數字通信在煤礦井下應用的發展前景

王建宇

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

在傳統煤礦產業作業過程中難免會出現一些礦井災害和礦業事故，如礦井上下信息不流通、事故預警不及時、聯絡系統被破壞、巖層穿透勘探測試不精確等都將在很大程度上增加井上調度指揮中心的救援難度進而造成更大的人員和經濟損失，因此數字通信在煤礦井下的應用對礦山安全生產發揮著至關重要的作用。隨著現代信息技術高速發展為煤礦井下安全生產帶來新的曙光，各類大數據通信系統的建立和應用對煤礦井下作業的工作質量和效率提升都大有裨益，同時也能大大降低煤礦井下事故發生概率保證井下作業人員基本安全，為推動煤礦行業高質量發展作出了極大的貢獻。

1 數字技術的論述

數字技術是近些年十分火熱的詞，最早是由著名學者麥肯錫提出的[1]。如今隨著社會的不斷發展尤其是計算機技術和計算機應用的不斷改進和普及，數字技術的功能和作用更加的全面，涉及的領域也越來越廣泛，包括經濟、文化、軍事等各個方面，如今在社會的各個行業進行大數據的充分利用已經成為大勢所趨，對于社會發展起到了巨大的推動作用。對于數字通信而言，其是目前相對比較熱門的話題，不僅僅是國家大力支持的發展項目，同時也被國外勢力虎視眈眈。在進入5G時代之后，數字技術的發展速度也不斷加快。由于各行各業的發展都需要數據的支持，因此，社會對于大數據的處理和輸送質量也提出了新的要求。在進行大數據技術改進時，人們更多的是朝著多元化和智能化的方向進行。進一步通過系統化的操作減少流程的環節，節約流程的時間。數字通信涉及的面非常廣，同時其需要使用的方法也非常多，這也使得它的應用比較廣泛。在如今的大數據時代，必須通過大量的信息采集將大數據和數字通信進行充分的融合，進而最大程度的節約成本。

2 數字通信的特征

數字化技術在信息通信中的使用，使得信息通信技術取得巨大發展，作為現代文明發展的重要的產物，數字通信有著非常明顯的特征。

2.1 豐富了信息通信的內容

隨著人類文明的不斷進步和社會的不斷發展，現代的網絡信息通信技術取得了長足的發展，相對于傳統的信息通信技術，網絡信息通信不僅僅能夠做到文字信息的傳輸，還可以做到聲音和圖像信息的傳輸，能夠最大程度的保證信息傳輸的質量。信息通信內容的不斷豐富，更加保證了信息傳輸的有效性，得到了社會的青睞，推動了社會的快速發展。

2.2 快速的信息傳輸效率

隨著數字化技術的不斷發展，信息的時時傳輸已經不再是夢想。現代社會的網絡信息的傳輸速度大大的提升，一個數字信息的傳輸的速度一般在每秒64KB的左右，因此，對于現代的信息傳輸而言，基本可以做到信息的時時傳輸。現代社會，由于數字化技術的不斷發展，信息通信的效率不斷的提高，為社會各個地方的人們生活提供了巨大的便利，同時也進一步推動了社會的發展。

2.3 超強的抗干擾能力

數字化技術在信息通信中的應用一般商業活動中的情況較多，而在商業的信息溝通中，往往需要保證信息的絕對真實和信息質量的完美，因此在進行信息溝通時就必須要及時的屏蔽外界的干擾。網絡信息通信技術較傳統的信息通信技術有著顯著的抗干擾能力，能夠在保證信息溝通的質量之外有效防止機密信息的外泄，保障信息傳輸者和信息接收者的利益。

3 數字通信在煤礦井下應用概況分析

3.1 煤礦井下數字通信現狀

隨著我國科技的快速發展和工業化進程的不斷推進，當前數字通信技術基本在煤礦井下作業中得到了有效應用，很大程度上提高了煤礦井下作業的安全指揮性能。煤礦井下作業可謂是一種高危行業，比如其潮濕的環境、高濃度有爆炸危險的粉塵、空間狹小的巷道和工作面噪聲大等特殊的作業環境往往導致用電設備配置、傳輸失真等各種通信問題。在傳統的煤礦井下作業過程中噪聲大是影響通信系統正常使用的最大因素，隨著科技發展而誕生的集圖像、語音、數據三項功能同步傳輸于一體的煤礦井下通信技術得到了廣泛應用并且深受煤礦行業青睞，比如在井下專用電路、傳輸音響設備還是視頻監控等方面都比傳統井下作業有了新的突破和進步，由于井下作業環境特殊在數字通信應用過程中難免會遇到一些技術難題，如何突破技術壁壘以提升數字通信在井下的應用能力顯得尤為重要。特別是近幾年來提倡智能化礦山，數字通信技術是開展智能化建設的基本保障為智慧礦山打下了夯實的基礎。隨著5G網絡的開通和大數據發展煤礦企業在新時期要想立于不敗之地必須建立新的計劃和目標，積極應用智能化信息技術會為煤礦行業高質量發展注入新的活力。

3.2 煤礦井下數字通信作用

針對煤礦井下作業環境和性質的特殊性，數字通信技術對于其安全生產發揮著不可替代的重要作用。數字通信技術對于煤礦井下作業而言不僅僅是通信和監測監控的作用，而且還具備了現代通信抗、容、救災的三大重要功能是礦井安全生產不可或缺的重要環節。比如煤礦井上下設置的應急系統有助于在發生礦井災難時及時采取有效措施達到應急效果，這是抗災的重要體現。如果在沒有災難發生的情況下數字通信技術也能夠保證在日常工作中對災難進行預災和防災，如此即使礦井災害來臨也有所防備不至于完全被礦井災害擊垮，而且事后也能以最簡單的方式快速恢復到礦山正常工作的狀態，這是通信技術容災性能的表現。另外通信技術的救災性是建立在前兩點的基本前提之上，要想保障礦井災難發生時數字通信系統救災的可靠性必須充分結合抗災和容災性能，不論遇到什么程度的災難都能夠有效保障煤礦地面調度智慧中心工作人員和井下作業人員隨時保持聯系并進行定位，對于開展礦山救援工作提供了極大的便利。綜上可見對于煤礦井下作業來說良好的數字通信不單單是具備普通語言聯絡功能的系統，更是確保礦山井上下通信的重要橋梁，通過準確反映井下各作業地點情況有效預測防范災害并降低了作業人員工作強度，為煤礦安全、高效生產奠定了夯實的基礎保障。

3.3 煤礦井下數字通信難點

對于煤礦井下作業環境而言不僅結構復雜而且工作繁瑣無疑是一份高危行業。雖說當緊社會信息數字化技術十分發達已然融入我們生活生產各方面，但是在許多煤礦井下的應用率仍然較低。比如井下作業空間狹小而且部分環境對設備有腐蝕性會在一定程度上影響通信設施的大面積架設工作，而無線通信的應用又面臨著井下許多屏障或多或少會阻礙到信息的傳遞，這些都大大制約了煤礦井下通信技術發展。再比如煤礦井下長短不一、崎嶇不平且分支較多的各種采掘巷道，要想在如此復雜的巷道環境中設置交直流電并存的大功率設施，不可避免地需要架設各種高低壓線路轉換的變壓器，不同區域和不同平面對于井下數字通信的信號傳輸自然有很大的干擾和阻礙。另外還有數字信號強度隨著井下傳輸距離增加而遞減、脈沖噪聲的干擾等都是當下煤礦井下數字通信可能會遇到的一些難點。如果安全事故發生后煤礦的通信聯絡系統也遭受影響將會嚴重阻礙救援工作，給傷亡人員、煤礦發展和社會帶來潛移默化的傷害。

4 數字通信在煤礦井下應用發展前景

4.1 數據技術井下應用深度融合，開創智能采煤新時代

隨著大數據時代的快速發展5G應用與很多領域有了深度融合，煤礦行業也不例外，將數據技術與井下作業深度融合將會開采智能采煤新時代大大保證煤礦行業的安全生產。5G技術不僅低時延高速率而且還具備大連接的特征，可謂是煤礦行業轉型的必備基礎設施和重要戰略資源。比如河南省首個運用5G通信技術進行采煤的企業開創了第一個6.5m大采高和高突礦井智能化工作面，就是充分借助數據通信技術設立云數據處理中心、互聯網+雙重預防機制以及多個智能化生產輔助系統，不僅能夠將采煤機與視頻采集有機結合而且可以打破時間空間限制通過手機軟件實現對井下生產現場畫面的隨時查看，如此通過無線數字通信對井下綜采設備遠程集中控制一旦發現故障能夠及時采取措施進行處理大大保障了井下作業安全生產。另外還有膠帶運輸、主副井筒、電機車無人駕駛、巡檢機器人等都是5G數據與井下應用場景相結合的發展趨勢，通過在井上下構建和覆蓋5G通信系統為開創智能采煤新時代提供重要理論依據和基本保障。

4.2 機器代替工人實現三無一減，降低風險提升效率

智能化礦山的建設離不開數字通信的基本保障，隨著信息技術快速發展一些煤礦已然通過數字通信和智能化技術實現機器人代替工人作業，這是數據通信推動企業高質量發展的重要體現。例如薄煤層+沿空留巷技術、掘錨一體機、采煤裝備自動化升級、放頂煤智能采煤技術的應用可以有效減少井下作業人員配置進而保障人員安全，還有選煤過程冗余控制系統、智能矸選系統（TDS）以及礦井萬兆環網建設等數據信息的應用都在很大程度上推進煤礦企業無人化智能化工作，不僅僅能夠保障煤礦井下作業生產的安全性能，而且大大提升了煤礦企業生產效率和經濟效益。

針對煤礦井下實際作業過程中面臨著設備多、干擾大、隧洞長和高煤塵等復雜情況如何實現5G網絡全覆蓋是當下最為重要的問題，隨著數據通信的升級改造煤礦企業逐步以機器代替人工進而實現三無一減，正所謂少人則安，利用數據通信實現無人值班和巡檢，在很大程度上實現了煤礦井下高危作業的配置減員，進一步保證煤礦行業無安全事故發生。通過提升煤礦井下作業的自動化、機械化和信息化水平來有效降低事故風險提升煤礦生產效率。

4.3 大數據賦能綠色礦山建設，推動煤礦安全高效開采

近年來隨著5G技術拓展應用上的不斷發力為推動各煤礦企業建設和發展提供了重要的理論基礎，本著“安全、清潔、高效”的基本原則借助大數據通信方可實現煤礦企業的加速轉型。當前我國已經有諸多上市公司著手搭建煤礦智能化融合管控平臺，通過構建云、邊、端的工業互聯網體系架構實現企業云平臺和大數據處理中心。比如山東能源棗礦集團的付煤公司作為我國首批智能化建設的示范礦井為眾多煤礦企業數據建設提供了有力的參考，其透明礦山、智能化洗煤廠以及雙重預警信息平臺等建設成果都離不開大數據賦能的總抓手。例如借助5G數據通信的智能化減少井下采煤掘進系統的作業人員從根本上保證人員安全，針對煤礦井下機電設備系統可通過遠程化實現地面化從而減少井下人員巡檢帶來的工作強度和危險，而重大災害治理方面也能夠有效實現實時化和動態化的良好監管效果進而達到有效防控的目的。就我國未來的煤礦開采體系而言已然離不開5G應用的技術支撐，比如通過5G井下應用能夠有效將采掘控制面后退一二百米，如此作業人員方可遠離井下惡劣復雜的作業環境，不僅大大降低作業強度改變了工人井下的生產方式而且有效解決了傳統作業工程中危險系數大的問題，進一步推動煤礦實現安全高效開采。

4.4 高密集結構的數字技術加強煤礦井下通信的穩定性

通過近些年的發展，數字通信技術逐漸的向著寬帶傳輸和綜合化發展以及智能化的方向穩步前進，在智能化的應用不斷加強之后，數字通信網絡信息和數據的具體容量已經展現出了巨大的潛力，未來發展趨勢非常明顯。目前的數字通信技術能夠在數據傳輸的同時及時的度數據進行分析，進一步做到網絡環境的凈化，通過對目前數字技術通信整體框架和結構的不斷優化，重新部署適應時代發展的新戰略，保證數字通信發展的穩定化。在煤礦井下作業時，只有及時的保持與地面的聯系，才能夠有效的指導井下的工作，防止因為信息不暢二導致作業人員操作失誤，從而造成井下安全事故。通過數字技術的不但加強，能夠進一步穩定通信的密度結構建設，從而保證井下通信的穩定性，提升井下信息傳輸的質量，及時的針對井下的實際情況進行相關行為的改變，在提高井下作業效率的同時降低井下安全事故風險。

4.5 5G技術提升煤礦井下工作的質量

5G技術的發展為煤礦井下工作的信息發展提供了巨大的助力。在未來的發展中，要進一步縮短5G基站點之間的距離，保證5G信號，加大網絡的容量，為用戶提供更加優質的服務。在進行技術研發時，研發人員要積極探索市場的具體需求，實現用戶需求和服務站點之間的聯系。但是就目前的發展形式而言，要為用戶提供高質量的服務還不滿足條件，在技術更新方面還存在許多的不足，使得在進行超密集的網絡部署時，無法做到及時的動態更新和部署，也無法及時的進行規律化的安排。因此就需要不斷的推進5G通信的建設，逐漸創新5G通信技術，使得5G通信的發展符合現實的需要，進一步保證礦井下的通信質量，保障人員安全。在建設的過程中，要充分的了解目前5G通信建設的實際情況，預測未來社會發展對于5G通信建設的新要求，不斷滿足未來發展的需要，增強5G通信建設的全面性，從而保證煤礦井下通信的正常，為后期的建設奠定基礎。

5 結束語

綜上可見，數字通信是未來煤礦智能化發展的重要技術支撐，為煤礦行業安全、綠色、高效發展提供了有力保障，新時期煤礦企業如何做到百尺竿頭更進一步，必須將新一代信息技術和煤礦井下作業的有機融合，在確保人員安全生產的基礎上實現煤礦企業高質量發展，不僅是“以人為本”理念的重要表現，也是走好煤礦行業“十四五”規劃之路的重要手段。