数字通信在煤矿井下应用的发展前景

王建宇

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

在传统煤矿产业作业过程中难免会出现一些矿井灾害和矿业事故，如矿井上下信息不流通、事故预警不及时、联络系统被破坏、岩层穿透勘探测试不精确等都将在很大程度上增加井上调度指挥中心的救援难度进而造成更大的人员和经济损失，因此数字通信在煤矿井下的应用对矿山安全生产发挥着至关重要的作用。随着现代信息技术高速发展为煤矿井下安全生产带来新的曙光，各类大数据通信系统的建立和应用对煤矿井下作业的工作质量和效率提升都大有裨益，同时也能大大降低煤矿井下事故发生概率保证井下作业人员基本安全，为推动煤矿行业高质量发展作出了极大的贡献。

1 数字技术的论述

数字技术是近些年十分火热的词，最早是由著名学者麦肯锡提出的[1]。如今随着社会的不断发展尤其是计算机技术和计算机应用的不断改进和普及，数字技术的功能和作用更加的全面，涉及的领域也越来越广泛，包括经济、文化、军事等各个方面，如今在社会的各个行业进行大数据的充分利用已经成为大势所趋，对于社会发展起到了巨大的推动作用。对于数字通信而言，其是目前相对比较热门的话题，不仅仅是国家大力支持的发展项目，同时也被国外势力虎视眈眈。在进入5G时代之后，数字技术的发展速度也不断加快。由于各行各业的发展都需要数据的支持，因此，社会对于大数据的处理和输送质量也提出了新的要求。在进行大数据技术改进时，人们更多的是朝着多元化和智能化的方向进行。进一步通过系统化的操作减少流程的环节，节约流程的时间。数字通信涉及的面非常广，同时其需要使用的方法也非常多，这也使得它的应用比较广泛。在如今的大数据时代，必须通过大量的信息采集将大数据和数字通信进行充分的融合，进而最大程度的节约成本。

2 数字通信的特征

数字化技术在信息通信中的使用，使得信息通信技术取得巨大发展，作为现代文明发展的重要的产物，数字通信有着非常明显的特征。

2.1 丰富了信息通信的内容

随着人类文明的不断进步和社会的不断发展，现代的网络信息通信技术取得了长足的发展，相对于传统的信息通信技术，网络信息通信不仅仅能够做到文字信息的传输，还可以做到声音和图像信息的传输，能够最大程度的保证信息传输的质量。信息通信内容的不断丰富，更加保证了信息传输的有效性，得到了社会的青睐，推动了社会的快速发展。

2.2 快速的信息传输效率

随着数字化技术的不断发展，信息的时时传输已经不再是梦想。现代社会的网络信息的传输速度大大的提升，一个数字信息的传输的速度一般在每秒64KB的左右，因此，对于现代的信息传输而言，基本可以做到信息的时时传输。现代社会，由于数字化技术的不断发展，信息通信的效率不断的提高，为社会各个地方的人们生活提供了巨大的便利，同时也进一步推动了社会的发展。

2.3 超强的抗干扰能力

数字化技术在信息通信中的应用一般商业活动中的情况较多，而在商业的信息沟通中，往往需要保证信息的绝对真实和信息质量的完美，因此在进行信息沟通时就必须要及时的屏蔽外界的干扰。网络信息通信技术较传统的信息通信技术有着显著的抗干扰能力，能够在保证信息沟通的质量之外有效防止机密信息的外泄，保障信息传输者和信息接收者的利益。

3 数字通信在煤矿井下应用概况分析

3.1 煤矿井下数字通信现状

随着我国科技的快速发展和工业化进程的不断推进，当前数字通信技术基本在煤矿井下作业中得到了有效应用，很大程度上提高了煤矿井下作业的安全指挥性能。煤矿井下作业可谓是一种高危行业，比如其潮湿的环境、高浓度有爆炸危险的粉尘、空间狭小的巷道和工作面噪声大等特殊的作业环境往往导致用电设备配置、传输失真等各种通信问题。在传统的煤矿井下作业过程中噪声大是影响通信系统正常使用的最大因素，随着科技发展而诞生的集图像、语音、数据三项功能同步传输于一体的煤矿井下通信技术得到了广泛应用并且深受煤矿行业青睐，比如在井下专用电路、传输音响设备还是视频监控等方面都比传统井下作业有了新的突破和进步，由于井下作业环境特殊在数字通信应用过程中难免会遇到一些技术难题，如何突破技术壁垒以提升数字通信在井下的应用能力显得尤为重要。特别是近几年来提倡智能化矿山，数字通信技术是开展智能化建设的基本保障为智慧矿山打下了夯实的基础。随着5G网络的开通和大数据发展煤矿企业在新时期要想立于不败之地必须建立新的计划和目标，积极应用智能化信息技术会为煤矿行业高质量发展注入新的活力。

3.2 煤矿井下数字通信作用

针对煤矿井下作业环境和性质的特殊性，数字通信技术对于其安全生产发挥着不可替代的重要作用。数字通信技术对于煤矿井下作业而言不仅仅是通信和监测监控的作用，而且还具备了现代通信抗、容、救灾的三大重要功能是矿井安全生产不可或缺的重要环节。比如煤矿井上下设置的应急系统有助于在发生矿井灾难时及时采取有效措施达到应急效果，这是抗灾的重要体现。如果在没有灾难发生的情况下数字通信技术也能够保证在日常工作中对灾难进行预灾和防灾，如此即使矿井灾害来临也有所防备不至于完全被矿井灾害击垮，而且事后也能以最简单的方式快速恢复到矿山正常工作的状态，这是通信技术容灾性能的表现。另外通信技术的救灾性是建立在前两点的基本前提之上，要想保障矿井灾难发生时数字通信系统救灾的可靠性必须充分结合抗灾和容灾性能，不论遇到什么程度的灾难都能够有效保障煤矿地面调度智慧中心工作人员和井下作业人员随时保持联系并进行定位，对于开展矿山救援工作提供了极大的便利。综上可见对于煤矿井下作业来说良好的数字通信不单单是具备普通语言联络功能的系统，更是确保矿山井上下通信的重要桥梁，通过准确反映井下各作业地点情况有效预测防范灾害并降低了作业人员工作强度，为煤矿安全、高效生产奠定了夯实的基础保障。

3.3 煤矿井下数字通信难点

对于煤矿井下作业环境而言不仅结构复杂而且工作繁琐无疑是一份高危行业。虽说当紧社会信息数字化技术十分发达已然融入我们生活生产各方面，但是在许多煤矿井下的应用率仍然较低。比如井下作业空间狭小而且部分环境对设备有腐蚀性会在一定程度上影响通信设施的大面积架设工作，而无线通信的应用又面临着井下许多屏障或多或少会阻碍到信息的传递，这些都大大制约了煤矿井下通信技术发展。再比如煤矿井下长短不一、崎岖不平且分支较多的各种采掘巷道，要想在如此复杂的巷道环境中设置交直流电并存的大功率设施，不可避免地需要架设各种高低压线路转换的变压器，不同区域和不同平面对于井下数字通信的信号传输自然有很大的干扰和阻碍。另外还有数字信号强度随着井下传输距离增加而递减、脉冲噪声的干扰等都是当下煤矿井下数字通信可能会遇到的一些难点。如果安全事故发生后煤矿的通信联络系统也遭受影响将会严重阻碍救援工作，给伤亡人员、煤矿发展和社会带来潜移默化的伤害。

4 数字通信在煤矿井下应用发展前景

4.1 数据技术井下应用深度融合，开创智能采煤新时代

随着大数据时代的快速发展5G应用与很多领域有了深度融合，煤矿行业也不例外，将数据技术与井下作业深度融合将会开采智能采煤新时代大大保证煤矿行业的安全生产。5G技术不仅低时延高速率而且还具备大连接的特征，可谓是煤矿行业转型的必备基础设施和重要战略资源。比如河南省首个运用5G通信技术进行采煤的企业开创了第一个6.5m大采高和高突矿井智能化工作面，就是充分借助数据通信技术设立云数据处理中心、互联网+双重预防机制以及多个智能化生产辅助系统，不仅能够将采煤机与视频采集有机结合而且可以打破时间空间限制通过手机软件实现对井下生产现场画面的随时查看，如此通过无线数字通信对井下综采设备远程集中控制一旦发现故障能够及时采取措施进行处理大大保障了井下作业安全生产。另外还有胶带运输、主副井筒、电机车无人驾驶、巡检机器人等都是5G数据与井下应用场景相结合的发展趋势，通过在井上下构建和覆盖5G通信系统为开创智能采煤新时代提供重要理论依据和基本保障。

4.2 机器代替工人实现三无一减，降低风险提升效率

智能化矿山的建设离不开数字通信的基本保障，随着信息技术快速发展一些煤矿已然通过数字通信和智能化技术实现机器人代替工人作业，这是数据通信推动企业高质量发展的重要体现。例如薄煤层+沿空留巷技术、掘锚一体机、采煤装备自动化升级、放顶煤智能采煤技术的应用可以有效减少井下作业人员配置进而保障人员安全，还有选煤过程冗余控制系统、智能矸选系统（TDS）以及矿井万兆环网建设等数据信息的应用都在很大程度上推进煤矿企业无人化智能化工作，不仅仅能够保障煤矿井下作业生产的安全性能，而且大大提升了煤矿企业生产效率和经济效益。

针对煤矿井下实际作业过程中面临着设备多、干扰大、隧洞长和高煤尘等复杂情况如何实现5G网络全覆盖是当下最为重要的问题，随着数据通信的升级改造煤矿企业逐步以机器代替人工进而实现三无一减，正所谓少人则安，利用数据通信实现无人值班和巡检，在很大程度上实现了煤矿井下高危作业的配置减员，进一步保证煤矿行业无安全事故发生。通过提升煤矿井下作业的自动化、机械化和信息化水平来有效降低事故风险提升煤矿生产效率。

4.3 大数据赋能绿色矿山建设，推动煤矿安全高效开采

近年来随着5G技术拓展应用上的不断发力为推动各煤矿企业建设和发展提供了重要的理论基础，本着“安全、清洁、高效”的基本原则借助大数据通信方可实现煤矿企业的加速转型。当前我国已经有诸多上市公司着手搭建煤矿智能化融合管控平台，通过构建云、边、端的工业互联网体系架构实现企业云平台和大数据处理中心。比如山东能源枣矿集团的付煤公司作为我国首批智能化建设的示范矿井为众多煤矿企业数据建设提供了有力的参考，其透明矿山、智能化洗煤厂以及双重预警信息平台等建设成果都离不开大数据赋能的总抓手。例如借助5G数据通信的智能化减少井下采煤掘进系统的作业人员从根本上保证人员安全，针对煤矿井下机电设备系统可通过远程化实现地面化从而减少井下人员巡检带来的工作强度和危险，而重大灾害治理方面也能够有效实现实时化和动态化的良好监管效果进而达到有效防控的目的。就我国未来的煤矿开采体系而言已然离不开5G应用的技术支撑，比如通过5G井下应用能够有效将采掘控制面后退一二百米，如此作业人员方可远离井下恶劣复杂的作业环境，不仅大大降低作业强度改变了工人井下的生产方式而且有效解决了传统作业工程中危险系数大的问题，进一步推动煤矿实现安全高效开采。

4.4 高密集结构的数字技术加强煤矿井下通信的稳定性

通过近些年的发展，数字通信技术逐渐的向着宽带传输和综合化发展以及智能化的方向稳步前进，在智能化的应用不断加强之后，数字通信网络信息和数据的具体容量已经展现出了巨大的潜力，未来发展趋势非常明显。目前的数字通信技术能够在数据传输的同时及时的度数据进行分析，进一步做到网络环境的净化，通过对目前数字技术通信整体框架和结构的不断优化，重新部署适应时代发展的新战略，保证数字通信发展的稳定化。在煤矿井下作业时，只有及时的保持与地面的联系，才能够有效的指导井下的工作，防止因为信息不畅二导致作业人员操作失误，从而造成井下安全事故。通过数字技术的不但加强，能够进一步稳定通信的密度结构建设，从而保证井下通信的稳定性，提升井下信息传输的质量，及时的针对井下的实际情况进行相关行为的改变，在提高井下作业效率的同时降低井下安全事故风险。

4.5 5G技术提升煤矿井下工作的质量

5G技术的发展为煤矿井下工作的信息发展提供了巨大的助力。在未来的发展中，要进一步缩短5G基站点之间的距离，保证5G信号，加大网络的容量，为用户提供更加优质的服务。在进行技术研发时，研发人员要积极探索市场的具体需求，实现用户需求和服务站点之间的联系。但是就目前的发展形式而言，要为用户提供高质量的服务还不满足条件，在技术更新方面还存在许多的不足，使得在进行超密集的网络部署时，无法做到及时的动态更新和部署，也无法及时的进行规律化的安排。因此就需要不断的推进5G通信的建设，逐渐创新5G通信技术，使得5G通信的发展符合现实的需要，进一步保证矿井下的通信质量，保障人员安全。在建设的过程中，要充分的了解目前5G通信建设的实际情况，预测未来社会发展对于5G通信建设的新要求，不断满足未来发展的需要，增强5G通信建设的全面性，从而保证煤矿井下通信的正常，为后期的建设奠定基础。

5 结束语

综上可见，数字通信是未来煤矿智能化发展的重要技术支撑，为煤矿行业安全、绿色、高效发展提供了有力保障，新时期煤矿企业如何做到百尺竿头更进一步，必须将新一代信息技术和煤矿井下作业的有机融合，在确保人员安全生产的基础上实现煤矿企业高质量发展，不仅是“以人为本”理念的重要表现，也是走好煤矿行业“十四五”规划之路的重要手段。