5G 通信系統在煤礦安全中的應用

錢 旭

（1.中煤科工集團沈陽研究院有限公司，遼寧 撫順 113122；2.煤礦安全技術國家重點實驗室，遼寧 撫順 113122）

煤礦是現代人類社會生產生活所必須要的能源之一，最早的開采歷史可以追溯至18世紀。其作為一種長期能源，對我國的國民經濟的長久發展有著重要意義。我國的能源結構中，煤炭占有較高的比例，大約百分之七十左右，并且，這個比例在短時間內很難下降到百分之五十以下。所以，在今后近半個世紀的時間里，煤炭仍會是我國主要的消耗能源。而在煤礦開采的過程中，存在著許多安全隱患。瓦斯事故、頂板事故、機電事故等事故，都嚴重影響著煤礦開采的進程，威脅著煤礦工人的生命，這使得保障煤礦安全成為了煤礦開采中無法繞開的重要問題。多年來，我國的煤礦安全防范技術一直在不斷提升，隨著近年新興5G 科技的出現與發展，也為煤炭安全技術的進一步升級提供了途徑。如何在煤炭安全中利用5G 通信技術，或將成為我國現今煤炭安全技術研究的課題之一。

1 煤礦安全的要求

煤礦開采中，對于安全的要求是方方面面的。不僅是針對開采進行的過程，在開采之前對礦區的檢測、提前對礦區進行加固、出礦煤礦的運輸、提前對事故發生進行演練等，都是煤礦安全生產中不可或缺的要素。此外，在開采中，需要對多方面數值進行檢測，加固設備的承重狀況，礦井內部的空氣、通風狀況，礦井通道和安全出口的合理設置，防火和防爆的要求，礦井內部是否存在地下水等，都需要強大的監測能力對這些方面進行實時的監測，最終能夠及時的反映問題，保障開采工作的順利進行和作業人員的人身安全。

2 5G 通信系統的特點

5G 建立在4G 的基礎上，是通信技術的又一次飛速發展。5G 具有“超高速率、超低延時、超大連接”的技術特點。“超高速率”，使得通信的傳播速度得到了飛躍式的提升，5G 的一個特點就是高頻，受限于高頻的傳播性能，所以很多的高頻段頻率資源沒有被使用，這正是5G 可以好好利用的資源。“超低延時”，減少了請求和響應之間的時間差，5G 技術可以有效降低延遲，并且提高數據的傳輸速率，讓響應時間大幅縮短，如若將其作用于多臺工業機器的控制，超低延遲就能將整個控制過程的延遲時間大大縮小至1-2毫秒，這就能大幅提升工業設備的精度準度。“超大連接”，則滿足了5G 在網絡與網絡間的連接、甚至在網絡與物品連接的需要，強大的連接功能能夠推動物聯網的時代來臨，物聯網整體網絡的建立，能采集物品連接與互動過程中的各種數據，并將這些數據作出整合分析，能夠優化改變一些設備的運作模式。要將5G 技術運用于煤礦安全之中，就要發揮5G 技術的特點與優勢，將5G 通信技術與煤礦安全的設備相結合，促進煤礦安全系統的整體進步與發展。

3 5G 通信系統在煤礦安全中的作用

3.1 加快信息傳播速度

5G 超高速率的特點，極大的加快了信息傳播速度。前文提過，對于煤礦安全的監測是方方面面的，而這些數值任何輕微的變動都可能造成無法挽回的后果。而5G通信能夠實現信息高速的傳播，這就在極大程度上幫助了煤礦開采中對各種數據的監測。在開采過程中，利用5G 通信，實時監測礦井內部的瓦斯含量、分成分布等，能夠明確分辨出哪些礦井的狀況適合開采，而哪些礦井不適宜進行開采活動。例如，對礦井內承重設備的信息監測，每天不間斷監測設備的承重能力，在數據發生偏差，有可能造成坍塌危險時，及時向指揮部門發送信息，組織礦井內作業人員的撤離，在避免人員傷亡的同時，精確指出具體是哪一區域的設備出現問題以及問題的類別，讓相關專業維護人員能夠對設備進行精準的檢查，避免人力物力的浪費。此外，利用5G 通信技術與探測技術結合，檢測礦區的地質情況，分析地層各種成分，是否存在地下河流等情況，及時快速的對探測結果進行傳遞及分析，幫助礦區開采活動的順利進行。在煤礦開采過程中，如若發生突發事故，5G 通信能夠以最快的速度向地上反應情況，在一定程度上幫助反饋災害狀況，幫助救援活動的實施。5G 監測技術所具有的傳輸距離長、可信度高、功能消耗少等特點，極大地滿足井下作業各種應用功能。

3.2 推動安全技術資源整合

5G 強大的信息收集傳播與分析能力，推動了煤礦安全技術的資源整合。5G 的發展，能夠對以往多年煤礦開采過程中的安全問題，以及相對成熟的危險防范措施作出歸納總結，在已有的煤礦安全保障措施的基礎上，結合現代新型科學技術發展作出優化。5G 通信強大的收集能力，可以收集過去發生的煤礦安全事故中的各方面信息，對這些事故產生的原因以及應對這些事故的措施進行分析和總結，從而幫助后續的煤礦開采工作更好的規避危險，一旦發生事故，也可以迅速作出反應，為救援提供高效可行的措施，保障作業人員的人身安全。同時，5G 通信在對各種煤礦安全信息作出整合分析的同時，也可以幫助建立系統算法，通過算法數據不斷優化各方面的工作，切實的指出現有安全保障措施中存在的漏洞，并且靈活的提出解決方法，促進煤礦安全保障的提升。

3.3 促進煤炭安全技術創新

5G 的一大運用，是與物聯網的深度結合，對煤礦安全相關設備進行物聯網改變，能夠極大程度的推動煤炭安全技術的整體創新。物聯網能夠將各種信息傳感設備與網絡結合起來而形成的一個巨大網絡，實現在任何時間、任何地點，人、機、物的互聯互通。5G 推動物聯網技術在煤礦安全中的運用，幫助設施設備進行革新，設計出更加靈敏的煤礦安全監控系統，在一定程度上幫助解決傳統煤礦安全監控系統中存在的問題，如信息鼓勵、系統封閉等。此外，通過物聯網技術建設的煤礦安全系統，能夠更好的連接開放性網絡，促進數據的高度融合，擴展感知網絡的范圍，從而促進煤礦安全自動化監測的綜合水平。

4 如何合理運用5G 通信系統提升煤礦安全

4.1 推廣5G 系統在煤炭中的應用，增加5G 資源的投入

要讓5G 通信技術在煤礦安全中得到合理運用，首先要將5G 技術在相關產業中推廣開來。現今我國的煤礦安全技術方面缺少創新理念。對5G 通信的技術運用較少。可以派遣5G 通信方面的專業技術人員與煤礦安全方面的技術研究員進行交流，對二者的技術特點進行分析，將5G 通信技術與煤礦安全相結合。同時，加大對相關科研的資金投入，加大對相關技術人才的培養，設立對相關科研人員的激勵機制，激發研究人員熱情，提升創新理念。提升作業人員對5G 技術功能的認識，加強對5G 通信技術的運用，在新型設備投入使用后，及時對從業人員進行相關培訓，避免人員技術和設備之間產生脫節。

4.2 結合煤礦安全的需要制定相應的系統

煤礦安全的需要是多方面的，相應的，結合5G 通信技術所建立起來的安全管理系統也需要覆蓋到方方面面。首先，在煤礦生產方面，滿足安全生產的同時也不能忽視現代煤礦產業綜合自動化生產的需求。在感知與控制層面，需要注重的是生產系統、安全系統、供電系統、生產調度系統這四個方面。其次，要建成完整的系統也需要數據庫的完善，在數據傳輸集成層方面，要兼顧專家數據、分析數據等組成的工業級數據庫和由管理基礎數據、業務標準數據等組成的關系型數據庫。最后，在管理應用層方面，要著重對安全管理系統作出完善，在傳統模塊的基礎上，安全智能管理在補充后可分為六個小類，即物聯網信息安全管理、煤礦安全評價管理、機電設備管理、重大災害防止管理、礦井環境信息管理以及定位導航分析管理。完整的系統建立，能夠極大程度的提高礦區作業的效率，并且提高礦井作業的安全性。通過多層系統的建立，各司其職，形成分工明確的系統內部結構，使得各個層級能夠相互協作，達到一加一大于二的安全管理效果。此外，運用5G 通信技術建立起來的數據庫，也能夠很好和網絡大數據相連接，促進工業及企業管理網的聯通，研究人員可以依靠數據庫，對系統進行進一步的改進和完善，從而形成良性循環。

5 結束語

煤炭是全球重要的能源，其使用歷史尤為久遠。在信息社會，為了提高煤炭生產安全性，各國都在推進煤炭產業信息化建設。而5G 技術的發展為煤礦安全技術的進步提供了更加廣闊的可能性。5G 技術的運用，能夠提高煤礦安全生產水平，提升安全生產管理效率，將各種隱患扼制在萌芽狀態中，促使各個部門之間的數據資料達成資源共享，推動煤礦安全實現現代化科學管理，促進中國煤礦產業的發展進步。