胡松偉

（中國平煤神馬集團中平信息技術有限責任公司，河南平頂山，467000）

0 引言

煤礦開采的過程伴隨著巨大的風險性，隨著通信技術的發(fā)展在礦井開采的過程中使用通信技術能夠提升煤礦開采的安全性。我國在煤礦行業(yè)發(fā)展之初就一直致力于礦井通信技術的研發(fā)，近年來隨著感應技術和透地通信技術的出現(xiàn)，通信系統(tǒng)得到不斷的優(yōu)化和完善。尤其在2010年之后，煤礦無線通信技術獲得了巨大的飛躍，但是因為礦井的工作環(huán)境比較特殊，加上工作流程也比較復雜，因此對于寬帶網絡的要求較高。因為礦井工作需要采用視頻監(jiān)控，這就對于通信的流暢性也產生了需求。從當前技術出發(fā)，5G通信技術在煤礦行業(yè)中的應用能夠促進語音圖像等文件的良好傳輸，除此之外還能滿足礦井的基本通信業(yè)務需求。但是煤礦行業(yè)本身對通信質量和通信效率都有更嚴格的要求，因此5G技術在突破傳統(tǒng)無限通信技術局限性的同時還有著巨大的發(fā)展空間，因此在未來的發(fā)展過程中積極對5G通信技術進行優(yōu)化和升級，從而保證礦井物聯(lián)網的建設得以順利進行，從而確保通信鏈路科學建立。

1 5G技術優(yōu)勢

1.1 核心技術簡述

5G的誕生是伴隨著多種場景的出現(xiàn)，因為人類社會的發(fā)展導致人類對于極端差異需求的滿足欲望越來越強烈。因此5G技術的基礎并非某種單一技術，主要是因為它解決的問題也并非單一場景。5G技術的主要核心是無線技術和網絡技術，從無線技術角度來探討5G技術，可以看出5G技術通過無線陣列和超密集組網等大規(guī)模的頻譜介入技術來實現(xiàn)5G網絡的排布。而網絡技術領域則需要軟件的支持，例如SDN和虛擬化網絡架構，這些廣泛應用的網絡架構不僅能夠讓正交頻得到良好的復用，還能讓濾波器組能夠實現(xiàn)靈活雙工，從而能夠讓密度檢驗得到良好的降低，實現(xiàn)對網絡編碼的科學合理檢驗。而這些正是5G技術的核心技術，這些核心技術共同促成了5G技術強大的發(fā)展空間，實現(xiàn)了5G通信技術的飛躍和發(fā)展。

1.2 5G通信技術的優(yōu)勢

5G的關鍵技術之所以占有一定的優(yōu)勢是因為它的通信系統(tǒng)具有更強大的功能性，尤其與前幾代通信技術作比較就會發(fā)現(xiàn)5G通信技術的傳輸效率得到了顯著的提升，而且延遲性得到良好的降低，除此之外其容量也得到了一定的增大。

1.2.1 體驗速率高

5G通信技術船速速率得到顯著提升是業(yè)界產生的共識，其中每秒的傳輸可達到1G的速率，從而提高用戶的體驗感。尤其在真實網絡環(huán)境中，傳輸速率的良好提升能夠讓用戶獲得更好的體驗感，

1.2.2 連接密度高

5G通信技術的另一個優(yōu)勢在于能夠最大限度的擴充在線設備數(shù)量，傳統(tǒng)的通信技術無法保證單位面積上過多的設備在線，但是5G技術解決了這一問題，能夠實現(xiàn)沒平方千米100多個在線設備同時在線。

1.2.3 延時比較低

在傳統(tǒng)的通信技術中，延時問題一直都是制約傳輸?shù)闹饕獑栴}。較短的延時能夠確保通信內容良好的傳達，避免傳輸事故。5G技術將延時最大限度的降低到1毫秒，從而實現(xiàn)了較低的延時。

1.2.4 移動性較好

傳統(tǒng)的通信技術在移動過程中會出現(xiàn)一定的信號丟失，影響傳輸質量。但是5G技術能夠在移動的過程中也做到收發(fā)雙方的信號穩(wěn)定，因此可以更好的實現(xiàn)在移動中的信息傳輸。通常收發(fā)雙方的移動速度最高可以達到500km/h。

2 礦井5G技術的架構討論

2.1 系統(tǒng)組成

煤礦開采的施工環(huán)境比較復雜，因此通信系統(tǒng)的構成也與普通的5G通信系統(tǒng)相異。在礦井的5G通信系統(tǒng)當中，核心網絡平臺構成指揮中樞，地面的基站則負責進行信號的發(fā)送和接收。井下的基站是為了實現(xiàn)更好的信號傳輸，因為煤礦的礦井往往信號強度弱。除此之外，井上井下的HUB和AAU需要進行良好的覆蓋，然后才能通過IR接口實現(xiàn)室內室外的基帶連接，尤其要注重對井下的RRU網絡覆蓋，這樣才能通過井上與井下的相連完成數(shù)據(jù)和信息的傳輸。

2.2 組網簡要介紹

5G的網絡部署并非只是獨立組網的部署，通常來說包括非獨立組網和獨立組網兩類。NSA組網需要4G網絡基礎的支持，但是它借用4G核心網進行部署，然后實現(xiàn)5G網絡的組建，這種組建方式能夠更好的實現(xiàn)5G網絡的長期演進，從而實現(xiàn)聯(lián)合組網。這種組網方式能夠在初期完成快速的網絡組建，而且成本比較低，但是因為靈活性不高，所以會給后期的部署工作帶來巨大的工作量。而SA則是屬于5G網絡的新建，它不借助任何網絡，只是重新搭建5G網絡，這樣能夠實現(xiàn)基站和基礎設施的部署和建立。因為SA是重新部署，因此其初期成本會比較高，但是因為鮮有的4G基站也可以在SA部署的過程中獲得良好的升級和更新，因此SA的架構形態(tài)能夠實現(xiàn)更好的功能性。而且其最終形態(tài)是5G基站與5G核心網絡的連接，同時還能摒除4G網絡的依賴性。這種組網方式能夠更好的視線5G網絡的新功能，并且滿足地下礦井的無限通信需求。但是煤礦開采的地下礦井情況不同，在選擇組網的過程中要充分考慮煤礦的情況，然后進行組網方式的選擇，這樣才能充分實現(xiàn)煤礦礦場良好的通信功能。

3 5G通信技術的礦井應用

現(xiàn)代煤礦開采朝著更加智能化的角度發(fā)展，不僅要實現(xiàn)煤礦作業(yè)人員的物聯(lián)，更加要實現(xiàn)高速通信網絡的搭建。但是煤礦礦山的環(huán)境比較復雜，在進行組網的過程中還需要考慮到實景的情況，這就需要對礦山數(shù)據(jù)進行深層次的挖掘，從而實現(xiàn)大數(shù)據(jù)和云計算等的綜合應用。煤炭行業(yè)在不斷創(chuàng)新的過程中也需要進行更加智能化的通信更新，但是5G通信網絡技術將這些內容具體的聯(lián)系起來，然后通過發(fā)揮5G通信技術的優(yōu)勢從而完成井下通信技術的發(fā)展。

3.1 無人駕駛和智能運輸應用

礦井的工作對安全性要求較高，近年來許多礦井在開采的過程中通過無人駕駛來完成工作，這樣可以降低工作人員的安全隱患。但是無人駕駛需要良好的無線網絡支持，這樣才能保證機器與機器之間良好的對接，而機器與機器之間的這一對接需要通過無線網絡來實現(xiàn)，這就給井下網絡通信提出了一個難題。5G技術的出現(xiàn)能夠為井下提供更良好的寬帶環(huán)境，在增加傳輸速度和提升傳輸效率的過程中，能夠保證機器與機器之間的精準定位和對接。尤其在無人駕駛的過程中，5G通信技術能夠實現(xiàn)對3D地圖的轉換，從而讓傳感器的感知能力得到顯著提升。而5G網絡也為其他設備，例如安全監(jiān)測設備和定位設備提供了必要的網絡環(huán)境，從而良好地保證了地下運輸車輛的無人駕駛功能實現(xiàn)。除了無人駕駛技術以外，運輸系統(tǒng)的自動化也需要良好的通信網絡，因為井下運輸必須要精確。而傳統(tǒng)的通信技術不能對井下的煤流和無聊進行良好的檢測，從而保證自動化運轉裝置的協(xié)調。5G技術的出現(xiàn)不僅能夠確保附近環(huán)境和相關參數(shù)信息的良好的監(jiān)測，還能讓車輛運輸和設備運行的效率得以提升，從而確保系統(tǒng)運轉的良好性。

3.2 礦井位置的良好服務

井下定位系統(tǒng)和跟蹤系統(tǒng)能夠保證煤礦開采的順利進行。目前我國煤礦開采中往往需要進行定位系統(tǒng)和跟蹤系統(tǒng)的安裝，這些定位系統(tǒng)的安裝需要根據(jù)礦井的具體情況來來設計。因為這些系統(tǒng)不僅需要滿足礦井的需求，還需要滿足其也無需求。現(xiàn)代煤礦開采的機械化程度逐漸提升，這意味著未來煤礦開采的人數(shù)會不斷降低，無人化的需求加深了對定位系統(tǒng)和跟蹤系統(tǒng)的質量和技術要求，良好的通信技術才能保證定位系統(tǒng)更好額而工作。5G技術通過天線的排布來實現(xiàn)高頻段的通信任務，從而保證定位系統(tǒng)能夠精準的對井下情況進行定位。

3.3 輔助實現(xiàn)遠程操控

遠程操控設備是5G通信技術與礦井結合的重要方面，因為遠程設備控制能夠實現(xiàn)對井下開采過程的推動，因此遠程控制設備需要更多的通信資源才能實現(xiàn)其功能。這就意味著遠程控制對于網絡的時效性要求較高，但是煤礦礦井的井下環(huán)境比較復雜，而且網絡通信控制的鏈路比較長，這就導致遠程控制設備本身的功能實現(xiàn)存在一定的問題。5G技術能夠通過降低延時性來實現(xiàn)控制網絡的良好，從而為井下控制設備的運轉提供良好的通信環(huán)境。除此之外，井下作業(yè)也需要其他掘進機和采煤機的共同運作，而5G通信技術一旦應用就能保證這些數(shù)據(jù)快速生成，從而確保液壓支架等信息的良好，地面能夠通過傳感器對井下的情況進行良好的了解，從而生成良好的影響。這些數(shù)據(jù)往往具有數(shù)目繁多，體量巨大的特點。如果僅僅依靠傳統(tǒng)網絡，并不能實現(xiàn)高效率和高速度的傳輸，而且現(xiàn)代井下開采技術還需要進行可視化模型，這就需要工作人員對工作現(xiàn)場進行跟蹤，從而實現(xiàn)遠程控制，保證可視化系統(tǒng)的正常運轉。

3.4 遠程故障診斷

井下設備一旦出現(xiàn)故障很容易導致開采的安全事故，因此對井下設備的安全診斷具有重要的意義。5G網絡技術能夠提供更好的通信傳遞，一旦傳感器感知到設備出現(xiàn)故障之后，能夠與云端平臺進行溝通，數(shù)據(jù)庫通過備份數(shù)據(jù)來對現(xiàn)有故障進行診斷和處理。對設備的主動監(jiān)測能夠讓系統(tǒng)對故障類型進行更好的判斷，從而進行不同應對方案的撰寫。以往的維修過程需要維修人員的親自介入，但是5G網絡介入之后，通過遠程故障診斷可以更好的對井下情況進行判斷，從而減少了維修難度。5G技術與VR技術的結合是井下通信技術的革新，因為回傳井下高清視頻能夠讓地面人員對井下設備有更好的觀測和指導。甚至對于某些系統(tǒng)故障，系統(tǒng)可以根據(jù)具體的故障情況進行自動分析，然后智能化系統(tǒng)會進行自我調整與修復，對于這種故障，工作人員不需要進入井下就能實現(xiàn)對設備的維修。不僅解決了故障問題，還保障了工作人員的安全。

4 結束語

煤礦開采事關我國的能源事業(yè)發(fā)展，不斷提升煤礦開采技術的科學性有助于提升煤炭事業(yè)的發(fā)展質量。近年來我國不斷優(yōu)化相應的設備技術，但是這些設備技術需要通信技術的連接才能保證設備的功能得以發(fā)揮。5G通信技術的到來，讓煤礦開采得到更好的網絡支持。從目前我國5G網絡架構和設備及部署來看，煤礦行業(yè)的5G技術部署方式仍然存在一定的多元性和不確定性，這意味著5G技術在煤礦行業(yè)的應用還存在更多的空間，因為目前其產業(yè)鏈尚不夠完整，而且煤礦行業(yè)本身對于5G技術的應用深度和廣度都有待完善。除此之外，煤礦行業(yè)本身在發(fā)展過程中就需要對發(fā)展成本進行估量，而5G網絡雖然能夠實現(xiàn)煤礦開采的效率提升，但是其成本也不低。這意味著在未來的發(fā)展過程中，煤礦行業(yè)既要注重于5G網絡的良好的結合，還要考慮到5G通信網絡建設的成本，不斷降低成本的同時還要保證井下物聯(lián)網的建立。