U-Bahn

Fallstudie: Großkohlebergwerk (Tagebau & Untertagebau)

I. Schwachstellen und Herausforderungen der Branche

Im täglichen Betrieb großer Kohlebergwerke, insbesondere solcher, die Tagebau und Untertagebau kombinieren, stellen Kommunikationslücken eine ständige Bedrohung für die sichere Produktion und die effiziente Koordination dar:

Steilwinkelabschirmung in Tagebausenken: Mit zunehmender Tiefe des Tagebaus bilden sich massive, trichterförmige Hohlräume. Hoch aufragende, mineralreiche Gesteinswände absorbieren und blockieren Funkwellen und erzeugen so erhebliche Funklöcher zwischen dem Tagebauboden und der Leitstelle über Tage.

Signalbehinderung in komplexen U-Bahn-Tunneln: U-Bahn-Tunnel erstrecken sich über Hunderte von Metern und weisen komplexe Kurven auf. Herkömmliche Funksignale schwächen sich in Kurven schnell ab, da sie sich nicht geradlinig ausbreiten können.

Exorbitante Infrastrukturkosten: Traditionelle Telekommunikationsanbieter schlagen in der Regel komplexe Netze mit großen Basisstationen, kilometerlangen Glasfaserkabeln und massiven Notstromaggregaten vor. Der Aufbau dieser Systeme ist langwierig und sie können durch Sprengungen, Erdrutsche oder Bergwerksbewegungen beschädigt werden.

Elektromagnetische Störungen durch schwere Maschinen: Massive Muldenkipper, Bagger und Bohranlagen wirken als physische Hindernisse und erzeugen elektrische Störungen, die normale Funkgerätesignale beeinträchtigen.

II. Branchenübergreifende Inspiration: Eine clevere Idee von einem großen ghanaischen Bauernhof

Einer unserer Agrarkunden in Ghana, der einen weitläufigen Bauernhof mit dichtem Bewuchs betreibt, hat eine technische Lösung entwickelt, die sich an Bergbauumgebungen anpassen lässt:

Einsatzpraxis: Drei KANGLONG D7000 Solarbetriebene, selbstorganisierende Mesh-Relais wurden mit 20 Meter langen, verlustarmen Zuleitungskabeln eingesetzt. Hochleistungs-Rundstrahlantennen wurden auf den Spitzen hoher Palmen montiert.

Effektivitätsbewertung: Die natürliche Höhe der Palmen ermöglichte eine freie Sichtlinie. Dank des 20 Meter langen Kabels konnten die D7000-Hosteinheiten für einfaches Solarladen und Wartungsarbeiten ebenerdig verbleiben. Die Konstruktion umging hügeliges Gelände und dichtes Blätterdach und vergrößerte so die Signalreichweite.

Anpassung von Höhenantennen an Minenumgebungen

Obwohl Palmen in Kohlebergwerken fehlen, lässt sich das Konzept der Kombination langer, verlustarmer Zuleitungskabel mit hoch angebrachten Antennen direkt auf die Infrastruktur von Bergwerken übertragen.

III. KANGLONG LoRa Mesh Minenarchitektur

Anstatt auf Einzelpunkt-Basisstationen zu setzen, nutzt die Architektur die selbstorganisierende LoRa-Mesh-Technologie von KANGLONG, um ein integriertes, selbstheilendes Luft-Boden-Tunnel-Netzwerk zu schaffen.

1. Höchster Punkt im Tagebau: „Auge im Himmel“-Knoten

Ausrüstung: D7000 solarbetriebenes selbstorganisierendes Maschenrelais (netzunabhängig).

Position: Der höchste Bergrücken oder ein Sicherheitsbeobachtungsturm am Rand des Tagebaus.

Konfiguration: Industrielle 20Ah LiFePO4-Batterie und hocheffizientes Solarpanel.

Antennenaufbau: Mithilfe eines 20 Meter langen 5D-FB/7D-FB-Koaxialkabels mit extrem niedrigen Verlusten wird eine omnidirektionale Glasfaserantenne mit hoher Verstärkung auf einem 15 bis 20 Meter hohen Stahlmast oder der Spitze eines Aussichtsturms montiert, während die Haupteinheit für eine bequeme Wartung vom Boden aus niedrig bleibt.

Rolle: Fungiert als zentraler Knotenpunkt, der Signale zwischen der Oberfläche, dem Grubenboden und den unterirdischen Schächten verbindet.

2. Mobile Kette im Boxenbereich: „Mobile Kommandozentralen“

Ausrüstung: D6000E fahrzeugmontiertes intelligentes Relais und D6000R tragbares Relais.

Einsatz auf Fahrzeugen: Das D6000E kann auf schweren Muldenkippern für den Bergbau, wie z. B. 100-Tonnen-Muldenkippern von Caterpillar oder Komatsu, sowie auf Baggern installiert werden. Das Signal bewegt sich mit der Fahrzeugflotte und erfasst dynamisch die sich bewegenden Abbaufronten.

Temporärer Feldeinsatz: Das tragbare Set D6000R kann in risikoreichen Sprengzonen oder an neu ausgehobenen Fronten eingesetzt werden. Seine hohe Sendeleistung von 18 W und das robuste, stoßfeste Gehäuse bieten einen temporären Signalverstärker.

3. Unterirdische Tunnelkette: „Tunnelbrücken“

Ausrüstung: Wandmontiertes Festrelais D6000.

Schachteingang: Am Schachteingang ist ein D6000 montiert. Ein Ende ist drahtlos mit dem First D7000 verbunden, während das andere Ende die Antenne tief in den Schacht hineinragen lässt.

Tunnelrelais-Kaskade: D6000-Einheiten sind alle 500 m bis 1 km an den Tunnelwänden montiert und werden über das örtliche Tunnelnetz versorgt. Die Relais leiten die Signale kaskadierend bis in die tiefsten Aushubschichten weiter.

4. Terminalausführungsschicht: „Smart Scout“-Walkie-Talkies

Ausrüstung: D750 Intelligentes, selbstorganisierendes Handfunkgerät (8W).

Nutzer: Lkw-Fahrer, Bergleute, Disponenten und Sicherheitsinspektoren.

Kerntechnologie: Jedes D750 fungiert nicht nur als Handgerät, sondern auch als mobiler Mikro-Relaisknoten.

Multi-Hop-Routing: Ein D750-Signal kann über Tunnel-D6000-Relais, das Eingangs-D6000 und das Oberflächen-D7000 weitergeleitet werden. Die Fallstudie belegt die Unterstützung von mehr als 30 Hops (über 30 Umleitungen), wodurch die Sprachverbindung zur Zentrale auch aus tiefen unterirdischen Anlagen aufrechterhalten wird.

IV. Zentrale Wettbewerbsvorteile

V. Empfehlungen für Feldtestkits

Die Kommunikation im Bergwerk sollte in realen Umgebungen validiert werden. Um zu überprüfen, wie sich die Lösung an eine spezifische Bergwerkstopologie anpasst, empfiehlt die Fallstudie, mit den folgenden Original-Testkits zu beginnen:

„Surface Iron Cavalry“-Testkit: Drei D750-Handgeräte für die Bediener am Grubenboden und -rand sowie ein D6000E-Fahrzeugrelais, das vorübergehend auf einem schweren Muldenkipper montiert ist, um die mobile Totwinkelabdeckung zu testen.

„Air-to-Ground“-Komplettset: Ein netzunabhängiges Solarrelais D7000 mit einem 20 Meter langen Koaxialkabel, montiert auf dem höchsten Turm zur Überprüfung der Antennenprojektion in großer Höhe; drei Handgeräte D750; und ein fest installiertes Relais D6000 am Schachteingang zur Überprüfung der Verbindung zwischen Untertagebau und Oberfläche.

Schützen Sie Ihren Minenbetrieb mit einem leistungsstarken, robusten und kabellosen Kommunikationsnetzwerk, das speziell für die Sicherheitsanforderungen im Bergbau entwickelt wurde!

 VI. Häufig gestellte Fragen

Die folgenden FAQs basieren auf der Fallstudie und dienen der Kundenberatung sowie der ersten Lösungsbewertung. Die endgültige Abdeckung, Montage, Stromversorgung und Konformitätsprüfung sollten durch eine Vor-Ort-Besichtigung und einen Einsatztest bestätigt werden.

1. Für welche Bergbauszenarien ist diese Lösung konzipiert?

Es ist für großflächige Kohlebergwerke konzipiert, die Tagebau und Untertagebau kombinieren, wo tiefe Gruben, Felswände, komplexe Tunnel, bewegliche Ausrüstung und beschädigte Infrastruktur zu Kommunikationslücken führen können.

2. Wie schlägt die Lösung eine Brücke zwischen Tagebau und Untertagebau?

Die vorgeschlagene Luft-Boden-Tunnel-Architektur nutzt einen hochgelegenen D7000-Backbone-Knoten, D6000-Relais am Schachteingang und entlang der Tunnelwände, mobile D6000E/D6000R-Relais im Tagebau sowie D750-Handgeräte auf der Benutzerebene. Zusammen bilden diese Knoten einen mehrstufigen Mesh-Pfad zwischen Tagebauboden, Oberflächenzentrale, Schachteingang und unterirdischen Arbeitsbereichen.

3. Warum wird die Antenne so hoch über dem Boden montiert?

Eine hohe Montageposition verbessert die Sichtlinie über die Grube und reduziert die Beeinträchtigung durch Minenwände und Gelände. Im vorgeschlagenen Design ermöglicht ein 20 Meter langes, verlustarmes Zuleitungskabel die Montage der Antenne auf einem 15 bis 20 Meter hohen Mast oder Beobachtungsturm, während die Haupteinheit D7000 ebenerdig zugänglich bleibt.

4. Kann der D7000 ohne Netzstrom betrieben werden?

Die Fallstudie beschreibt das D7000 als solarbetriebenes, netzunabhängiges Relais mit einer industrietauglichen 20-Ah-LiFePO4-Batterie und einem hocheffizienten Solarmodul. Die tatsächliche Autonomie hängt von den lokalen Solarbedingungen, der Gerätekonfiguration und den Betriebsbedingungen ab und sollte vor Ort überprüft werden.

5. Wie reagiert das Netzwerk, wenn ein Relais durch Sprengungen oder Bergbauaktivitäten beschädigt wird?

Die Architektur ist als selbstheilendes Mesh-Netzwerk konzipiert. Wird ein Relais beschädigt, kann das Netzwerk alternative Routen über andere verfügbare Relais, Mining-Fahrzeuge oder mobile Endgeräte suchen, anstatt sich ausschließlich auf eine feste Basisstation zu verlassen.

6. Welche Funktion hat das fahrzeugmontierte Relais D6000E?

Der D6000E erweitert die Abdeckung durch den Einsatz mit Schwerlast-Muldenkippern oder Baggern. Dadurch eignet er sich für dynamische Abbaufronten, bei denen sich der Arbeitsort ändert und eine feste Abdeckung nicht der Fahrzeugflotte folgen kann.

7. Wann sollte das tragbare Relais D6000R eingesetzt werden?

Der D6000R ist für den temporären Einsatz in neu ausgehobenen Fronten oder anderen Bereichen vorgesehen, die kurzfristig einen Signal-Hotspot benötigen. Die Fallstudie hebt seine hohe Sendeleistung von 18 W und sein robustes, stoßfestes Gehäuse hervor.

8. Wie werden unterirdische Tunnel abgedeckt?

Ein D6000 kann am Schachteingang installiert werden. Zusätzlich werden alle 500 m bis 1 km weitere D6000-Festrelais an den Tunnelwänden angebracht und über das örtliche Tunnelnetz versorgt. Die Relais leiten das Signal kaskadierend zu tieferen Aushubebenen weiter. Der genaue Abstand muss nach Prüfung der Tunnelgeometrie und der Funkumgebung angepasst werden.

9. Können Handfunkgeräte auch zur Erweiterung des Netzwerks beitragen?

Ja. Das D750 wird sowohl als intelligentes Handfunkgerät als auch als mobiler Mikro-Relaisknoten beschrieben. Dank Multi-Hop-Routing können Signale über verfügbare Mesh-Knoten weitergeleitet werden, und die Fallstudie bestätigt die Unterstützung von mehr als 30 Hops.

10. Wer kann die D750-Handkameras verwenden?

Die Fallstudie identifiziert Lkw-Fahrer, Bergleute, Disponenten und Sicherheitsinspektoren als Hauptnutzer. Dieselbe Geräteebene kann, vorbehaltlich des endgültigen Einsatzplans, die Koordination zwischen mobilen Teams und der Zentrale unterstützen.

11. Was ist der empfohlene erste Schritt vor einer vollständigen Implementierung?

Beginnen Sie mit einem praktischen Feldtest. Die Fallstudie empfiehlt entweder das Surface Iron Cavalry Test Kit für Tests am Grubenboden und im mobilen toten Winkel oder das Air-to-Ground Full-Link Kit zur Validierung des hochgelegenen Rückgrats und der Verbindung zwischen Untertagebau und Oberfläche.

12. Garantiert die Fallstudie, dass in jeder Mine keine blinden Flecken vorhanden sind?

Nein. Es handelt sich um einen Designansatz, der durch die Kombination von hoch angebrachten Antennen und Multi-Hop-Mesh-Relais Funklöcher reduzieren und überbrücken soll. Die tatsächliche Leistung hängt von der Topografie des Bergwerks, dem Tunnelverlauf, der Antennenhöhe, der Geräteplatzierung, Interferenzen, der Stromverfügbarkeit und den lokalen Betriebsbedingungen ab. Vor der endgültigen Festlegung des Netzwerks sind eine Standortanalyse und ein Feldtest erforderlich.

13. Ist für diese Lösung das Ausheben von Gräben oder ein Glasfaser-Backbone erforderlich?

Die vorgeschlagene LoRa-Mesh-Architektur ist so konzipiert, dass die Abhängigkeit von der Infrastruktur minimiert wird und für die drahtlosen Relaisverbindungen weder Gräben ausgehoben noch Kabel verlegt werden müssen. Die im Fallbeispiel beschriebenen unterirdischen D6000-Relais werden über das örtliche Tunnelnetz mit Strom versorgt, während das hochgelegene D7000-Relais solarbetrieben ist.

14. Welche Informationen werden für einen detaillierten Kommunikationsplan für ein Bergwerk benötigt?

Bei der vorläufigen Planung sollten die Anordnung der Mine, die Tiefe der Grube und die Höhe des Grubenrandes, die Lage von Schacht und Tunnel, die Tunnellängen und -kurven, verfügbare Türme oder Masten, Fahrzeugwege, Energiequellen, Sprengzonen, die zu erwartenden Nutzer und die Bereiche, in denen derzeit Kommunikationsausfälle auftreten, berücksichtigt werden.