礦用5G技術(shù)助推中國現(xiàn)代采礦智能化更加高效安全

隨著礦產(chǎn)資源開采環(huán)境的日益惡化，開采難度逐漸加大。在這種情況下，為了保證計劃中的采礦量能夠及時完成，我國加強了對各大科研院校的研究和開發(fā)，開發(fā)了能夠適應(yīng)惡劣環(huán)境條件和不利地形條件的采礦設(shè)備。

 

5G是新一代蜂窩移動通信技術(shù)，具有傳輸速率高、時延小、可靠性高、容量大等優(yōu)點。目前，煤礦5G系統(tǒng)正處于發(fā)送安全標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測的過程中，尚未開發(fā)出滿足煤礦特殊需要的系統(tǒng)。

只有對地面5G產(chǎn)品進(jìn)行防爆改造，很難滿足煤礦智能化建設(shè)的需要。煤礦存在瓦斯等易燃易爆氣體，礦井無線傳輸衰減大，制約了5G在煤礦中的直接應(yīng)用。

煤礦存在瓦斯等易燃易爆氣體，礦井無線傳輸衰減大，制約了5G在煤礦的直接應(yīng)用。礦山5G只對地面5G產(chǎn)品進(jìn)行防爆改造，難以滿足煤礦智能化建設(shè)的需要。因此，以煤礦井下安全為目標(biāo)是當(dāng)務(wù)之急。

生產(chǎn)特殊需要，研究和開發(fā)采礦5G。

 

(1)礦山5G應(yīng)采用本質(zhì)安全的防爆措施。礦山5G基站應(yīng)根據(jù)同時工作的多發(fā)射天線的最大總功率來評估其防爆性能。對礦用5G基站天線的等效電感(包括分布電感)和等效電容(包括分布電容)進(jìn)行了檢測。對于具有可調(diào)傳輸功率軟件的礦井5G基站，應(yīng)固化傳輸功率調(diào)節(jié)軟件，以保證在正常工作和故障條件下最大傳輸功率不會增加，設(shè)備的停電不應(yīng)由停電的重量造成。

啟動、斷纜、基站控制器損壞、交換機/路由器損壞、電磁干擾等，導(dǎo)致傳輸功率最大增加。礦山5G基站的防爆性能不能保證軟件不增加最大傳輸功率，應(yīng)根據(jù)硬件的最大傳輸功率對其進(jìn)行評估。

 

(2)防雷用5G應(yīng)具有較強的抗干擾能力。在本質(zhì)安全防爆、限容限電感的條件下，提高5G系統(tǒng)的抗干擾能力是礦山5G急需解決的技術(shù)問題。

 

(3)在采煤工作面無人或少人的情況下，應(yīng)采用框架聯(lián)動+記憶采煤+地質(zhì)模型+地面遙控的方法。為了解決采煤工作面視頻圖像不清晰的問題，采用霧霾透塵攝像機。采煤工作面和掘進(jìn)工作面的遠(yuǎn)程控制應(yīng)選用5G。

 

(4)礦用5G應(yīng)通過礦井車輛精確定位系統(tǒng)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行車輛定位和導(dǎo)航，選擇激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、熱像儀、攝像機、車輛傳感器和道路傳感器對煤礦無人駕駛地面進(jìn)行遙控。

感知車輛和周圍環(huán)境。

 

(5)WIFI礦用移動通信系統(tǒng)具有成本低的優(yōu)點。煤礦用橡膠輪車和電力機車的驅(qū)動速度有限，移動終端如移動電話等速度較慢。WIFI礦井移動通信系統(tǒng)能夠滿足煤礦井下移動通信的需要。5G礦用移動通信系統(tǒng)擁有多種移動電話，話音通話質(zhì)量高，可用于快速移動通信等，但成本較高。針對礦山移動通信的特點，研制出的礦用5G的性能價格比低于礦用WiFi移動通信系統(tǒng)。

 

(6)礦用5G必須在地下鋪設(shè)光纜。礦井5G基站、礦井5G基站控制器和煤礦設(shè)置的礦井網(wǎng)絡(luò)交換機/路由器均由地下電網(wǎng)供電。煤礦瓦斯超限停電和風(fēng)停將影響煤礦5G移動通信系統(tǒng)的正常運行。當(dāng)煤礦發(fā)生瓦斯煤塵爆炸、煤與瓦斯突出、巖爆、洪水、火災(zāi)、頂板崩落、爆炸等事故時，會引起采掘5G基站和天線、礦井5G基站控制器等。

礦用網(wǎng)絡(luò)交換機/路由器損壞，電纜斷裂。因此，礦井5G移動通信系統(tǒng)的抗突變能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于礦井有線調(diào)度通信系統(tǒng)，難以滿足應(yīng)急通信的要求。嚴(yán)禁以礦井5G移動通信系統(tǒng)取代礦井有線調(diào)度通信系統(tǒng)。

 

(7)礦用5G核心網(wǎng)在地面上控制整個系統(tǒng)的工作。當(dāng)煤礦光纜斷裂或交換機/路由器發(fā)生故障時，井下系統(tǒng)將癱瘓。5G基站、基站控制器和交叉口在甲烷超過限值或停止風(fēng)后不具有本質(zhì)安全性和防爆性。

因此，如果沒有煤礦安全監(jiān)測的特點，5G就不能取代煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)。

 

(8)礦井超寬帶精確定位系統(tǒng)的定位精度為0.2m。5G未來的定位目標(biāo)是1M的定位精度，但目前還沒有實現(xiàn)。根據(jù)礦井運動目標(biāo)精確定位的特點，5G的定位精度低于礦井UWB精密定位系統(tǒng)。

 

(9)在FR1(450~6000 MHz)頻率范圍內(nèi)，ACDBEHG

F的最高傳輸速率為1.2Gbit/s(上行鏈路)和2.2Gbit/s(下行鏈路)，WiFi6的最高傳輸速率為9.6Gbit/s，WiFi6的傳輸速率高于5G。因此，根據(jù)煤礦安全生產(chǎn)的特點開發(fā)的礦用5G的性價比低于WiFi6。為了降低成本和維護(hù)工作量，應(yīng)選擇WIFi6作為低延遲要求的礦井視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)。

 

(10)沒有根據(jù)煤礦井下固定設(shè)備監(jiān)測特點研制的礦山5G是可靠的。

性別低于我的有線監(jiān)控系統(tǒng)。帶式輸送機、電源、排水等固定設(shè)備的監(jiān)控和地面遙控，宜選用有線傳輸方式。