采煤工作面设备数据无线传输

中国煤炭工业协会

采煤工作面设备数据无线传输

中国中煤能源集团合盛煤矿、国家能源集团寸草塔煤矿

一、场景描述

由于煤矿井下地质构造复杂，综采工作面搬家倒面期间，需要将缆线进行安装和拆卸，不仅带来了巨大的工作量，而且容易使缆线造成二次损坏，此外，工作面采煤机、液压支架、三机等设备，由于设备在移动过程中，经常造成缆线折断、磨损，导致数据丢失，维护工作繁琐等实际生产问题，导致工作面自动化系统失效、维护成本提高，对安全与生产带来一定的影响，因此，需要采用无线传感技术解决现场复杂易损的有线传感布置，构建工作面多方式无线感知组合网络，实现工作面海量传感稳定低延，数据无线采集技术应用。

二、解决方案

方案一

为解决这一难题，寸草塔煤矿31114综采工作面创新采用蓝牙传感、Zigbee传输、5G全工作面覆盖、低频FRID精确定位无线感知组合网技术，实现工作面海量数据高并发，低延迟无线采集传输，解决智能化工作面缆线维护难题。

1.无线感知组合网设计

根据工作面现场设备、人员情况，融合蓝牙、Zigbee、5G、低频FRID等多方式无线通讯技术，设计工作面多方式融合通讯无线感知网络架构。

图1多方式融合通讯无线感知网络架构示意图

2.现场安装部署

液压支架蓝牙无线传感器安装部署

图2液压支架无线传感器现场安装示意图

在现场每台液压支架上安装低功耗无线传感器，通过蓝牙无线传输将数据传递给无线接收器，再将数据发送给支架控制器，进而上传给支架主机。

无线传感器采用强磁+卡座式安装方式，便于拆卸更换电池，各传感器在支架相应位置进行安装，安装效果如下图所示。

采煤机5G无线传输安装部署

图3采煤机5G传输现场安装示意图

在31114综采工作面部署2台5G基站，实现工作面5G信号全覆盖，通过采煤机控制箱体内配置矿用无线转发器(5GCPE)和智能控制模块，将采煤机数据通过5G网络无线传输至运顺设备列车集控中心。现场安装效果如下图所示。

健康管理系统Zigbee无线传输设备安装部署

图4设备Zigbee无线传输现场示意图

在综采工作面乳化泵、喷雾泵、转载机电机、破碎机电机、运输机电机等相关设备布置无线传感器，通过Zigbee将采集的数据发送至分站设备，进而通过有线连接接入矿井网络。

人员定位低频FRID安装部署

图5人员定位FRID现场安装示意图

在每台支架布置矿用本安型发送器，发送器周期性发射位置基准信息。工作面巡视人员随身携带标识卡，标识卡接收发送器发射的位置基准信息，计算出标识卡相对于发送器的位置数据，如下图所示。

方案二

1.在采煤机机身加装5GCPE、配套天线、百兆光纤收发器 (取自主板故障的应急广播内部),将采煤机内部一层交换机引出的两路光纤接入至光纤收发器中，将原有光信号转至电信号，连接至5GCPE的LAN口上，CPE进入采煤机内部网络。

2.采煤机内部通讯分为四路，其中第四路CAN通讯接入至MOXA3180串口服务器中连接内部网络，用于数据上传，设置MOXA卡的地址和端口号、网关，再将5GCPE的IP地址改至MOXA卡网关地址，相当于将5Gcpe作为此卡的网关，用于连接其他网段。

3.将物联网卡插至5GCPE中，用于连接5G网络，同时配置CPE,首先设置物联网卡的端口号为502,再将CPE接收到的采煤机数据映射至卡的端口上，实现CPE与物联网卡在同一层，这样5G网络就可以接收到采煤机的数据了。

4.数据进入至5G网络后，在核心机房处，将5G核心网与网闸相连，将数据安全地传入门克庆煤矿工业环网中，再通过布置有集控系统的主机获取环网中5GCPE映射出的IP的端口，实现综采工作面采煤机移动工况下数据无线传输改造。

方案三

图6无线桥接示意图

针对薄煤层开采作业中因液压支架与刮板运输机推移导致有线通信双绞线频繁拉断的问题，采用无线桥接的方式解决，在工作面端头支架与转载机附近装设无线桥接设备，将该地的有线信号转换为无线信号传输，有效地避免有线线路因机械运动受损。

三、应用效果

智能综采工作面设备数据无线传输应用后，实现采煤机移动工况下的数据采集，解决综采工作面智能化生产时数据有线传输困难、故障多等问题，给日常生产提供了便利，保证了设备数据连续可靠传输。

此项技术目前可以解决在复杂地质条件下，综采工作面线缆布置困难，有线通讯故障率等问题，在工作面布置有5G网络的综采工作面且开放CAN/TCP接口的采煤机都可应用，并且安装简单，维护方便，传输速率高。利用之前智能化建设5G网络，省去了在建成本，并且5G无线通讯具有灵活性、实用性，可以快速部署、灵活组网，取代了传统的有线信号传输，既保证了技术的先进性，又省去了因采煤机电缆检修更换或光缆折断后，恢复通讯的人力和物力，减少了检修时间，节约了矿井投资。在国家大力推进煤矿智能化的背景下，产生社会效益巨大，具有很大的推广意义和广阔的应用前景。

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