2021年3月27日，由中國煤(mei)炭(tan)工(gong)(gong)業(ye)協(xie)會(hui)主辦的“礦用(yong)(yong)F5G全光工(gong)(gong)業(ye)網技(ji)(ji)術(shu)交流會(hui)”在北京(jing)成功舉行。會(hui)上，中國煤(mei)炭(tan)科(ke)工(gong)(gong)集團煤(mei)炭(tan)科(ke)學技(ji)(ji)術(shu)研(yan)究院(yuan)有限公司聯合華為正式發布“F5G智能(neng)化煤(mei)礦應用(yong)(yong)方案”，并(bing)發布《煤(mei)礦F5G應用(yong)(yong)技(ji)(ji)術(shu)白皮書》，同時聯合4家單(dan)位成立“智能(neng)礦山聯合實驗室”。

中國礦(kuang)(kuang)(kuang)業大學（北京）孫(sun)繼平教授作(zuo)了題為(wei)《煤礦(kuang)(kuang)(kuang)智(zhi)能化建設》的(de)主(zhu)(zhu)題報告，主(zhu)(zhu)要(yao)介紹了煤礦(kuang)(kuang)(kuang)井(jing)下無(wu)線傳輸特點(dian)，以及礦(kuang)(kuang)(kuang)用5G面(mian)臨(lin)的(de)問題。據介紹，目前正在安標送審的(de)各(ge)類礦(kuang)(kuang)(kuang)用5G系統，還沒有(you)針對煤礦(kuang)(kuang)(kuang)井(jing)下特殊需求(qiu)進行專門(men)研發，僅將地面(mian)5G產品防爆改造(zao)難以滿足煤礦(kuang)(kuang)(kuang)智(zhi)能化建設的(de)需求(qiu)。并(bing)且從現有(you)取證來看(kan)，采煤工(gong)作(zuo)面(mian)5G覆蓋范圍均不超(chao)過(guo)50m ，無(wu)法完(wan)全適應(ying)工(gong)作(zuo)面(mian)無(wu)線控制(zhi)需要(yao)。目前5G優勢在于大帶寬(kuan)、廣連接、低(di)時延的(de)功能疊(die)加，相比WiFi6的(de)低(di)成本、大寬(kuan)帶，建議(yi)華為(wei)等(deng)公司緊抓WiFi6在低(di)時延和(he)高(gao)可靠方面(mian)的(de)短(duan)板窗口期，進一步突破礦(kuang)(kuang)(kuang)用5G關鍵(jian)技(ji)術。

以下是報(bao)告原(yuan)文：

一、煤礦井下無線(xian)傳輸特點

1.煤礦井下(xia)無線傳輸模型復雜多變(bian)，無線傳輸衰減受巷道分支、彎曲、傾(qing)斜、斷面(mian)面(mian)積和形(xing)狀、圍著(zhu)介質、巷道表面(mian)粗(cu)糙度、支護(hu)、縱向導體、橫向導體、設(she)備等影響大。

（1）巷道分支、彎曲、傾(qing)斜(xie)不利于礦(kuang)井無線傳輸。

（2）巷道斷面面積越(yue)(yue)大，越(yue)(yue)利于礦(kuang)井無線傳輸。

（3）在巷道斷面(mian)面(mian)積一定的(de)條件下，形狀越(yue)接近圓形和方形越(yue)利(li)于礦井(jing)無線傳輸。

（4）巷道表面越粗(cu)糙，越不利(li)于礦井(jing)無線傳輸。

（5）金(jin)屬支護不(bu)利于礦(kuang)井無線傳輸(shu)。

（6）縱向導體（電纜、鐵軌(gui)、水管等）利于礦井無(wu)線傳輸

（7）橫向導體（工(gong)字鋼支護等）不利于礦井無線傳輸。

2.900MHZ-1800MHZ，700MHZ-2400MHZ，傳輸衰減小，繞(rao)射能力強(qiang)。

3.工作面無(wu)線傳輸衰減大于(yu)大巷。

4.收(shou)發天(tian)線(xian)位于巷(xiang)道中央，傳輸距離遠。為(wei)不影響行人和行車，一般設置在巷(xiang)道頂板或(huo)巷(xiang)幫。

5.煤礦井下巷道分支、彎曲和(he)傾斜，巷道中(zhong)膠(jiao)輪車、電機車、帶式輸送(song)機、移動變電站等設備和(he)作業人員(yuan)等，造成礦井無(wu)線信號非(fei)視距傳輸。

6.綜采工作(zuo)面(mian)支(zhi)架、采煤機和人員等，會(hui)造成礦井(jing)無線信號非視(shi)距傳輸。

7.掘(jue)進(jin)工作面掘(jue)進(jin)機和(he)人員等(deng)，會造成礦(kuang)井無線(xian)信號(hao)非視距傳輸(shu)。

8.煤(mei)礦井下(xia)單一巷(xiang)道長度可達10km，礦井無線傳輸(shu)距離遠大(da)于地面室內。

9.煤(mei)礦井下電磁波衰減嚴重，GPS等衛星定位(wei)信號無法穿透煤(mei)層和巖層到達煤(mei)礦井下。

10.煤(mei)礦(kuang)井下有瓦斯等可燃性氣體和(he)煤(mei)塵，用于煤(mei)礦(kuang)井下的電(dian)氣設備必須電(dian)氣防爆(bao)(bao)，優選(xuan)本質安全防爆(bao)(bao)。

11.無(wu)線電(dian)輻射閾值（發射功率+天線增益(yi)）應不大于6W。無(wu)線電(dian)輻射會在金屬(shu)支護、電(dian)纜、鐵軌、設備(bei)金屬(shu)外殼等產生感生電(dian)動勢，放(fang)電(dian)引(yin)起瓦斯爆(bao)炸；會引(yin)爆(bao)電(dian)雷管。

12.煤礦(kuang)井下(xia)環境惡(e)劣，粉塵大(da)(da)、潮濕、淋水(shui)。無線頻率越(yue)高，影響越(yue)大(da)(da)。

二、礦用5G

5G是新一代蜂窩移動通信技(ji)術，具有傳輸速率高(gao)時延小、可靠性高(gao)、容量(liang)大等(deng)優點，已在地面應(ying)用。

2020年7月，安(an)標(biao)(biao)國家礦用產品(pin)(pin)安(an)全標(biao)(biao)志中心，按(an)照(zhao)新產品(pin)(pin)審核發放模式，發放了(le)我國第1個煤礦5G通信(xin)系統安(an)全標(biao)(biao)志準用證，有效(xiao)期2年。該系統沒有針(zhen)對煤礦井(jing)下安(an)全生產特點進行研(yan)發僅(jin)將地面(mian)5G產品(pin)(pin)防(fang)爆(bao)改造(zao)，僅(jin)可用于(yu)礦井(jing)語音(yin)通信(xin)和視頻圖像傳輸，嚴(yan)禁用于(yu)地面(mian)遠程控制等。

目(mu)前正在安標送審的(de)礦用5G系統，也沒(mei)有(you)針對煤(mei)礦井下特殊需求進行(xing)研發，僅將地面5G產品防爆改造難以(yi)滿足煤(mei)礦智能化建設的(de)需求。

煤礦井下(xia)(xia)有瓦(wa)斯等易燃易爆氣體，礦井無(wu)線傳輸(shu)衰減大(da)等特(te)殊(shu)性，制約著5G直接在煤礦井下(xia)(xia)應用。

因此，需根據煤(mei)礦井下(xia)特殊需求，研究礦用5G技術(shu)和系統。

1.礦用5G宜采用本質安全(quan)型防爆(bao)。

礦(kuang)(kuang)用(yong)5G基站的(de)射頻閾功(gong)率應按(an)同時(shi)工作的(de)多個發射天(tian)線的(de)最大總功(gong)率考核(he)其防爆(bao)性能(neng)。應考核(he)礦(kuang)(kuang)用(yong)5G天(tian)線的(de)等效電感（含(han)分(fen)布(bu)電感）和等效電容(含(han)分(fen)布(bu)電容）。

發射(she)功率(lv)軟(ruan)件(jian)可調的(de)礦用(yong)5G基站，調控(kong)發射(she)功率(lv)的(de)軟(ruan)件(jian)應(ying)固化，確保在正常工作和故障狀態下(xia)，最(zui)大(da)發射(she)不得因設備停(ting)電重啟、光(guang)纜斷纜、基站控(kong)制(zhi)器損壞交(jiao)換機/路由器損壞、電磁干擾(rao)等，造(zao)成最(zui)大(da)發射(she)功率(lv)增加。

無法(fa)保證最(zui)大發(fa)射(she)功率不增(zeng)大的軟件調控發(fa)射(she)功率的礦用5G基站，應(ying)按(an)硬(ying)件最(zui)大發(fa)射(she)功率考核(he)其防(fang)爆性(xing)能。

2.用(yong)于控制的礦(kuang)用(yong)5G應具(ju)有較強的抗(kang)干擾能(neng)力。

在本質(zhi)安全防爆限制電容量(liang)和電感量(liang)的(de)(de)條件下，提高5G系統(tong)的(de)(de)抗干擾(rao)能力(li)，是礦(kuang)用5G急需(xu)解決的(de)(de)技術難題。

3.采煤工作面(mian)無(wu)人或少人作業，宜采用機架聯動+記憶(yi)割煤+地質模型(xing)+地面(mian)遠程控制方法(fa)。

采用透(tou)霧透(tou)塵(chen)攝像(xiang)機，解決(jue)采煤工(gong)(gong)作面(mian)(mian)視頻圖像(xiang)不清晰問題。采煤工(gong)(gong)作面(mian)(mian)和(he)掘進工(gong)(gong)作面(mian)(mian)地面(mian)(mian)遠程控制宜選用傳輸速率高(gao)、時延(yan)小(xiao)、可(ke)靠性(xing)高(gao)的(de)礦用5G。

4.煤(mei)礦(kuang)井(jing)下車輛無人駕駛地面遠程控制宜選用傳輸速(su)率高、時延(yan)小、可(ke)靠性(xing)高的礦(kuang)用5G。

選(xuan)(xuan)用礦用車(che)輛精確定(ding)位系(xi)統(tong)和(he)慣性導航(hang)系(xi)統(tong)對車(che)輛定(ding)位和(he)導航(hang)，選(xuan)(xuan)用激光(guang)雷達、毫(hao)米(mi)波雷達、熱(re)像儀(yi)、攝像機、車(che)載傳感器和(he)巷道(dao)傳感器等感知車(che)輛和(he)周邊環境。

5.WiFi礦井移動通信系(xi)統具有系(xi)統成本低(di)等優點

煤(mei)(mei)礦(kuang)井(jing)下膠(jiao)輪車和電(dian)機(ji)車等行駛速(su)度受限，手機(ji)等移動終端移動速(su)度較(jiao)慢，WiFi礦(kuang)井(jing)移動通(tong)信系統可以滿足煤(mei)(mei)礦(kuang)井(jing)下移動通(tong)信需求。

5G礦井移動通信(xin)系統具有手機(ji)種(zhong)類(lei)多、語音通話(hua)質量(liang)高(gao)、可用于快(kuai)速移動通信(xin)等優點，但系統成本高(gao)。

沒有針對礦井移(yi)(yi)動(dong)通信特點研發(fa)的礦用5G性價比低(di)于(yu)礦用WiFi移(yi)(yi)動(dong)通信通信系統。

6.嚴禁(jin)用(yong)礦用(yong)5G移(yi)動通信系(xi)統(tong)替代礦用(yong)有線調度(du)通信系(xi)統(tong)。

設(she)置在煤礦井(jing)下(xia)的礦用5G基站(zhan)、礦用5G基站(zhan)控制(zhi)器(qi)、礦用網絡(luo)交(jiao)換機/路(lu)由器(qi)等均由井(jing)下(xia)電網供電。

煤礦井下瓦斯超限(xian)停(ting)電和停(ting)風停(ting)電，將影響礦用5G通信(xin)系統正(zheng)常工(gong)作。

當煤礦(kuang)井下發生(sheng)瓦斯和(he)煤塵爆炸、煤與瓦斯突出、沖擊地(di)壓、水災(zai)、火災(zai)、頂(ding)板冒落、炸藥爆炸等事故時(shi)，會(hui)造成礦(kuang)用(yong)5G基(ji)站(zhan)和(he)天線、礦(kuang)用(yong)5G基(ji)站(zhan)控制器、礦(kuang)用(yong)網絡(luo)交換(huan)機/路(lu)由器等損壞，光纜斷纜。

因此，礦(kuang)用(yong)5G移動通(tong)信(xin)系(xi)(xi)統(tong)抗災(zai)變(bian)能力，遠不如礦(kuang)用(yong)有線調度(du)通(tong)信(xin)系(xi)(xi)統(tong)，難(nan)以滿足應急通(tong)信(xin)要求。嚴禁用(yong)礦(kuang)用(yong)5G移動通(tong)信(xin)系(xi)(xi)統(tong)替代礦(kuang)用(yong)有線調度(du)通(tong)信(xin)系(xi)(xi)統(tong)。

7.礦(kuang)用(yong)5G核心(xin)網在地面，控制著整個系(xi)統(tong)工作。

當煤礦井(jing)下(xia)光纜斷纜或(huo)交換機/路由(you)器故障，井(jing)下(xia)系統將癱瘓。甲(jia)烷超限或(huo)停(ting)風(feng)后，非本質(zhi)安全(quan)防爆的5G基站、基站控制器和交換機/路由(you)器必須停(ting)電。因此，沒有針對(dui)煤礦安全(quan)監(jian)控特點研發的礦用5G不能(neng)替代煤礦安全(quan)監(jian)控系統。

8.UWB煤礦井下人員定位系統(tong)定位精度(du)0.2米(mi)。

5G未來的定(ding)(ding)位目(mu)標是定(ding)(ding)位精(jing)度1米，但目(mu)前還沒有實現。沒有針對礦(kuang)井動目(mu)標精(jing)確定(ding)(ding)位特(te)點研發(fa)的礦(kuang)用5G定(ding)(ding)位精(jing)度低于礦(kuang)用UWB精(jing)確定(ding)(ding)位系統。

9.在FR1（450 MHz-6000 MHz）頻(pin)率范圍內，5G的最高傳輸速率為1.2G bps（上行）和2.2G bps（下行）。

WiFi6最高傳(chuan)輸(shu)速率為9.6Gbps，WiFi6的傳(chuan)輸(shu)速率高于5G。因(yin)此，沒有針(zhen)對煤礦(kuang)安(an)全生產特點研發的礦(kuang)用(yong)5G性價比低(di)于礦(kuang)用(yong)WiFi6。時延要求不高的礦(kuang)井(jing)視頻圖(tu)像(xiang)監(jian)視，宜選用(yong)礦(kuang)用(yong)WiFi6，以降(jiang)低(di)系統(tong)成本和維(wei)護(hu)工作量。

10.沒有針對煤礦井下固定設備監控特點研(yan)發(fa)的礦用(yong)(yong)5G可靠性低于礦用(yong)(yong)有線監控系統。

帶式輸送機、供電、排水等固定設備監控(kong)和地面遠程控(kong)制，宜選用有線傳(chuan)輸。