錢 旭

（1.中煤科工集團(tuán)沈陽研究院有限公司，遼寧 撫順 113122；2.煤礦安全技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 撫順 113122）

煤礦是現(xiàn)代人類社會(huì)生產(chǎn)生活所必須要的能源之一，最早的開采歷史可以追溯至18世紀(jì)。其作為一種長(zhǎng)期能源，對(duì)我國的國民經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)久發(fā)展有著重要意義。我國的能源結(jié)構(gòu)中，煤炭占有較高的比例，大約百分之七十左右，并且，這個(gè)比例在短時(shí)間內(nèi)很難下降到百分之五十以下。所以，在今后近半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間里，煤炭仍會(huì)是我國主要的消耗能源。而在煤礦開采的過程中，存在著許多安全隱患。瓦斯事故、頂板事故、機(jī)電事故等事故，都嚴(yán)重影響著煤礦開采的進(jìn)程，威脅著煤礦工人的生命，這使得保障煤礦安全成為了煤礦開采中無法繞開的重要問題。多年來，我國的煤礦安全防范技術(shù)一直在不斷提升，隨著近年新興5G 科技的出現(xiàn)與發(fā)展，也為煤炭安全技術(shù)的進(jìn)一步升級(jí)提供了途徑。如何在煤炭安全中利用5G 通信技術(shù)，或?qū)⒊蔀槲覈F(xiàn)今煤炭安全技術(shù)研究的課題之一。

1 煤礦安全的要求

煤礦開采中，對(duì)于安全的要求是方方面面的。不僅是針對(duì)開采進(jìn)行的過程，在開采之前對(duì)礦區(qū)的檢測(cè)、提前對(duì)礦區(qū)進(jìn)行加固、出礦煤礦的運(yùn)輸、提前對(duì)事故發(fā)生進(jìn)行演練等，都是煤礦安全生產(chǎn)中不可或缺的要素。此外，在開采中，需要對(duì)多方面數(shù)值進(jìn)行檢測(cè)，加固設(shè)備的承重狀況，礦井內(nèi)部的空氣、通風(fēng)狀況，礦井通道和安全出口的合理設(shè)置，防火和防爆的要求，礦井內(nèi)部是否存在地下水等，都需要強(qiáng)大的監(jiān)測(cè)能力對(duì)這些方面進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，最終能夠及時(shí)的反映問題，保障開采工作的順利進(jìn)行和作業(yè)人員的人身安全。

2 5G 通信系統(tǒng)的特點(diǎn)

5G 建立在4G 的基礎(chǔ)上，是通信技術(shù)的又一次飛速發(fā)展。5G 具有“超高速率、超低延時(shí)、超大連接”的技術(shù)特點(diǎn)。“超高速率”，使得通信的傳播速度得到了飛躍式的提升，5G 的一個(gè)特點(diǎn)就是高頻，受限于高頻的傳播性能，所以很多的高頻段頻率資源沒有被使用，這正是5G 可以好好利用的資源?！俺脱訒r(shí)”，減少了請(qǐng)求和響應(yīng)之間的時(shí)間差，5G 技術(shù)可以有效降低延遲，并且提高數(shù)據(jù)的傳輸速率，讓響應(yīng)時(shí)間大幅縮短，如若將其作用于多臺(tái)工業(yè)機(jī)器的控制，超低延遲就能將整個(gè)控制過程的延遲時(shí)間大大縮小至1-2毫秒，這就能大幅提升工業(yè)設(shè)備的精度準(zhǔn)度。“超大連接”，則滿足了5G 在網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)間的連接、甚至在網(wǎng)絡(luò)與物品連接的需要，強(qiáng)大的連接功能能夠推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代來臨，物聯(lián)網(wǎng)整體網(wǎng)絡(luò)的建立，能采集物品連接與互動(dòng)過程中的各種數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)作出整合分析，能夠優(yōu)化改變一些設(shè)備的運(yùn)作模式。要將5G 技術(shù)運(yùn)用于煤礦安全之中，就要發(fā)揮5G 技術(shù)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，將5G 通信技術(shù)與煤礦安全的設(shè)備相結(jié)合，促進(jìn)煤礦安全系統(tǒng)的整體進(jìn)步與發(fā)展。

3 5G 通信系統(tǒng)在煤礦安全中的作用

3.1 加快信息傳播速度

5G 超高速率的特點(diǎn)，極大的加快了信息傳播速度。前文提過，對(duì)于煤礦安全的監(jiān)測(cè)是方方面面的，而這些數(shù)值任何輕微的變動(dòng)都可能造成無法挽回的后果。而5G通信能夠?qū)崿F(xiàn)信息高速的傳播，這就在極大程度上幫助了煤礦開采中對(duì)各種數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)。在開采過程中，利用5G 通信，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)礦井內(nèi)部的瓦斯含量、分成分布等，能夠明確分辨出哪些礦井的狀況適合開采，而哪些礦井不適宜進(jìn)行開采活動(dòng)。例如，對(duì)礦井內(nèi)承重設(shè)備的信息監(jiān)測(cè)，每天不間斷監(jiān)測(cè)設(shè)備的承重能力，在數(shù)據(jù)發(fā)生偏差，有可能造成坍塌危險(xiǎn)時(shí)，及時(shí)向指揮部門發(fā)送信息，組織礦井內(nèi)作業(yè)人員的撤離，在避免人員傷亡的同時(shí)，精確指出具體是哪一區(qū)域的設(shè)備出現(xiàn)問題以及問題的類別，讓相關(guān)專業(yè)維護(hù)人員能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)的檢查，避免人力物力的浪費(fèi)。此外，利用5G 通信技術(shù)與探測(cè)技術(shù)結(jié)合，檢測(cè)礦區(qū)的地質(zhì)情況，分析地層各種成分，是否存在地下河流等情況，及時(shí)快速的對(duì)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行傳遞及分析，幫助礦區(qū)開采活動(dòng)的順利進(jìn)行。在煤礦開采過程中，如若發(fā)生突發(fā)事故，5G 通信能夠以最快的速度向地上反應(yīng)情況，在一定程度上幫助反饋災(zāi)害狀況，幫助救援活動(dòng)的實(shí)施。5G 監(jiān)測(cè)技術(shù)所具有的傳輸距離長(zhǎng)、可信度高、功能消耗少等特點(diǎn)，極大地滿足井下作業(yè)各種應(yīng)用功能。

3.2 推動(dòng)安全技術(shù)資源整合

5G 強(qiáng)大的信息收集傳播與分析能力，推動(dòng)了煤礦安全技術(shù)的資源整合。5G 的發(fā)展，能夠?qū)σ酝嗄昝旱V開采過程中的安全問題，以及相對(duì)成熟的危險(xiǎn)防范措施作出歸納總結(jié)，在已有的煤礦安全保障措施的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代新型科學(xué)技術(shù)發(fā)展作出優(yōu)化。5G 通信強(qiáng)大的收集能力，可以收集過去發(fā)生的煤礦安全事故中的各方面信息，對(duì)這些事故產(chǎn)生的原因以及應(yīng)對(duì)這些事故的措施進(jìn)行分析和總結(jié)，從而幫助后續(xù)的煤礦開采工作更好的規(guī)避危險(xiǎn)，一旦發(fā)生事故，也可以迅速作出反應(yīng)，為救援提供高效可行的措施，保障作業(yè)人員的人身安全。同時(shí)，5G 通信在對(duì)各種煤礦安全信息作出整合分析的同時(shí)，也可以幫助建立系統(tǒng)算法，通過算法數(shù)據(jù)不斷優(yōu)化各方面的工作，切實(shí)的指出現(xiàn)有安全保障措施中存在的漏洞，并且靈活的提出解決方法，促進(jìn)煤礦安全保障的提升。

3.3 促進(jìn)煤炭安全技術(shù)創(chuàng)新

5G 的一大運(yùn)用，是與物聯(lián)網(wǎng)的深度結(jié)合，對(duì)煤礦安全相關(guān)設(shè)備進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)改變，能夠極大程度的推動(dòng)煤炭安全技術(shù)的整體創(chuàng)新。物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)⒏鞣N信息傳感設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，人、機(jī)、物的互聯(lián)互通。5G 推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤礦安全中的運(yùn)用，幫助設(shè)施設(shè)備進(jìn)行革新，設(shè)計(jì)出更加靈敏的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，在一定程度上幫助解決傳統(tǒng)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中存在的問題，如信息鼓勵(lì)、系統(tǒng)封閉等。此外，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)的煤礦安全系統(tǒng)，能夠更好的連接開放性網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)數(shù)據(jù)的高度融合，擴(kuò)展感知網(wǎng)絡(luò)的范圍，從而促進(jìn)煤礦安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的綜合水平。

4 如何合理運(yùn)用5G 通信系統(tǒng)提升煤礦安全

4.1 推廣5G 系統(tǒng)在煤炭中的應(yīng)用，增加5G 資源的投入

要讓5G 通信技術(shù)在煤礦安全中得到合理運(yùn)用，首先要將5G 技術(shù)在相關(guān)產(chǎn)業(yè)中推廣開來?，F(xiàn)今我國的煤礦安全技術(shù)方面缺少創(chuàng)新理念。對(duì)5G 通信的技術(shù)運(yùn)用較少?？梢耘汕?G 通信方面的專業(yè)技術(shù)人員與煤礦安全方面的技術(shù)研究員進(jìn)行交流，對(duì)二者的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分析，將5G 通信技術(shù)與煤礦安全相結(jié)合。同時(shí)，加大對(duì)相關(guān)科研的資金投入，加大對(duì)相關(guān)技術(shù)人才的培養(yǎng)，設(shè)立對(duì)相關(guān)科研人員的激勵(lì)機(jī)制，激發(fā)研究人員熱情，提升創(chuàng)新理念。提升作業(yè)人員對(duì)5G 技術(shù)功能的認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)對(duì)5G 通信技術(shù)的運(yùn)用，在新型設(shè)備投入使用后，及時(shí)對(duì)從業(yè)人員進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)，避免人員技術(shù)和設(shè)備之間產(chǎn)生脫節(jié)。

4.2 結(jié)合煤礦安全的需要制定相應(yīng)的系統(tǒng)

煤礦安全的需要是多方面的，相應(yīng)的，結(jié)合5G 通信技術(shù)所建立起來的安全管理系統(tǒng)也需要覆蓋到方方面面。首先，在煤礦生產(chǎn)方面，滿足安全生產(chǎn)的同時(shí)也不能忽視現(xiàn)代煤礦產(chǎn)業(yè)綜合自動(dòng)化生產(chǎn)的需求。在感知與控制層面，需要注重的是生產(chǎn)系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)這四個(gè)方面。其次，要建成完整的系統(tǒng)也需要數(shù)據(jù)庫的完善，在數(shù)據(jù)傳輸集成層方面，要兼顧專家數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)等組成的工業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)庫和由管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)等組成的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。最后，在管理應(yīng)用層方面，要著重對(duì)安全管理系統(tǒng)作出完善，在傳統(tǒng)模塊的基礎(chǔ)上，安全智能管理在補(bǔ)充后可分為六個(gè)小類，即物聯(lián)網(wǎng)信息安全管理、煤礦安全評(píng)價(jià)管理、機(jī)電設(shè)備管理、重大災(zāi)害防止管理、礦井環(huán)境信息管理以及定位導(dǎo)航分析管理。完整的系統(tǒng)建立，能夠極大程度的提高礦區(qū)作業(yè)的效率，并且提高礦井作業(yè)的安全性。通過多層系統(tǒng)的建立，各司其職，形成分工明確的系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得各個(gè)層級(jí)能夠相互協(xié)作，達(dá)到一加一大于二的安全管理效果。此外，運(yùn)用5G 通信技術(shù)建立起來的數(shù)據(jù)庫，也能夠很好和網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)相連接，促進(jìn)工業(yè)及企業(yè)管理網(wǎng)的聯(lián)通，研究人員可以依靠數(shù)據(jù)庫，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)和完善，從而形成良性循環(huán)。

5 結(jié)束語

煤炭是全球重要的能源，其使用歷史尤為久遠(yuǎn)。在信息社會(huì)，為了提高煤炭生產(chǎn)安全性，各國都在推進(jìn)煤炭產(chǎn)業(yè)信息化建設(shè)。而5G 技術(shù)的發(fā)展為煤礦安全技術(shù)的進(jìn)步提供了更加廣闊的可能性。5G 技術(shù)的運(yùn)用，能夠提高煤礦安全生產(chǎn)水平，提升安全生產(chǎn)管理效率，將各種隱患扼制在萌芽狀態(tài)中，促使各個(gè)部門之間的數(shù)據(jù)資料達(dá)成資源共享，推動(dòng)煤礦安全實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化科學(xué)管理，促進(jìn)中國煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)步。