2021年3月27日，由(you)中(zhong)(zhong)國(guo)煤(mei)(mei)(mei)炭工業協會(hui)主辦的“礦用F5G全(quan)光工業網(wang)技術交流會(hui)”在(zai)北京成功舉行。會(hui)上(shang)，中(zhong)(zhong)國(guo)煤(mei)(mei)(mei)炭科工集團煤(mei)(mei)(mei)炭科學技術研(yan)究院有限公(gong)司聯(lian)(lian)(lian)合(he)(he)華為正(zheng)式發(fa)布(bu)“F5G智能(neng)化煤(mei)(mei)(mei)礦應用方(fang)案”，并發(fa)布(bu)《煤(mei)(mei)(mei)礦F5G應用技術白皮(pi)書》，同(tong)時(shi)聯(lian)(lian)(lian)合(he)(he)4家單(dan)位成立(li)“智能(neng)礦山聯(lian)(lian)(lian)合(he)(he)實(shi)驗室”。

中國礦(kuang)(kuang)(kuang)業大學(xue)（北京）孫繼(ji)平(ping)教授作了(le)題為(wei)《煤礦(kuang)(kuang)(kuang)智(zhi)能(neng)化(hua)建(jian)設》的(de)(de)主題報告，主要介(jie)紹(shao)了(le)煤礦(kuang)(kuang)(kuang)井下無(wu)線(xian)(xian)傳輸特點，以及礦(kuang)(kuang)(kuang)用(yong)5G面(mian)臨的(de)(de)問題。據介(jie)紹(shao)，目(mu)前(qian)正在安(an)標送審的(de)(de)各(ge)類礦(kuang)(kuang)(kuang)用(yong)5G系統，還沒有針(zhen)對煤礦(kuang)(kuang)(kuang)井下特殊(shu)需(xu)求(qiu)進行專門研發，僅將地(di)面(mian)5G產品防(fang)爆改造難以滿足(zu)煤礦(kuang)(kuang)(kuang)智(zhi)能(neng)化(hua)建(jian)設的(de)(de)需(xu)求(qiu)。并(bing)且從現有取(qu)證(zheng)來看，采煤工(gong)作面(mian)5G覆蓋范圍(wei)均不超過(guo)50m ，無(wu)法(fa)完全(quan)適應工(gong)作面(mian)無(wu)線(xian)(xian)控制需(xu)要。目(mu)前(qian)5G優(you)勢在于(yu)大帶寬、廣連接、低時延的(de)(de)功(gong)能(neng)疊加，相比(bi)WiFi6的(de)(de)低成本(ben)、大寬帶，建(jian)議華(hua)為(wei)等公司緊抓WiFi6在低時延和(he)高可靠方面(mian)的(de)(de)短板窗(chuang)口期，進一步突(tu)破礦(kuang)(kuang)(kuang)用(yong)5G關(guan)鍵技術。

以下是報告(gao)原(yuan)文：

一(yi)、煤礦井下無線傳輸(shu)特點

1.煤礦井(jing)下無線傳輸(shu)模(mo)型復雜多(duo)變，無線傳輸(shu)衰減受巷(xiang)(xiang)道分支(zhi)、彎(wan)曲、傾斜、斷(duan)面面積和形狀(zhuang)、圍(wei)著介(jie)質、巷(xiang)(xiang)道表面粗糙度、支(zhi)護(hu)、縱向(xiang)導(dao)體、橫向(xiang)導(dao)體、設備等影響(xiang)大。

（1）巷道分支、彎曲(qu)、傾斜不利于礦井(jing)無線傳輸。

（2）巷道斷面面積(ji)越大，越利于礦井無線傳(chuan)輸。

（3）在巷道斷面面積一(yi)定(ding)的條件下，形狀越接近圓形和方(fang)形越利于(yu)礦井無(wu)線傳(chuan)輸。

（4）巷(xiang)道表面越粗(cu)糙，越不利于礦井無(wu)線傳輸(shu)。

（5）金屬支護(hu)不(bu)利(li)于礦井(jing)無(wu)線傳輸。

（6）縱向導體（電(dian)纜、鐵(tie)軌(gui)、水管等）利(li)于(yu)礦井無線傳(chuan)輸

（7）橫向(xiang)導體（工字鋼支護等）不(bu)利于(yu)礦(kuang)井無線傳輸。

2.900MHZ-1800MHZ，700MHZ-2400MHZ，傳輸衰減小，繞射能力強。

3.工作(zuo)面(mian)無(wu)線(xian)傳輸衰減(jian)大(da)于大(da)巷。

4.收(shou)發天線位于巷道中央，傳輸(shu)距離遠。為不(bu)影響行人和行車，一(yi)般設置在巷道頂板或巷幫。

5.煤礦井(jing)下巷(xiang)道分支、彎曲和(he)傾(qing)斜，巷(xiang)道中膠輪車(che)、電(dian)機車(che)、帶(dai)式輸送(song)機、移動變電(dian)站等設備和(he)作業人員等，造(zao)成礦井(jing)無線信號非視距傳輸。

6.綜采工作面支架(jia)、采煤(mei)機和人員(yuan)等，會(hui)造成礦井(jing)無(wu)線信(xin)號非視距傳輸。

7.掘(jue)進(jin)工作面掘(jue)進(jin)機(ji)和人員等(deng)，會造(zao)成礦(kuang)井無線信號(hao)非視距傳輸。

8.煤礦井下單一巷道長度可(ke)達10km，礦井無線傳輸(shu)距離遠(yuan)大于地(di)面(mian)室內。

9.煤礦井下電磁波衰減嚴重，GPS等衛星定(ding)位信號無法穿透煤層和巖層到(dao)達(da)煤礦井下。

10.煤礦(kuang)井(jing)下有(you)瓦(wa)斯等可燃性氣體和煤塵，用于煤礦(kuang)井(jing)下的電氣設(she)備必須電氣防爆(bao)，優選本質安全(quan)防爆(bao)。

11.無線(xian)電(dian)(dian)(dian)輻射(she)閾值（發射(she)功率+天線(xian)增益）應(ying)不大于6W。無線(xian)電(dian)(dian)(dian)輻射(she)會(hui)在金(jin)屬支護、電(dian)(dian)(dian)纜、鐵軌、設備金(jin)屬外殼等產生感生電(dian)(dian)(dian)動(dong)勢，放電(dian)(dian)(dian)引起(qi)瓦斯爆炸；會(hui)引爆電(dian)(dian)(dian)雷管。

12.煤(mei)礦井(jing)下環境惡劣，粉塵大、潮濕、淋水。無線(xian)頻率(lv)越(yue)高，影響越(yue)大。

二、礦用5G

5G是新一代蜂(feng)窩移動通信技(ji)術，具有(you)傳輸速率高時延(yan)小(xiao)、可靠(kao)性高、容(rong)量大(da)等優點，已在地面應用(yong)。

2020年(nian)7月，安標國(guo)家礦(kuang)用產(chan)(chan)品(pin)安全(quan)標志(zhi)中心(xin)，按照新(xin)產(chan)(chan)品(pin)審核發放(fang)模式，發放(fang)了我(wo)國(guo)第1個煤礦(kuang)5G通(tong)信(xin)(xin)系統(tong)安全(quan)標志(zhi)準用證，有效期2年(nian)。該系統(tong)沒有針對煤礦(kuang)井下安全(quan)生(sheng)產(chan)(chan)特點(dian)進行研發僅將(jiang)地(di)(di)面5G產(chan)(chan)品(pin)防爆改造(zao)，僅可用于(yu)礦(kuang)井語(yu)音通(tong)信(xin)(xin)和視(shi)頻圖像(xiang)傳輸，嚴(yan)禁用于(yu)地(di)(di)面遠程控制等(deng)。

目前正在安(an)標送審(shen)的礦(kuang)用5G系統(tong)，也沒有(you)針對煤(mei)礦(kuang)井下特殊需求進(jin)行研發，僅將地(di)面(mian)5G產品(pin)防爆改造(zao)難以滿足煤(mei)礦(kuang)智能化建設的需求。

煤(mei)礦井(jing)(jing)(jing)下(xia)有(you)瓦斯等(deng)易燃(ran)易爆(bao)氣體，礦井(jing)(jing)(jing)無線傳輸(shu)衰減大等(deng)特殊(shu)性，制約著5G直(zhi)接在煤(mei)礦井(jing)(jing)(jing)下(xia)應用。

因此，需(xu)根(gen)據(ju)煤(mei)礦(kuang)井下(xia)特(te)殊需(xu)求，研究礦(kuang)用5G技術和系統。

1.礦用(yong)5G宜(yi)采用(yong)本(ben)質安全(quan)型防(fang)爆。

礦(kuang)用5G基站的(de)射頻閾功率(lv)應(ying)按同時工(gong)作的(de)多個發射天(tian)線(xian)的(de)最大總功率(lv)考核其(qi)防(fang)爆性能。應(ying)考核礦(kuang)用5G天(tian)線(xian)的(de)等(deng)效電(dian)感（含(han)分布電(dian)感）和等(deng)效電(dian)容(含(han)分布電(dian)容）。

發射功(gong)率(lv)軟件可調的礦用5G基(ji)站(zhan)，調控發射功(gong)率(lv)的軟件應固(gu)化，確保在正常(chang)工(gong)作和(he)故障(zhang)狀態(tai)下，最大發射不得因(yin)設(she)備停電(dian)(dian)重(zhong)啟、光纜(lan)斷纜(lan)、基(ji)站(zhan)控制器損(sun)壞(huai)交換機(ji)/路由器損(sun)壞(huai)、電(dian)(dian)磁干擾(rao)等(deng)，造成最大發射功(gong)率(lv)增(zeng)加。

無法保證最(zui)大(da)(da)發射功率(lv)不(bu)增大(da)(da)的(de)軟件(jian)調(diao)控發射功率(lv)的(de)礦(kuang)用5G基站(zhan)，應按硬(ying)件(jian)最(zui)大(da)(da)發射功率(lv)考核其防爆性能(neng)。

2.用于控制的(de)礦用5G應具有較強的(de)抗(kang)干擾能力。

在(zai)本質安全(quan)防爆(bao)限制電容(rong)量和電感量的條件下，提高5G系統的抗(kang)干擾能力(li)，是礦用(yong)5G急需解決(jue)的技術難題。

3.采(cai)煤工作(zuo)面(mian)無(wu)人(ren)或少人(ren)作(zuo)業，宜采(cai)用機(ji)架聯動+記憶(yi)割煤+地質模型+地面(mian)遠程控制方法。

采(cai)用(yong)透霧透塵攝像機，解(jie)決采(cai)煤工作(zuo)(zuo)面視頻(pin)圖像不(bu)清晰問題。采(cai)煤工作(zuo)(zuo)面和掘進工作(zuo)(zuo)面地面遠程控(kong)制宜選用(yong)傳輸速率高(gao)、時延小、可靠性高(gao)的礦(kuang)用(yong)5G。

4.煤礦井下車輛無(wu)人駕駛地(di)面(mian)遠(yuan)程(cheng)控制宜選用傳輸速率(lv)高、時延小、可靠性高的礦用5G。

選用礦用車(che)輛(liang)精確定位系統和(he)慣性導航系統對車(che)輛(liang)定位和(he)導航，選用激光雷達、毫米波(bo)雷達、熱(re)像儀、攝像機、車(che)載傳感(gan)器和(he)巷(xiang)道(dao)傳感(gan)器等感(gan)知車(che)輛(liang)和(he)周邊環境(jing)。

5.WiFi礦井移(yi)動通信系(xi)統具(ju)有系(xi)統成本低等(deng)優(you)點

煤礦井(jing)下膠輪車和電機車等行駛速(su)度受限(xian)，手機等移動(dong)終端移動(dong)速(su)度較慢，WiFi礦井(jing)移動(dong)通信(xin)(xin)系統(tong)可以滿(man)足煤礦井(jing)下移動(dong)通信(xin)(xin)需求(qiu)。

5G礦(kuang)井(jing)移動(dong)通(tong)信系(xi)統(tong)具有手機種類(lei)多、語音通(tong)話質量高、可用于快速(su)移動(dong)通(tong)信等(deng)優點(dian)，但(dan)系(xi)統(tong)成本高。

沒有針對礦(kuang)井(jing)移動通信(xin)特點研發的(de)礦(kuang)用(yong)5G性價比低(di)于(yu)礦(kuang)用(yong)WiFi移動通信(xin)通信(xin)系統。

6.嚴禁用礦用5G移動通信系統(tong)替代(dai)礦用有線(xian)調度通信系統(tong)。

設(she)置在煤(mei)礦(kuang)井下(xia)的礦(kuang)用5G基站、礦(kuang)用5G基站控(kong)制(zhi)器、礦(kuang)用網(wang)絡交換機/路由(you)器等(deng)均(jun)由(you)井下(xia)電網(wang)供電。

煤(mei)礦井(jing)下瓦斯(si)超限(xian)停電(dian)和停風停電(dian)，將(jiang)影(ying)響礦用5G通信系(xi)統(tong)正常(chang)工(gong)作。

當煤礦井下發生瓦斯(si)和(he)煤塵(chen)爆炸、煤與瓦斯(si)突出、沖擊(ji)地壓(ya)、水災、火災、頂板冒落(luo)、炸藥爆炸等事故(gu)時，會(hui)造成礦用5G基站和(he)天線、礦用5G基站控制器、礦用網絡交換機/路由器等損壞，光纜(lan)斷纜(lan)。

因此(ci)，礦(kuang)(kuang)用(yong)5G移動通信(xin)系統(tong)抗(kang)災變能(neng)力，遠(yuan)不如礦(kuang)(kuang)用(yong)有線(xian)調度(du)通信(xin)系統(tong)，難以滿(man)足應急通信(xin)要求。嚴禁(jin)用(yong)礦(kuang)(kuang)用(yong)5G移動通信(xin)系統(tong)替代(dai)礦(kuang)(kuang)用(yong)有線(xian)調度(du)通信(xin)系統(tong)。

7.礦用5G核心網在地面(mian)，控制著(zhu)整個系統工作。

當(dang)煤(mei)(mei)礦井下光纜(lan)斷纜(lan)或交(jiao)換(huan)機/路由器故障，井下系統(tong)將癱(tan)瘓。甲烷超(chao)限(xian)或停風后(hou)，非本質安(an)全(quan)防(fang)爆的5G基(ji)站(zhan)、基(ji)站(zhan)控制(zhi)器和(he)交(jiao)換(huan)機/路由器必須停電。因(yin)此，沒有針對煤(mei)(mei)礦安(an)全(quan)監控特點研發的礦用5G不能替代煤(mei)(mei)礦安(an)全(quan)監控系統(tong)。

8.UWB煤礦井下人(ren)員定位(wei)系統定位(wei)精度0.2米。

5G未來的(de)定(ding)位目(mu)標(biao)是定(ding)位精度(du)(du)1米(mi)，但目(mu)前還沒有(you)實現。沒有(you)針(zhen)對礦(kuang)井(jing)動目(mu)標(biao)精確定(ding)位特點研(yan)發的(de)礦(kuang)用5G定(ding)位精度(du)(du)低于礦(kuang)用UWB精確定(ding)位系統。

9.在FR1（450 MHz-6000 MHz）頻率范圍內，5G的最高(gao)傳(chuan)輸速(su)率為1.2G bps（上行(xing)）和2.2G bps（下行(xing)）。

WiFi6最高(gao)傳輸速(su)率為9.6Gbps，WiFi6的傳輸速(su)率高(gao)于5G。因此，沒有針對煤礦(kuang)安全生產特點研發的礦(kuang)用(yong)5G性(xing)價比低于礦(kuang)用(yong)WiFi6。時延要求不高(gao)的礦(kuang)井(jing)視(shi)頻圖像監(jian)視(shi)，宜選(xuan)用(yong)礦(kuang)用(yong)WiFi6，以降低系(xi)統(tong)成本(ben)和維(wei)護工(gong)作(zuo)量。

10.沒有針對煤礦井下(xia)固定(ding)設備監控特點研發(fa)的礦用(yong)5G可靠性低(di)于礦用(yong)有線監控系(xi)統。

帶式輸送機、供電、排水等固(gu)定設備監(jian)控和地面遠程控制，宜(yi)選用有線傳(chuan)輸。