明创慧远科技集团有限公司

煤矿无线传输通信智能组网

国家能源集团梅花井煤矿

一、场景描述

为提升煤矿物联网接入效率、提高无线传输通信可靠性、降低独立运行的信息系统导致的设备维护量、减少井下基站因信号重叠导致的设备浪费，基于井下语音、视频、定位、数据方面的需求，通过“煤矿无线传输通信智能组网技术研究”科研项目的实施，研究一套适用于井下的无线缆连接、便携可靠、通用性强、智能组网的无线传输通信设备、技术方案。重点解决当前煤矿井下设备物联网接入困难、无线通信系统技术落后、现有信息系统繁杂、基站布置不合理、基站断线导致的设备脱机等问题，为矿井的安全生产、指挥决策提供了强有力的支撑。传统方式缺点有：

1.目前各矿井，采用小灵通技术进行通信，目前相关产品已经停产，无法进行补套；

2.没有对巷道粗糙度及变化情况与无线信号衰减理论进行分析，基站按照常规方法进行布置，存在一定的资源浪费；

3.4G无法进行视频等大带宽信号接入，5G成本太高；

4.WiFi组网技术无法满足通信需求。

二、解决方案

采用5GNSA核心网，根据现场实际需要，数据接入量大，区域主要采用5G+uwb融合基站；对于接入量不大，比较重要区域采用4G+WiFi6+uwb技术融合基站，满足通信需求的同时，其他信号接入WiFi6内；其他区域采用4G+WiFi+uwb融合技术基站，满足现场使用需求；同时根据巷道信号衰减理论与最佳频率理论研究成果，对无线信号进行合理规划，提高信号覆盖范围，提高矿井信息沟通效率，降低矿井通信系统建设投入成本。

1.适用于煤矿井下巷道信号衰减理论与最佳频率理论研究

通过实验室数据仿真与煤矿井下实际测量，研究形成煤矿巷道信号衰减相关理论，确定矿井井下基站设置最适宜通信频段。巷道内的粉尘对于无线信号的散射和吸收也有很大的影响，在弯曲的巷道选择频率为900MHz可以适当地对信号衰减进行缓解，针对不同尺寸、不同情况的巷道传播，我们应该进行更多的特性测试，结合理论分析和现场的实践探索，提出更好的综合衰减模型，对本文所研究的主题进行下一步深入的探索。我们现在的理论计算已经取得了一定的研究成果，但是对于我们所得出的计算结果的准确性，还需要进一步的验证和应用。

2.用于煤矿行业的mesh通信系统的实现方法

Mesh系统遵循标准的802.11X协议，具备标准的设备接入能力，任何IP型的设备，或者设备通过IP化接口，可以直接与系统相连接，无需编制任何驱动程序和应用程序，即可实现该设备的无线化，互联化。

3.融合mesh、5G、4G、WiFi6、uwb的融合产品技术实现方法。

通过项目研究，发明一种煤矿井下使用的多种无线通信系统融合的一体化通信基站，其硬件将4G、定位、WIFI6、MESH等多种无线通信系统融合在一起，既解决煤矿井下常规无线通信需求，支持有线连接组网、无线连接组网多种方式进行混搭匹配，保障了网络组网的灵活性、可靠性、实用性、适应性。

三、应用效果

1.提高设备的使用寿命和效率

融合通讯系统在通讯制式上采用多种通讯制式的融合接收和发送机制，本项目中所提供的是综合分站，即能够接入WIFI、UWB、网络、4G等有线传输和无线传输的各类通信制式数据。在工业应用中提高煤矿井下各类设备的接入使用，从而达到矿井设备物联网的目的，当矿井物联网形成后，各类设备数据及环境数据可实时上传至地面大数据分析平台，如设备全生命周期管理系统，通过该系统和OEE设备综合效率提高设备的使用寿命和使用率，从而达到设备合理化运行和降低能耗、减少成本的目的。

2.实现简化工作流程提高工作效率

随着工业互联网、大数据、云平台以及移动应用的普及，各种移动应用在新型工业场所已日渐普及，而对于煤炭生产企业矿井，传统的无线通讯设备无法实现智能终端的应用。当工作人员井下工作时，对地面的工作无法及时处理及解决。本次梅花井煤矿4G、WIFI等无线通讯系统研发建设完成后，井下可实现智能终端的井下应用，工作人员可以携带符合矿用产品要求的智能终端设备在煤矿井下实现与地面工作同步进行，从而提高工作效率，简化工作流程。

3.实施费用及线缆敷设数量的节省

无线传输通信智能组网技术研究与应用项目实施后，相比较5G全矿覆盖技术，大幅度降低了矿井通信系统投入成本，满足了矿井使用要求，同时探索和尝试了多种无线技术在矿井中的应用，分析技术对实际应用的最佳路径，可以在各煤矿单位推广使用，具有很高的推广应用前景。