5G通信技术推进煤矿智能化改造.docx

5G通信技术推进煤矿智能化改造摘要：近年来，国家出台多项政策，大力推进智能煤矿发展和建设，智能化 是煤炭工业的发展方向，也是煤炭工业必须解决的重大课题目前煤矿产业在数 字化矿山建设方面都存在一些问题，集中表现在：现有子系统种类繁多，通信网 络相互独立，信息不能相互共享；煤矿网络缺乏统一规划，存在重复投资、重复 建设现象；通讯线路数量较多，系统维护工作量大，维护较为困难；网络可靠性 差，不利于煤矿安全生产；针对这一系列的突出问题，具备“高速率、低延迟、 高可靠性”等优良特性的一体化 5G 网络是成为智能矿井的发展方向，尤其是智 能采集、智慧运输、智慧掘进、智能巡检等智能应用的落地的必备条件关键词：低时延、无人化、智能化1 井上 5G 覆盖通信系统建设方案1.1 井上通信系统整体方案井上机房配置 MEC 边缘计算服务器，服务器位于 PTN 与矿井融合调度平台服 务器之间，进行井下视频信息交互、监控视频自动识别、监控数据自动处理等边 缘计算业务MEC配合移动布置的UPF,降低数据传送时延在办公楼、中央风井部署井上PTN, —方面与井下PTN形成环形组网，保障 对二亩沟办公楼、中央风井等煤矿 5G 基站回传双通道保障；另一方面与移动大 网 PTN 成环,确保二亩沟办公楼至平遥移动县局双路由,即其中的任一光缆、任 一设备发生意外故障均可保障井下 4/5G 基站稳定运行。

除此之外,井上两套 PTN 同时还与4G核心网、MEC之间组成双路由保护，即使移动大网光缆中断、设备发 生故障，也可稳定运行井上PTN和移动公网之间部署防火墙，配合部署信息网 络监控平台和本地部署管控平台，通过APT智慧探针、上网行为管理工 控网络安全1.2井上5G无线覆盖性能优化根据井上覆盖需求规划 3 个 5G 站址并及时开展参数和天馈优化，通过多轮DT 和 CQT 测试验证，保障了覆盖区域覆盖和室内深度覆盖需求办公楼重要会场：5G平均下载速率为l.OIGbps,上传速率为144Mbps煤矿指挥大厅：5G平均下载速率为1.013Gbps,上传速率为121Mbps2井下5G覆盖通信系统建设方案2.1 井下网络无线部分矿井内无线网络采取矿用4/5G双模高增益、定向天线+分体式防爆RRU作为 基础的5G分站覆盖单元，来满足“4G(LTE1.9G) +5G (NR2.6G)”网络覆盖， 见图1、图2所示E/lirif"'S I□ □ □ □十•S' -S"亦. 立■■■ 主心 金|| 塞—j|曲4二正图1图2基站主要提供无线网络覆盖，在主井、副井、人车场、运输大巷、皮带大巷 变电所、采掘工作面等重要场所共安装矿用隔爆兼本安型基站，井下基站通过光 纤连接矿用隔爆兼本安型交换机，矿用隔爆兼本安型交换机到基站单路设计不大 于3级级联。

在井下巷交直，坡度较小的巷道布置基站，基站天线向左右方向覆盖，覆盖 半径按 400 米设计，如图 3 所示：o基站•—定向天线 〔希宾代表怙号用盖方勺）o*图3覆盖半径按在巷道弯度较大的地方布置基站，基站天线向左右方向覆盖400 米设计如图 4 所示：1S号育冋图4在巷到弯道较多的地方布设基站，基站天线向左右方向覆盖300 米设计如图 5 所示：覆盖半径按图52.3 井下专网核心网办公楼双环路通过部署中兴小型核心网，确保在在极端情况下，中央风井 完全失效的情况，通过井下 BBU 至办公楼光缆至 PTN 连结至小型核心网交换机，在此硬件平台上直接无感知倒换完成4G核心网的基本功能，以满足在极端情况 下，井下4G无线通信的自交换性（5G已中断）2.4UPF网络部署UPF（User Plane Function，用户面功能）作为5GC （5G核心网）的基本组 成部分，用来满足网络切片（Net work Slicing）的需求，根据不同的网络切面 来分配UPF接口，这样可以减少端到端的传输时延和降低传输网络的负载，从而 实现高效的业务传输3移动4/5G物联网融合应用移动5G具有大带宽（单基站上传150Mbps，下载lGbps）、低延时（1- 10ms）、高可靠性等优点，支持海量物联网无线数据连接、井下视频数据采集， 保障井下设备、工作面设备远程实时控制信道畅通和高可靠性，为井下无人化作 业提供技术支撑。

移动5G基站主要用在工作面、掘进面、井下配电室等数据密 集区域，实现大数据的上传和远程监控等功能；移动4G基站主要应用于井下巷 道的覆盖，实现通讯和数据访问等功能；二者互相融合，取长补短，充分发挥系 统的优势通过多轮实地测试，目前已达到煤中央配电室、水泵房5G全覆盖，煤辅运 大巷、工作面进风巷等区域5G好用的标准，见表1■3eiwu?忙白也1■血5：|■LMbyi°ii：W）正向段P)正向1gmITOMW?|>2gJJEMiLHt如證胡牯上壊it側5B血PiI彌卫£IMs724皱<11IddH：富iL5■ao朋1G闻觀细丈，闵5aw5cioaf引7并科!:啊S.MJi则SWF履师£i如MlC昼隔百顾砂F丸，5W世律阿河国TOOMOi5QTUI表1为了保障井下4、5G通信高可靠稳定运行，采用对PTN （中兴6200）防爆处理后下井RRU到BBU的传输采取 回传光路交叉部署方案，确保个别BBU设备故障时，连续区域内5G网络不全断, 4G网络仍连续覆盖，隔爆BBU与井下环网交换机部署位置相同，增强BBU运行环 境稳定性BBU连接井下隔爆PTN，井下隔爆化PTN双环路至井上PTN所在机房, 确保单路由中断时，可在第一时间倒换；井下5GBBU由PTN1588时钟同步授时。

结束语作为使用国内移动 5G 获得煤安认证的矿用无线通信系统，是煤矿垂直行业 通信的引领者，以移动 5G 核心技术，具有多项专门针对煤矿行业应用的专利技 术，经过多次测试和实际应用，实现了井下工况及控制信令的稳定可靠传输，实 现了“语音、视频、数据”三网合一业务，是目前最先进的无线宽带系统，能够 接入矿山各类子系统(包括监测监控、采掘运提排通等自动控制系统等)，使井 下、井上实现无缝对接，从而实现“无(少)人化、减损化”的现代化煤矿生产 运行机制，最大限度的提高生产效率，降低生产成本，助力煤炭生产企业对煤炭 生产中的“采、掘、运、风、水、电、安全”等各个生产环节优化管理，为采矿 安全生产、高效管理等带来了一种新的方式，推动5G、物联网、云计算、大数据、 “互联网+”等一系列新技术与煤炭行业的深度融合，实现煤矿智能化参考文献[1] 韩哲.5G是煤矿智能化的关键[J].煤炭技术,2021,40(06):156-159.[2] 何家泉，张超俊.5G技术的煤矿智能化开采关键技术分析[J].长江信息通 信,2021,34(02):226-228.。