文｜ 錢柄旭

近年來，我國煤炭開采技術(shù)在不斷地創(chuàng)新和發(fā)展過程中，尤其是在全面淘汰落后產(chǎn)能的社會背景下，仍然可以保證煤炭產(chǎn)量的高度穩(wěn)定，滿足我國社會發(fā)展對煤炭資源的需求總量，對于確保各行各業(yè)發(fā)展的能源供給以及保障能源安全作出了突出貢獻(xiàn)。但是伴隨著人們生活水平的不斷提升，煤炭安全、節(jié)約生產(chǎn)成為企業(yè)發(fā)展的核心課題，可通過對智能化技術(shù)的有效運用，比如5G技術(shù)，推動煤炭行業(yè)實現(xiàn)轉(zhuǎn)型和升級。

一、5G發(fā)展概述

5G技術(shù)在全球范圍內(nèi)受到了廣泛關(guān)注，為全球發(fā)展帶來了顛覆性變化。其特征主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

一是速率更高。通過5G技術(shù)，可以將毫米為單位對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞，有效規(guī)避3Ghz之下的數(shù)據(jù)信息傳遞擁擠問題，實現(xiàn)了分布與波束跟蹤和波束跟蹤之間的有機融合，在最小范圍內(nèi)形成更大的天線，進(jìn)一步規(guī)避高頻通信毫米波穿透的缺陷和不足之處。

二是峰值速率更高。5G技術(shù)的峰值速率可達(dá)到互聯(lián)網(wǎng)運行的最高速度，其最低速率相較于4G通信技術(shù)，速率可達(dá)到其10倍及以上。因此對于單個用戶流量來說，可實現(xiàn)質(zhì)量的全面飛躍。

三是容量更大。基于同一空間之下，可實現(xiàn)密度更高的頻譜效率，主要是由于5G技術(shù)運用大規(guī)模MIMO，系統(tǒng)容量可直接達(dá)到4G技術(shù)的1000倍。

二、煤礦智能化應(yīng)用5G技術(shù)的可行性

在煤礦企業(yè)的智能化開采過程中，將5G技術(shù)應(yīng)用于其中，主要是通過5G技術(shù)對井下的特殊環(huán)境進(jìn)行分析，對井下作業(yè)進(jìn)行合理部署（如圖1）。相較于地面，井下作業(yè)及其環(huán)境特征主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是井下空間狹長，同時分支較多；二是容易吸收或?qū)o線電波帶來干擾；三是設(shè)備布置較為復(fù)雜，有著非常強大的磁力干擾；四是粉塵、瓦斯較多，可能會對相關(guān)工作人員帶來安全威脅。

圖1 工作面 5G 布置示意

將5G技術(shù)運用在井下開采，其最大的問題就在于高頻無線信號可能會在井下環(huán)境中迅速衰減，定向傳輸能力雖可得到增強，但是其繞射能力將會得到下降，導(dǎo)致傳輸距離較短，覆蓋范圍無法達(dá)到理想化目標(biāo)。近年來，這些問題在5G技術(shù)的研發(fā)過程中，已得到攻克，并衍生出了超密集組網(wǎng)技術(shù)、Massive MIMO等，這些技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，構(gòu)建出了更為完善的5G核心技術(shù)體系。

基于網(wǎng)絡(luò)部署角度簡要分析，現(xiàn)階段在煤礦智能化開采過程中，網(wǎng)絡(luò)布置中的4G網(wǎng)絡(luò)大多數(shù)是4G技術(shù)+Wi-Fi，其覆蓋距離可達(dá)到1500米左右。但是5G技術(shù)分為兩大類，分別為微基站和宏基站，宏基站其設(shè)備容量更高，發(fā)射功率更強，在井下這種空間較小的地區(qū)不適合進(jìn)行大規(guī)模使用。微基站雖然其中提到設(shè)備容量較小，但是總體發(fā)射功率較低，覆蓋距離可達(dá)到500米左右。因此，基于技術(shù)角度進(jìn)行考量，可通過運用三個或三個以上的微基站，既可達(dá)到原有4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋的管控范圍，同時可實現(xiàn)寬帶速率的全方位提升，延遲全方位降低。除此之外，5G偽基站的功能消耗以及設(shè)備體積，相較于4G基站來說要更小，更加可以保障在井下運用時的安全可靠性。面對井下作業(yè)時由于環(huán)境所帶來的安全因素，加強對5G技術(shù)的規(guī)劃和使用，可有效彌補井下作業(yè)的短板之處。需依照井下作業(yè)的實際現(xiàn)狀，制定出針對性的5G布設(shè)方案。舉例來說，對于狹長同時分支較多的井下空間，可以通過有線光纖主干+ 5G微基站，為煤礦企業(yè)的智能化開采奠定堅實的基礎(chǔ)，提供強有力的技術(shù)保障。

三、5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在煤礦智能化的應(yīng)用策略

（一）高精度實時定位與應(yīng)用服務(wù)

目前在我國的煤礦井下工作過程中，定位系統(tǒng)大多是運用傳統(tǒng)的藍(lán)牙技術(shù)以及超寬帶無線傳輸技術(shù)，總體定位精準(zhǔn)性無法達(dá)到要求，同時還需要單獨設(shè)置對應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施，信息傳遞真實性也無法得到保障。但是通過5G技術(shù)的低延時特點，開發(fā)出針對性的5G網(wǎng)絡(luò)井下定位系統(tǒng)和使用系統(tǒng)，為煤礦自動化發(fā)展未來的必然趨勢?？蓪崿F(xiàn)井下車輛管理，并對車輛進(jìn)行精準(zhǔn)推進(jìn)，進(jìn)一步彌補傳統(tǒng)移動設(shè)備實時控制的缺陷和不足之處，優(yōu)化管理水平。

（二）虛擬交互應(yīng)用

AR技術(shù)和VR技術(shù)是可以改變傳統(tǒng)煤礦井下作業(yè)管理水平的重要技術(shù)，顛覆傳統(tǒng)的人機交互，成為我國現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的顛覆性變革。AR技術(shù)、VR技術(shù)的使用劃分為三大階段，首先可以用在虛擬展示和三維建模上，比較常見的如裸眼3D技術(shù)，既可滿足4G+Wi-Fi需求，又可促使寬帶速率全面提升，延時全面下降。其次是運用在互動模擬和可視化設(shè)計上，例如可以進(jìn)行多人井下培訓(xùn)。最后就是可用在云端實時渲染和虛擬操控上，例如可進(jìn)行井下協(xié)同運維，進(jìn)行無人開采工作。

（三）生產(chǎn)遠(yuǎn)程實時控制

實現(xiàn)煤礦自動化生產(chǎn)過程的動態(tài)化控制，一直是我國煤礦智能化發(fā)展過程中的核心所在，也是這些年技術(shù)攻克的重點難題。在傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制終端系統(tǒng)中，需要運用多種路由，并建設(shè)多項協(xié)議，才可將分散數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集中匯集，集成到總控中心中再傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制中心。因此，個別對實時性要求不高的功能可通過遠(yuǎn)程控制來進(jìn)行實現(xiàn)，但是對于實時性要求較高的功能，綜合考量安全因素，無法運用遠(yuǎn)程控制。5G技術(shù)其延時較低，可為攻克這一難題提供堅實的基礎(chǔ)，通過5G技術(shù)的井上全功能遠(yuǎn)程管控，即可達(dá)成這一目標(biāo)。

（四）井下遠(yuǎn)程協(xié)同運維

將5G技術(shù)應(yīng)用在井下智能化開采，即可實現(xiàn)遠(yuǎn)程協(xié)同。未來，在我國自動化技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，煤礦井下智能化水平也將會得到全面提升，系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的維修技術(shù)及人工維修，已經(jīng)無法獨立完成運維工作，需要通過系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，基于專家系統(tǒng)為其提供輔助，達(dá)成遠(yuǎn)程協(xié)同運維目標(biāo)。目前已有的煤礦智能化音頻信息，可通過對5G技術(shù)的運用，將其傳輸?shù)竭h(yuǎn)端對應(yīng)的虛擬模型，也可直接傳輸?shù)浆F(xiàn)場設(shè)備。通過對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的有效運用，可確保專家和一線工人獲得同樣的視覺場景，進(jìn)行針對性的系統(tǒng)操作，還可以通過對機器人的運用，對井下人工維修進(jìn)行替代。

（五）井下巡檢和安防

通過5G技術(shù)的定位功能以及數(shù)據(jù)傳輸速率較高等特征，可通過端口與端口之間的物聯(lián)網(wǎng)銜接，實現(xiàn)井下工作的高效率巡檢，保障安防工作的完整性。運用5G技術(shù)，可對井下設(shè)備和井下工作人員進(jìn)行實時定位，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行第一時間的共享，傳輸?shù)街悄芙K端，可在第一時間推送數(shù)據(jù)信息，并對信息進(jìn)行自動化識別，使得井下環(huán)境感知水平得到全方位提升，實現(xiàn)和井上工作人員的第一時間共享。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)上傳下發(fā)，5G技術(shù)支持之下的信息使用過程更為高效，延遲時間得到全面縮短，具備更強的可靠性，同時具備更高的性價比。

四、結(jié)論

綜上所述，將5G技術(shù)用在我國煤礦智能化發(fā)展中，可有效彌補目前煤礦作業(yè)的短板之處，促使環(huán)境感知精準(zhǔn)度全方位提升，實現(xiàn)了安全監(jiān)管工作效果的全面優(yōu)化，對于改善我國煤礦智能化水平有著非常重要的現(xiàn)實作用，真正地實現(xiàn)智能化開采。因此需相關(guān)工作人員了解5G技術(shù)特征以及運用在煤礦智能化中的可行性，并圍繞定位與應(yīng)用、虛擬交互、生產(chǎn)過程控制、井下運維、巡檢著手，保障5G技術(shù)應(yīng)用場景的合理性，發(fā)揮出5G技術(shù)的最大價值。