煤礦垂直行業(yè)通信的引領(lǐng)者，以移動(dòng)5G核心技術(shù)，具有多項(xiàng)專門針對(duì)煤礦行業(yè)應(yīng)用的專利技術(shù)，經(jīng)過(guò)多次測(cè)試和實(shí)際應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了井下工況及控制信令的穩(wěn)定可靠傳輸，實(shí)現(xiàn)了“語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)”三網(wǎng)合一業(yè)務(wù)，是目前最先進(jìn)的無(wú)線寬帶系統(tǒng)，能夠接入礦山各類子系統(tǒng)(包括監(jiān)測(cè)監(jiān)控、采掘運(yùn)提排通等自動(dòng)控制系統(tǒng)等)，使井下、井上實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，從而實(shí)現(xiàn)“無(wú)(少)人化、減損化”的現(xiàn)代化煤礦生產(chǎn)運(yùn)行機(jī)制，最大限度的提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，助力煤炭生產(chǎn)企業(yè)對(duì)煤炭生產(chǎn)中的“采、掘、運(yùn)、風(fēng)、水、電、安全”等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)優(yōu)化管理，為采礦安全生產(chǎn)、高效管理等帶來(lái)了一種新的方式，推動(dòng)5G、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、