5G 通信系统在煤矿安全中的应用

钱 旭

（1.中煤科工集团沈阳研究院有限公司，辽宁 抚顺 113122；2.煤矿安全技术国家重点实验室，辽宁 抚顺 113122）

煤矿是现代人类社会生产生活所必须要的能源之一，最早的开采历史可以追溯至18世纪。其作为一种长期能源，对我国的国民经济的长久发展有着重要意义。我国的能源结构中，煤炭占有较高的比例，大约百分之七十左右，并且，这个比例在短时间内很难下降到百分之五十以下。所以，在今后近半个世纪的时间里，煤炭仍会是我国主要的消耗能源。而在煤矿开采的过程中，存在着许多安全隐患。瓦斯事故、顶板事故、机电事故等事故，都严重影响着煤矿开采的进程，威胁着煤矿工人的生命，这使得保障煤矿安全成为了煤矿开采中无法绕开的重要问题。多年来，我国的煤矿安全防范技术一直在不断提升，随着近年新兴5G 科技的出现与发展，也为煤炭安全技术的进一步升级提供了途径。如何在煤炭安全中利用5G 通信技术，或将成为我国现今煤炭安全技术研究的课题之一。

1 煤矿安全的要求

煤矿开采中，对于安全的要求是方方面面的。不仅是针对开采进行的过程，在开采之前对矿区的检测、提前对矿区进行加固、出矿煤矿的运输、提前对事故发生进行演练等，都是煤矿安全生产中不可或缺的要素。此外，在开采中，需要对多方面数值进行检测，加固设备的承重状况，矿井内部的空气、通风状况，矿井通道和安全出口的合理设置，防火和防爆的要求，矿井内部是否存在地下水等，都需要强大的监测能力对这些方面进行实时的监测，最终能够及时的反映问题，保障开采工作的顺利进行和作业人员的人身安全。

2 5G 通信系统的特点

5G 建立在4G 的基础上，是通信技术的又一次飞速发展。5G 具有“超高速率、超低延时、超大连接”的技术特点。“超高速率”，使得通信的传播速度得到了飞跃式的提升，5G 的一个特点就是高频，受限于高频的传播性能，所以很多的高频段频率资源没有被使用，这正是5G 可以好好利用的资源。“超低延时”，减少了请求和响应之间的时间差，5G 技术可以有效降低延迟，并且提高数据的传输速率，让响应时间大幅缩短，如若将其作用于多台工业机器的控制，超低延迟就能将整个控制过程的延迟时间大大缩小至1-2毫秒，这就能大幅提升工业设备的精度准度。“超大连接”，则满足了5G 在网络与网络间的连接、甚至在网络与物品连接的需要，强大的连接功能能够推动物联网的时代来临，物联网整体网络的建立，能采集物品连接与互动过程中的各种数据，并将这些数据作出整合分析，能够优化改变一些设备的运作模式。要将5G 技术运用于煤矿安全之中，就要发挥5G 技术的特点与优势，将5G 通信技术与煤矿安全的设备相结合，促进煤矿安全系统的整体进步与发展。

3 5G 通信系统在煤矿安全中的作用

3.1 加快信息传播速度

5G 超高速率的特点，极大的加快了信息传播速度。前文提过，对于煤矿安全的监测是方方面面的，而这些数值任何轻微的变动都可能造成无法挽回的后果。而5G通信能够实现信息高速的传播，这就在极大程度上帮助了煤矿开采中对各种数据的监测。在开采过程中，利用5G 通信，实时监测矿井内部的瓦斯含量、分成分布等，能够明确分辨出哪些矿井的状况适合开采，而哪些矿井不适宜进行开采活动。例如，对矿井内承重设备的信息监测，每天不间断监测设备的承重能力，在数据发生偏差，有可能造成坍塌危险时，及时向指挥部门发送信息，组织矿井内作业人员的撤离，在避免人员伤亡的同时，精确指出具体是哪一区域的设备出现问题以及问题的类别，让相关专业维护人员能够对设备进行精准的检查，避免人力物力的浪费。此外，利用5G 通信技术与探测技术结合，检测矿区的地质情况，分析地层各种成分，是否存在地下河流等情况，及时快速的对探测结果进行传递及分析，帮助矿区开采活动的顺利进行。在煤矿开采过程中，如若发生突发事故，5G 通信能够以最快的速度向地上反应情况，在一定程度上帮助反馈灾害状况，帮助救援活动的实施。5G 监测技术所具有的传输距离长、可信度高、功能消耗少等特点，极大地满足井下作业各种应用功能。

3.2 推动安全技术资源整合

5G 强大的信息收集传播与分析能力，推动了煤矿安全技术的资源整合。5G 的发展，能够对以往多年煤矿开采过程中的安全问题，以及相对成熟的危险防范措施作出归纳总结，在已有的煤矿安全保障措施的基础上，结合现代新型科学技术发展作出优化。5G 通信强大的收集能力，可以收集过去发生的煤矿安全事故中的各方面信息，对这些事故产生的原因以及应对这些事故的措施进行分析和总结，从而帮助后续的煤矿开采工作更好的规避危险，一旦发生事故，也可以迅速作出反应，为救援提供高效可行的措施，保障作业人员的人身安全。同时，5G 通信在对各种煤矿安全信息作出整合分析的同时，也可以帮助建立系统算法，通过算法数据不断优化各方面的工作，切实的指出现有安全保障措施中存在的漏洞，并且灵活的提出解决方法，促进煤矿安全保障的提升。

3.3 促进煤炭安全技术创新

5G 的一大运用，是与物联网的深度结合，对煤矿安全相关设备进行物联网改变，能够极大程度的推动煤炭安全技术的整体创新。物联网能够将各种信息传感设备与网络结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。5G 推动物联网技术在煤矿安全中的运用，帮助设施设备进行革新，设计出更加灵敏的煤矿安全监控系统，在一定程度上帮助解决传统煤矿安全监控系统中存在的问题，如信息鼓励、系统封闭等。此外，通过物联网技术建设的煤矿安全系统，能够更好的连接开放性网络，促进数据的高度融合，扩展感知网络的范围，从而促进煤矿安全自动化监测的综合水平。

4 如何合理运用5G 通信系统提升煤矿安全

4.1 推广5G 系统在煤炭中的应用，增加5G 资源的投入

要让5G 通信技术在煤矿安全中得到合理运用，首先要将5G 技术在相关产业中推广开来。现今我国的煤矿安全技术方面缺少创新理念。对5G 通信的技术运用较少。可以派遣5G 通信方面的专业技术人员与煤矿安全方面的技术研究员进行交流，对二者的技术特点进行分析，将5G 通信技术与煤矿安全相结合。同时，加大对相关科研的资金投入，加大对相关技术人才的培养，设立对相关科研人员的激励机制，激发研究人员热情，提升创新理念。提升作业人员对5G 技术功能的认识，加强对5G 通信技术的运用，在新型设备投入使用后，及时对从业人员进行相关培训，避免人员技术和设备之间产生脱节。

4.2 结合煤矿安全的需要制定相应的系统

煤矿安全的需要是多方面的，相应的，结合5G 通信技术所建立起来的安全管理系统也需要覆盖到方方面面。首先，在煤矿生产方面，满足安全生产的同时也不能忽视现代煤矿产业综合自动化生产的需求。在感知与控制层面，需要注重的是生产系统、安全系统、供电系统、生产调度系统这四个方面。其次，要建成完整的系统也需要数据库的完善，在数据传输集成层方面，要兼顾专家数据、分析数据等组成的工业级数据库和由管理基础数据、业务标准数据等组成的关系型数据库。最后，在管理应用层方面，要着重对安全管理系统作出完善，在传统模块的基础上，安全智能管理在补充后可分为六个小类，即物联网信息安全管理、煤矿安全评价管理、机电设备管理、重大灾害防止管理、矿井环境信息管理以及定位导航分析管理。完整的系统建立，能够极大程度的提高矿区作业的效率，并且提高矿井作业的安全性。通过多层系统的建立，各司其职，形成分工明确的系统内部结构，使得各个层级能够相互协作，达到一加一大于二的安全管理效果。此外，运用5G 通信技术建立起来的数据库，也能够很好和网络大数据相连接，促进工业及企业管理网的联通，研究人员可以依靠数据库，对系统进行进一步的改进和完善，从而形成良性循环。

5 结束语

煤炭是全球重要的能源，其使用历史尤为久远。在信息社会，为了提高煤炭生产安全性，各国都在推进煤炭产业信息化建设。而5G 技术的发展为煤矿安全技术的进步提供了更加广阔的可能性。5G 技术的运用，能够提高煤矿安全生产水平，提升安全生产管理效率，将各种隐患扼制在萌芽状态中，促使各个部门之间的数据资料达成资源共享，推动煤矿安全实现现代化科学管理，促进中国煤矿产业的发展进步。