豹子溝煤業(yè)5G 無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的應(yīng)用研究

王常軍

（山煤國(guó)際能源集團(tuán)股份有限公司煤業(yè)分公司蒲縣豹子溝煤業(yè)，山西 臨汾 041000）

網(wǎng)絡(luò)是信號(hào)傳遞的基礎(chǔ)，山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)豹子溝煤業(yè)有限公司與山西聯(lián)通公司聯(lián)合建設(shè)5G無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目，采用對(duì)IPRAN 環(huán)網(wǎng)的改造及5G 基站的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)煤礦4G+5G 網(wǎng)絡(luò)的有效覆蓋[1]。豹子溝煤業(yè)為推進(jìn)“5G+智慧礦山”建設(shè)，在5G 無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)建設(shè)的同時(shí)還引入礦用5G 本安手機(jī)、全功能型智能礦燈、礦用隔爆型無(wú)線(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)器、礦用本安型4K 攝像儀、礦用本安型攝像儀等5G 設(shè)備，進(jìn)一步提速智能調(diào)度系統(tǒng)的分析、決策與指令下達(dá)，實(shí)現(xiàn)井下生產(chǎn)作業(yè)、安全監(jiān)測(cè)等熱成像、紅外線(xiàn)數(shù)據(jù)與地面智能化集中控制系統(tǒng)聯(lián)通再升級(jí)，推動(dòng)智慧礦山的建設(shè)。

1 工程概況

山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)蒲縣豹子溝煤業(yè)有限公司由山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)對(duì)原山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)豹子溝煤業(yè)有限公司、山西蒲縣利泰煤業(yè)有限公司、山西蒲縣楊坡煤業(yè)有限公司及空白資源實(shí)施兼并重組的資源整合礦井。井田面積11.188 6 km2，生產(chǎn)能力90 萬(wàn)t/a，批準(zhǔn)開(kāi)采2～11 號(hào)煤層，保有資源/儲(chǔ)量8691 萬(wàn)t，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量5295 萬(wàn)t，礦井服務(wù)年限42 a。瓦斯等級(jí)鑒定為低瓦斯礦井，水文地質(zhì)類(lèi)型屬中等類(lèi)型，9+10+11 號(hào)煤層自燃傾向性為Ⅱ類(lèi)自燃，煤塵有爆炸性。

豹子溝煤業(yè)地面區(qū)域主要有生產(chǎn)區(qū)、辦公區(qū)和生活區(qū)三大部分。生產(chǎn)區(qū)主要有洗煤車(chē)間、礦井水處理車(chē)間、機(jī)械設(shè)備維修車(chē)間、主井機(jī)房、變電站等部分；辦公區(qū)主要有煤礦行政辦公樓和黨委辦公樓；生活區(qū)主要有職工宿舍樓、職工食堂和上崗培訓(xùn)中心等[2]。

2 5G 無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)建設(shè)的總體思路

豹子溝煤業(yè)與山西聯(lián)通聯(lián)合立項(xiàng)，深入調(diào)研，科學(xué)規(guī)劃，確定5G 無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目。通過(guò)對(duì)IPRAN 設(shè)備骨干環(huán)網(wǎng)的改造，來(lái)實(shí)現(xiàn)煤礦的通信需求，主要包括數(shù)據(jù)采集和上傳系統(tǒng)、視頻監(jiān)控和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、PLC 控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信；通過(guò)建設(shè)5G、NB、UWB 網(wǎng)絡(luò)，依托5G 無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)高速率和低時(shí)延特性，來(lái)實(shí)現(xiàn)煤礦的智能化作業(yè)，為實(shí)現(xiàn)智慧礦山奠定基礎(chǔ)。

在該豹子溝煤業(yè)公司5G 無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的建設(shè)中以技術(shù)發(fā)展為驅(qū)動(dòng)、以市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)為參考、以經(jīng)濟(jì)利益為基準(zhǔn)，制定了煤礦行業(yè)相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)要求。5G 室內(nèi)覆蓋主要采用室外宏站覆蓋方式，5G 覆蓋堅(jiān)持室內(nèi)外協(xié)同原則，礦區(qū)新建5G 宏站若干個(gè)，來(lái)對(duì)礦區(qū)地面區(qū)域進(jìn)行深度覆蓋。

豹子溝煤業(yè)公司5G 無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)原則及思路：（1）組網(wǎng)，組網(wǎng)規(guī)劃時(shí)考慮覆蓋系統(tǒng)的高可靠性要求。（2）覆蓋，確定天線(xiàn)的選型和合理布防，通過(guò)控制干擾的影響來(lái)保證覆蓋。（3）容量，綜合豹子溝煤業(yè)的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行規(guī)劃。（4）性能，充分發(fā)揮室外站能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)部分樓宇的5G 室內(nèi)淺層覆蓋。（5）擴(kuò)容，預(yù)留擴(kuò)容余地，以便建設(shè)后期可以進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整[3]。

3 5G 無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)項(xiàng)目的方案制定

3.1 煤礦井上部分建設(shè)方案

豹子溝煤業(yè)公司5G 無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)項(xiàng)目井上部分建設(shè)方案主要包括宏站規(guī)劃、室內(nèi)規(guī)劃、信息傳輸規(guī)劃三部分。

宏站規(guī)劃：當(dāng)前宏站站型有64T64R AAU 設(shè)備、32T32R AAU 設(shè)備、16T16R AAU 設(shè)備多種類(lèi)型，當(dāng)前基于智能化的智慧礦山建設(shè)對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上下行速率、時(shí)延提出了更高要求，在該煤礦5G 項(xiàng)目建設(shè)中確定采用高容量的64T64R AAU 覆蓋。

室內(nèi)規(guī)劃：室內(nèi)規(guī)劃覆蓋方案以空間性整體覆蓋為主，3 個(gè)配電室、3 個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)、洗選車(chē)間、維修車(chē)間共8 處采用數(shù)字化室分設(shè)備覆蓋，煤礦快速裝車(chē)站1 處采用室外宏站覆蓋，設(shè)備配備：BBU 2 臺(tái)、RHUB 10 臺(tái)、PRRU 42 臺(tái)。

信息傳輸規(guī)劃：豹子溝煤業(yè)公司以往采用中國(guó)聯(lián)通4G 基站，本次新增站點(diǎn)在主線(xiàn)路上全部布設(shè)48 芯光纜；室分站點(diǎn)及支線(xiàn)路上全采用24 芯光纜，屬礦區(qū)配線(xiàn)鏈路，保障后期業(yè)務(wù)的延續(xù)性[4]。

3.2 煤礦井下建設(shè)方案

煤礦井下設(shè)備的安裝必須要考慮到礦用隔爆性能，基于井下安裝空間的要求，要求設(shè)備具有小型化和低功耗的特點(diǎn)?；谝陨锨闆r，該項(xiàng)目井下建設(shè)方案采用數(shù)字化室分方案，采用BBU+集線(xiàn)設(shè)備（rHUB）+分布式的PicoRRU（天線(xiàn)一體化）方案布設(shè)[5]。

3.3 5G PRRU 外接天線(xiàn)的改造應(yīng)用

當(dāng)前考慮到無(wú)本安型設(shè)備，采用開(kāi)發(fā)的已認(rèn)證的隔爆型防爆殼進(jìn)行防爆，但該隔爆型防爆殼會(huì)對(duì)PRRU 信號(hào)進(jìn)行隔離，因此在該項(xiàng)目當(dāng)中對(duì)PRRU進(jìn)行外接天線(xiàn)的改造。改造完成后，單PRRU 與rHub 拉遠(yuǎn)距離可增大10 倍效果，達(dá)2 km 以上。

4 應(yīng)用及效果分析

當(dāng)前豹子溝煤業(yè)公司5G 無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)項(xiàng)目已完成了全部的5G 基站及配套設(shè)施的建設(shè)，在10107綜采工作面安裝了5 個(gè)井下5G 防爆專(zhuān)用基站，已全部開(kāi)通5G 信號(hào)，示意圖如圖1。

圖1 10107 綜采工作面5G 無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)應(yīng)用示意圖

以該礦中央變電所區(qū)域和主斜井膠帶運(yùn)輸機(jī)順槽區(qū)域?yàn)槔M(jìn)行信號(hào)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明：在中央變電所區(qū)域，距離基站300 m 處檢測(cè)到5G 信號(hào)強(qiáng)度-108 dBm，信號(hào)格數(shù)0～2 格，下載和上傳速率為215 Mbit/s、87 Mbit/s，信號(hào)覆蓋半徑為300 m，設(shè)備響應(yīng)時(shí)延35 ms；在主斜井膠帶運(yùn)輸機(jī)順槽區(qū)域，距離基站250 m 處檢測(cè)到5G 信號(hào)強(qiáng)度-118 dBm，信號(hào)格數(shù)0～1 格，下載和上傳速率為15 Mbit/s、8 Mbit/s，信號(hào)覆蓋半徑為250 m，設(shè)備響應(yīng)時(shí)延為37 ms。兩區(qū)域中，中央變電所區(qū)域無(wú)明顯阻擋物，但主斜井膠帶運(yùn)輸機(jī)順槽有較多障礙物進(jìn)行阻擋。

通過(guò)中央變電所和主斜井膠帶運(yùn)輸機(jī)順槽兩個(gè)不同區(qū)域的場(chǎng)景對(duì)比分析可知，明顯障礙物可縮小5G 信號(hào)覆蓋半徑，衰減信號(hào)下載和上傳速率，因此建設(shè)后期可根據(jù)檢測(cè)結(jié)果來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整。整體上來(lái)看，該煤礦建設(shè)的5G 基站的高速率和低時(shí)延完全可以滿(mǎn)足該礦智能化建設(shè)的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

豹子溝煤業(yè)公司大力建設(shè)井上井下“5G”網(wǎng)絡(luò)，在10107 工作面安裝了5 個(gè)井下5G 防爆專(zhuān)用基站，網(wǎng)絡(luò)覆蓋采煤區(qū)、皮帶運(yùn)輸區(qū)、遠(yuǎn)程集中控制室和部分巷道、硐室。通過(guò)井上、井下5G 通信網(wǎng)絡(luò)和大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等智能化系統(tǒng)對(duì)接，可以實(shí)現(xiàn)井下語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)一網(wǎng)承載，各種智能化操作系統(tǒng)信息一網(wǎng)傳輸，滿(mǎn)足了井下大巷、綜采工作面、掘進(jìn)工作面等多種場(chǎng)景應(yīng)用的信息化傳輸需求，保障了智能化礦山通信“高速公路”更快、更穩(wěn)、更有效率。

5G 網(wǎng)絡(luò)解決了時(shí)延問(wèn)題后，采用可實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)的全自動(dòng)化放煤系統(tǒng)，能保證電液控裝置、液壓支架等放煤設(shè)備運(yùn)行電流更穩(wěn)定，矸石分離效果更好，原煤回收率可以相對(duì)提升5～6 個(gè)百分點(diǎn)，每個(gè)班多開(kāi)采原煤1000 多噸。5G 無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)項(xiàng)目的建設(shè)與應(yīng)用為豹子溝煤業(yè)創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。