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工矿自动化 Indust ry and Mine Aut o mat io n 第46卷第8期 2020年8月 Vo l. 46 No . 8 Aug. 2020 扫码移动阅读 i科研成果t 文章编号1671-251X202008-0001-07 DOI0. 13272/j. issn. 1671-251x . 17648 煤矿智能化与矿用5G 孙继平 中国矿业大学北京机电与信息工程学院％北京100083 摘要针对煤矿井下电气防爆、无线传输衰减大等特点，分析了矿用5G技术和适用范围矿用5G宜采 用本质安全型防爆；用于控制的矿用5G应具有较强的抗干扰能力；采煤工作面和掘进工作面地面远程控制 宜选用矿用5G；煤矿井下车辆无人驾驶地面远程控制宜选用矿用5G；没有针对矿井移动通信特点研发的矿 用5G性价比低于矿用WiFi移动通信系统；严禁用矿用5G移动通信系统替代矿用有线调度通信系统；没有 针对煤矿安全监控特点研发的矿用5G不能替代煤矿安全监控系统；没有针对矿井动目标精确定位特点研 发的矿用5G定位精度低于矿用UWE精确定位系统；450〜6 000 MHz频率范围的矿用5G传输速率低于 矿用WiFi6；没有针对煤矿井下固定设备监控特点研发的矿用5G可靠性低于矿用有线监控系统。指出了亟 需针对煤矿井下安全生产特点，研发矿用5G,而不仅仅是对现有地面5G产品进行防爆改造％ 关键词煤矿智能化；5G；车辆无人驾驶；无人采煤工作面；精确定位；WiFi6； UWB 中图分类号TD655 文献标志码A Co al mine int elligenc e and mine-used 5G SUN Jiping Sc ho o l o f Mec hanic al Elec t ro nic and Info rmat io n Engineering, China Universit y o f Mining and Tec hno lo gyBeijing , Beijing 100083, China Abstract Aiming at c harac t erist ic s o f elec t ric al ex plo sio n-pro o f and large wireless t ransmissio n at t enuat io n in undergro und c o al mine, 5G t ec hno lo gy and it s applic at io n sc o pe were analyzed. Mine-used 5G sho uld ado pt int rinsic ally safe ex plo sio n-pro o f. Mine-used 5G fo r c o nt ro l sho uld have st ro ng ant i int erferenc e abilit y. Mine-used 5G sho uld be used fo r remo t e c o nt ro l o f c o al mining fac e and t unneling fac e. Mine-used 5G sho uld be used fo r gro und remo t e c o nt ro l o f unmanned vehic le in undergro und c o al m0ne.M0ne-used5Gt hat ha sno t beendevelo pedfo rc hara c t er0st 0c so fm0ne mo blec o mmun0c at o n0sless c o st -efec t 0ve t han m0ne-used W0F0mo b le c o mmun0c at o n syst em. It 0s st r0c t ly fo rb0dden t o replac e m0ne- used w0red d0spat c h0ng c o mmun0c at 0o n syst em w0t h m0ne-used5G mo blec o mmun0c at 0o nsyst em.M0ne- used5Gt hat 0sno t develo pedfo rc o alm0nesafet ymo nt o r0ngc harac t er0st c sc anno t repla c ec o alm0nesafet y mo nit o ring syst em. Po sit io ning ac c urac y o f mine-used 5G t hat has no t been develo ped fo r prec ise po siio ningc harac erisic so fminemo vingargeislo werhanhao fmine-usedUWBprec isio npo siio ning 收稿日期收稿日期2020-07-27;修回日期修回日期 2020-07-31 5G; unmanned vehic le; unmanned c o al mining fac e; prec ise po sit io ning ； WiFi6 ; UWB 0引言引言 第五代移动通信技术（5t h Generat io n Mo bile Net wo rks, 5G）.大数据、物联网、人工智能、机器人、 工业互联网、云计算、边缘计算、增强现实和虚拟现 实等新技术促进了煤矿智能化。其中，5G是新一代 蜂窝移动通信技术，具有传输速率高、时延小、可靠 性高、容量大等优点，已在地面应用卩2-。2020年 7月，安标国家矿用产品安全标志中心按照新产品 审核发放模式，发放了我国第1个煤矿5G通信系 统安全标志准用证［3］（有效期2 a）该系统没有针 对煤矿井下安全生产特点进行研发，仅将地面5G 进 ， 矿 通信和 图像传输。目前正在安标送审的矿用5G系统也没 有针对煤矿井下特殊需求进行研发，仅将地面5G 产品进行防爆改造，难以满足煤矿智能化建设需求。 煤矿井下有瓦斯等易燃易爆气体，矿井无线传输衰 减大等特殊性［12］，制约着5G直接在煤矿井下应 用。因此，需根据煤矿井下特殊需求，研究矿用5G 技术和系统。 1矿用矿用5G宜采用本质安全型防爆宜采用本质安全型防爆 煤矿井下有瓦斯等爆炸性气体，用于煤矿井下 的电气设备必须是防爆型电气设备。矿用防爆电气 设备防爆型式主要有本质安全型、隔爆型、胶封型、 增安型等⑷。其中，本质安全型防爆性能最好，适用 于煤矿井下所有场所和瓦斯超限等各种条件，具有 防爆性能好、体积小、质量小等优点。因此，矿用5G 应首选矿用本质安全型。但本质安全型防爆措施限 制了大功率、高电压、大电流、大电容和大电感。功 率超过25 W的电气设备难以做成矿用本质安全型 防爆电气设备。矿用隔爆及其复合型防爆5G基站 体积大、质量大、防爆性能不如本质安全型，甲烷超 限或停风后需停电，不能在甲烷超限和停风断电控 制区域工作。 煤矿井下无线发射会在金属支护、机电设备金 属外壳等产生感生电动势，引起瓦斯爆炸。为防止 大功率无线发射引起瓦斯爆炸，GB 3836. 12010 爆炸性环境第1部分设备通用要求⑷规定，煤 矿井下无线发射设备的射频阈功率（无线发射设备 的有效输出功率与天线增益的乘积）不得大于6 Wo 5G基站一般采用多天线，多个发射天线同时工作， 发射功率叠加。因此，矿用5G基站应按同时工作 的多个发射天线的最大总功率考核其防爆性能。 电气设备 电 电 、电 放电功率、负载中电容量和电感量等。放电时间越 长、电源放电功率越大、负载中电容量和电感量越 大,火花放电能量就越大，引爆瓦斯的概率就越大。 天线的等效电感（含分布电感）和电容（含分布电容） 会增加火花放电能量。因此，对于本质安全型、隔爆 兼本质安全型矿用5G基站，应考核天线的等效电 感（含分布电感）和等效电容（含分布电容） 对于发射功率软件可调的矿用5G基站，调控 发射功率的软件应固化，确保在正常工作和故障状 态下，最大发射功率不增大；不得因设备停电重启、 光缆断缆、基站控制器损坏、交换机/路由器损坏、电 等， 成最大发射功 大无 保 最大 发射功率不增大的软件调控发射功率的矿用5G基 站,应按硬件最大发射功率考核其防爆性能。 2用于控制的矿用用于控制的矿用5G应具有较强的抗干扰能力应具有较强的抗干扰能力 煤矿井下空间狭小，大型机电设备相对集中，电 重采 机、 进机、 机、 机、 机、 机、 、 机等大型机电设备 启停,大功率变频设备工作，架线电机车火花，矿井 人 和 定 等 无线设备， 着矿 5G 常工作因此， 控制 矿 5G 应具有较强的抗干扰能力旧，通过GB/T 17626. 3 2016电 兼 和 技术 射 电 场 射 抗扰度试验6-的严酷等级为2级的射频电磁场辐 射抗扰度试验，评价等级为A；通过GB/T 17626. 4 2018电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲 群抗扰度试验7-规定的严酷等级为2级的电快速 瞬变脉冲群抗扰度试验，评价等级为A；交流端口通 2020年第8期孙继平煤矿智能化与矿用5G 3 过GB/T 17626. 52019（电磁兼容试验和测量技 术浪涌（冲击）抗扰度试验规定的严酷等级为 3级的浪涌（冲击）抗扰度试验，评价等级为B；直流 端口和信号端口通过GB/T 17626. 52019电磁 兼容试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试验8- 规定的严酷等级为2级的浪涌（冲击）抗扰度试验， 评价等级为B。 使用电容和电感滤波是提高设备抗干扰能力的 有效方法。但是，本质安全型防爆电气设备除限制 最大工作电压、最大电流和最大功率外，还限制电路 中的电容量和电感量。因此，在本质安全防爆的条 件下，提高5G系统的抗干扰能力，是矿用5G亟需 解决的技术难题。 3采煤工作面和掘进工作面地面远程控制宜选用采煤工作面和掘进工作面地面远程控制宜选用 矿用矿用5G 事故调查表明，我国煤矿死亡事故主要发生在 采煤工作面和掘进工作面因此，通过煤矿自动 化、信息化和智能化，减少煤矿井下作业人员，特别 是减少采煤工作面和掘进工作面作业人员，是煤矿 安全生产亟需解决的问题。目前，采煤工作面已实 现采煤机、液压支架和刮板输送机联动（以下简称机 架联动），记忆割煤，工作面巷道远程控制。但是，煤 岩界面自动识别等技术难题仍然没有解决;采煤机、 液压支架和刮板输送机等工作面设备定位精确度难 以满足无人采煤工作面要求。人们研发了通过工作 面巷道探测顶底板位置地质钻孔估算顶底板位置 的地质模型方法，但当顶底板变化较大时，误差较 大，难以满足无人采煤工作面对顶底板准确位置的 需求。在煤岩界面自动识别、采煤工作面设备精确 定位等技术难题被攻克前，为尽早实现采煤工作面 无人或少人作业，减少采煤工作面作业人员，笔者提 出了机架联动记忆割煤地质模型地面远程控 制方法（以下简称地面遥控方法）。 地面遥控方法中的机架联动、记忆割煤、地质模 型等 采 工作 ， 需 程 控制 程控制需 采 工作 信息 （包括采煤工作面视频图像，语音，通过传感器采集 的环境、采煤机、液压支架、刮板输送机等设备运行 和状态信息等）实时可靠采集与上传，地面控制命令 实时可靠下传等问题。采煤工作面粉尘大，采煤机 工作时有喷雾，造成视频图像不清晰,难以通过视频 图像在地面远程识别顶底板煤岩界面等。采用透雾 透尘摄像机，可较好地解决采煤工作面视频图像不 清晰问题，优于工作面现场肉眼观察。采煤工作面 采煤机、液压支架、刮板输送机等设备是移动设备， 宜采用无线传输技术。采煤工作面视频图像实时可 靠无线上传，要求传输系统传输速率高、时延小、可 靠性高。 5G 、 、 、 大 等优点。在FRl（50〜6 000 MHz）频率范围内，5G 的最高传输速率为1. 2 GTit /s（上行）和2. 2 Gbit /s （下行）［11011］ „ 5G面向工业互联网应用，支持 0. 5〜1 4S空口时延、不大于5 4S的端到端时延和 更高的可靠性［1213］。而WiFi6平均时延为20 ms［1］, 可靠性不能保证。在传输时延和可靠性方面，5G优 于WiFi6等其他常用无线通信技术。因此，采煤工 作面和掘进工作面地面远程控制宜选用矿用5G。 4煤矿井下车辆无人驾驶地面远程控制宜选用矿煤矿井下车辆无人驾驶地面远程控制宜选用矿 用用5G 煤矿井下胶轮车、电机车等矿用车辆无人驾驶， 是减少煤矿井下作业人员、避免或减少重特大事故 发生、提高运输效率的有效措施。矿用车辆无人驾 驶包括自动驾驶、地面遥控、自动驾驶地面遥控等 方法。矿用车辆无人驾驶，需通过矿用车辆精确定 位系统和惯性导航系统对车辆定位和导航；通过激 光雷达、毫米波雷达、热像仪、摄像机、车载传感器和 巷道传感器等感知车辆和周边环境;通过时延小、可 靠性高、传输速率高的矿用无线通信系统构成车联 网，监测矿用车辆运行状态和环境，控制信号灯、电 动转辙机（仅用于轨道运输系统）和车辆运行等。 5G 、 、 、 大 等优点。5G面向车联网应用，支持V2V（Vehic le t o Vehic le，车与车）和 V2I （ Vehic le t o Infrast ruc t ure，车与路边单元）直连通信等［1213］。因 此， 矿 无人驾驶 程控制宜选 矿 用5G。 5没有针对矿井移动通信特点研发的矿用没有针对矿井移动通信特点研发的矿用5G性性 价比低价比低 煤矿井下通信从功能上划分，可分为有线调度 通信、广播通信、救灾通信、应急通信和移动通信。 矿用有线调度通信系统用于日常煤矿生产调度和安 全调度，具有不需煤矿井下供电、抗灾变能力强等优 点。矿用广播通信系统用于通知煤矿井下作业人员 紧急撤离和紧急避险，并具有报告井下灾变情况等 功能，日常用于安全生产调度广播。矿井救灾通信 -4 - 工矿自动化 46 系统由矿山救护队员携带，用于救护队员与救援基 地、救护队员之间通信。矿井应急通信系统用于灾 后遇险人员与地面通信，具有抗灾变能力强等优点, 目前有线调度通信系统兼做矿井应急通信系统。 矿井移动通信系统用于手机等移动终端之间、手机 等移动终端与地面调度室之间通信，具有及时、方便 等优点矿长、矿总工程师、区队长、工程技术人员、 班组长、爆破工、安全检查员、瓦斯检查工、流动电钳 工、安全监测工、司机等关键岗位和流动作业人员, 宜佩戴手机等移动终端。 矿井移动通信系统主要有漏泄移动通信系统、 感应移动通信系统、透地移动通信系统、多基站移动 通信系统等。目前，矿井移动通信系统主要采用多 基站移动通信系统，多基站移动通信系统主要有 4G/5G,WiFi等。WiFi矿井移动通信系统具有成 本低等优点，但不适用于手机等移动终端移动速度 较快的场景。煤矿井下胶轮车和电机车等行驶速度 受限，手机等移动终端移动速度较慢，WiFi矿井移 动通信系统可满足煤矿井下移动通信需求。4G/5G 矿井移动通信系统具有手机种类多、语音通话质量 高、可用于快速移动通信等优点，但成本高。因此， 没有针对矿井移动通信特点研发的矿用5G性价比 低于矿用WiFi移动通信系统。 6严禁用矿用严禁用矿用5G移动通信系统替代矿用有线调移动通信系统替代矿用有线调 度通信系统度通信系统 矿用有线调度通信系统是煤矿安全生产的重要 保障，在生产和安全调度中发挥着重要作用。矿用 有线调度通信系统主要由本质安全型防爆电话、安 全栅、交换机、调度台、电缆和分/接线盒等组成。矿 用有线调度通信系统在井下没有需要供电的设备， 本质 型 电 机 安全栅和电缆供电。煤矿井下甲烷超限停电和停风 停电等，不影响矿用有线调度通信系统正常工作。 当煤矿井下发生瓦斯和煤尘爆炸（包括瓦斯爆炸、煤 尘爆炸和瓦斯煤尘爆炸）、煤与瓦斯突出、冲击地压、 水灾、火灾、顶板冒落、炸药爆炸等各类事故时，只要 电缆不断、电话不坏，系统均能正常工作。迄今为 止，矿用有线调度通信系统是煤矿井下最可靠的通 信系统，不但用于日常生产和安全调度通信,还用于 急救援通信， 急救援工作中发 着 重要作用。例如，2007年7月29日河南省陕县支 建煤矿发生透水事故，共有69人遇险，经76 h营 救，遇险人员全部安全升井。事故发生后，遇险人员 通过有线调度电话及时将被困人数、位置和状况向 地面调度室汇报，为救援提供了准确信息，缩短了救 援时间矿用有线调度通信系统是煤矿井下安 全避险“六大系统”之一。煤矿安全规程规定 所有煤矿必须装备有线调度通信系统；有线调度通 信系统通信电缆必须专用。为进一步提高有线调度 通信 灾 ， 线 通信 矿 本 质安全型防爆电话应设置在机电碉室内；电缆应设 置在巷帮与底板的夹角处，或设置在压风管路中。 矿用5G移动通信系统主要由矿用手机等移动 终端、矿用基站和天线、矿用基站控制器、矿用网络 机/ 、 终 、 5G 、 缆、光缆分/接线盒、矿用电源（可以与矿用基站、矿 用基站控制器、矿用网络交换机/路由器一体）等组 成。矿用5G必须在井下敷设光缆。设置在煤矿井 下的矿用5G基站、矿用5G基站控制器、矿用网络 交换机/路由器等均由井下电网供电。因矿用备用 电源工作时间有限，煤矿井下瓦斯超限停电和停风 停电，将影响矿用5G移动通信系统正常工作。当 矿 发生瓦斯和 尘 炸、 与瓦斯 出、 地压、水灾、火灾、顶板冒落、炸药爆炸等事故时，会 造成矿用5G基站和天线、矿用5G基站控制器、矿 用网络交换机/路由器等损坏，光缆断缆。虽然也可 以将矿用5G基站、矿用5G基站控制器、矿用网络 机/ 等设 机电 室， 设 与底板的夹角处或压风管路中，但矿用5G移动通 信系统在煤矿井下的设备较多，并需由井下电网供 电，因此，矿用5G移动通信系统抗灾变能力远不如 矿用有线调度通信系统，难以满足应急通信要求。 严禁用矿用5G移动通信系统替代矿用有线调度通 信系统。 7没有针对煤矿安全监控特点研发的矿用没有针对煤矿安全监控特点研发的矿用5G不不 能替代煤矿安全监控系统能替代煤矿安全监控系统 矿 控 甲 烷、 一 、 风速、风压、风向、馈电状态等监测功能；当甲烷超限 或停风，发出声光报警信号，并切断相关区域电源, 避免瓦斯爆炸等事故发生；具有煤与瓦斯突出感知、 报警和断电功能，及时发现事故，撤出遇险人员，避 免瓦斯爆炸等事故发生。煤矿安全监控系统在煤矿 安全生产中发挥着重要作用。煤矿井下顶板冒落和 机械碰撞等，会造成线缆（光缆或电缆）断缆。为避 免系统线缆断缆和主机故障，影响甲烷超限断电和 停风断电，煤矿安全规程规定，当主机和系统 2020 8孙继平煤矿智能化与矿用5G-5 - 线缆发生故障时，必须保证实现甲烷电闭锁和风电 闭锁全部功能。 目前，矿用5G核心网在地面，控制整个系统工 作，地面采用设备和网络冗余，具有较高的可靠性和 稳定性。但当煤矿井下光缆断缆或交换机/路由器 等出现故障，井下系统将瘫痪。甲烷超限或停风后， 非本质安全防爆的5G基站、基站控制器和交换机/ 路由器等必须停电。因此，不针对煤矿安全监控特 点进行二次开发，仅对现有地面5G进行防爆改造 的矿用5G,不能替代煤矿安全监控系统 8没有针对矿井动目标精确定位特点研发的矿用没有针对矿井动目标精确定位特点研发的矿用 5G定位精度低定位精度低 矿井人员和车辆精确定位技术是煤矿智能化关 键技术之一。为遏制煤矿井下超定员生产，避免或 减少煤矿重特大事故发生，煤矿安全规程15-规 定，煤矿必须装备矿井人员位置监测系统。煤矿井 下人员定位系统在遏制煤矿井下和采掘工作面等重 点区域超定员生产、重特大事故发生，搜寻遇险遇难 人员，防止人员进入盲巷等危险区域,控制作业人员 超时下井，特种作业人员管理，领导下井带班管理， 持证上岗管理，井下作业人员考勤等方面发挥着重 要作用。矿井人员和车辆精确定位技术还将用于防 治违章乘坐胶带，防止车辆伤人和车辆碰撞，煤矿井 下胶轮车和电机车等无人驾驶等。 早期的煤矿井下人员定位系统主要采用RFID 技术，不能定位，只能判别识别卡在哪个分站识别 区。随着煤矿井下人员定位技术的发展，先后研制 成功基于ZigBee,UWB等技术的煤矿井下人员定 位系统，定位误差由数十米、几米发展到今天的 0. 2 m。 5G未来的定位目标是定位精度1 m,但目前还 没有实现［1617］。煤矿井下巷道及巷道中设备和车 辆等会造成严重的多径干扰。因此，没有针对矿井 动目标精确定位特点研发的矿用5G定位精度低于 矿用UWB精确定位系统。 9 450〜〜6 000 MHz频率范围的矿用频率范围的矿用5G传输速率传输速率 低于矿用低于矿用WiFi6 第 三代合作伙伴计划3rd Generat io n Part nership Pro jec t,3GPP目前发布的 5G 标准的 频率范围分为FR1 450〜6 000 MHz和FR2 24 250〜52 600 MHz121011-。在我国，FR1450〜 6 000 MHz频率范围的5G发展较快,12-。中国移 动的5G频率范围为2 515〜2 675 MHz和4 800〜 4 900 MHz,最高上行传输速率为1. 2 Gbit /s，最高 下行传输速率为2. 2 Gbit /s,已在地面应用。中国 联通的5G频率范围为3 500〜3 600 MHz,最高上 行传输速率为1. 2 Gbit /s ,最高下行传输速率为 2. 2 Gbit /s，已在地面应用。中国电信的5G频率范 围为3 400〜3 500 MHz ,最高上行传输速率为 1 2 Gbit/s 最 为2 2 Gbit/s 地面应用。中国广电的5G频率范围为702〜 798 MHz ,未见有应用报道。我国FR2 24 250〜 52 600 MHz频率范围的5G还未划分给运营商, 实际应用尚需时日，频率范围为24. 75〜27. 5,37〜 42.5 GHz ,最高上行传输速率为10 Gbit /s ,最高下 行传输速率为20 Gbit/s。 矿 FR1 450 〜6000 MHz FR224 250〜52 600 MHz频段相比,具有信号传 输损耗低、无线传输距离远、绕射能力强等优点。因 此,矿用5G无线工作频段宜选用FR1 450〜 6 000 MHz,以提高矿井无线传输距离和绕射能 力,提高系统的稳定性和可靠性,减少基站用量、降 低组网成本和维护工作量。 WiFi6 802. 11ax的频段为 2. 4 GHz 和 5 GHz ,最高传输速率为9. 6 Gbit/s。在FR1450〜 6 000 MHz频率范围内，5G最高传输速率为 1. 2 Gbit /s上行和 2. 2 Gbit /s下行,WiFi6 最高 传输速率为9. 6 Gbit /s,1-。显然,在FR1 450〜 6 000 MHz频率范围内，WiFi6的传输速率高于 5G。 因此 矿 生 特点研发 矿 5G性价比低于矿用WiFi6。时延要求不高的矿井 视频图像监视，宜选用矿用WiFi6 ,以降低成本和维 护工作 。 10带式输送机、供电、排水等固定设备监控和地面带式输送机、供电、排水等固定设备监控和地面 远程控制宜选用有线传输远程控制宜选用有线传输 5G同其他常用无线通信系统相比,具有传输速 、 、 、 大等 点。 矿 无线传输损耗受无线传输频段,天线位置,巷道断 面、分支、弯曲、倾斜、支护和表面粗糙度,巷道中电 缆、水管和铁轨等纵向导体,巷道中工字钢等横向导 体,巷道中胶轮车、电机车、带式输送机和机电设备 等影响,1-。因此,没有针对煤矿井下固定设备监控 特点研发 矿 5G 低 矿 线 控 统。带式输送机、供电、排水等固定设备监控和地面 程控制 宜选 线 。 6 工矿自动化第46卷 11 煤矿井下有瓦斯等易燃易爆气体，矿井无线传 输衰减大等特殊性，制约着5G直接在煤矿井下应 用。仅将地面5G产品进行防爆改造的矿用5G,难 以满足煤矿智能化建设需求。因此，亟需针对煤矿 井下安全生产特殊需求，研发矿用5G。 1 矿用5G宜采用本质安全型防爆。矿用5G 基站应按同时工作的多个发射天线的最大总功率考 核其防爆性能。应考核矿用5G基站天线的等效电 感含分布电感和等效电容含分布电容对于发 射功率软件可调的矿用5G基站，调控发射功率的 软件应固化，确保在正常工作和故障状态下，最大发 射功率不增大;不得因设备停电重启、光缆断缆、基 站控制器损坏、交换机/路由器损坏、电磁干扰等，造 成最大发射功率增大。无法保证最大发射功率不增 大的软件调控发射功率的矿用5G基站，应按硬件 最大发射功率考核其防爆性能。 2 控制 矿 5G 能力。在本质安全防爆限制电容量和电感量的条件 下，提高5G系统的抗干扰能力，是矿用5G亟需解 决的技术难题。 3 采煤工作面无人或少人作业，宜采用机架 联动记忆割煤地质模型地面远程控制方法。 采用透雾透尘摄像机，解决采煤工作面视频图像不 清晰问题。采煤工作面和掘进工作面地面远程控制 宜选用矿用5G。 4 煤矿井下车辆无人驾驶地面远程控制宜选 用矿用5G,通过矿用车辆精确定位系统和惯性导航 系统对车辆定位和导航，通过激光雷达、毫米波雷 达、热像仪、摄像机、车载传感器和巷道传感器等感 知车辆和周边环境。 5 WiFi矿井移动通信系统具有成本低等优 点。煤矿井下胶轮车和电机车等行驶速度受限，手 机等移动终端移动速度较慢，WiFi矿井移动通信系 统可满足煤矿井下移动通信需求。5G矿井移动通 信系统具有手机种类多、语音通话质量高、可用于快 速移动通信等优点，但成本高。没有针对矿井移动 通信特点研发的矿用5G性价比低于矿用WiFi移 动通信系统。 6 矿用5G必须在井下敷设光缆。设置在煤 矿井下的矿用5G基站、矿用5G基站控制器、矿用 网络交换机/路由器等均由井下电网供电。煤矿井 下瓦斯超限停电和停风停电，将影响矿用5G移动 通信系统正常工作。当煤矿井下发生瓦斯和煤尘爆 炸、煤与瓦斯突出、冲击地压、水灾、火灾、顶板冒落、 炸药爆炸等事故时，会造成矿用5G基站和天线、矿 用5G基站控制器、矿用网络交换机/路由器等损 坏，光缆断缆。因此，矿用5G移动通信系统抗灾变 能力远不如矿用有线调度通信系统，难以满足应急 通信要求。严禁用矿用5G移动通信系统替代矿用 有线调度通信系统。 7 矿用5G核心网在地面，控制整个系统工 作。当煤矿井下光缆断缆或交换机/路由器故障，井 下系统将瘫痪。甲烷超限或停风后，非本质安全防 爆的5G基站、基站控制器和交换机/路由器等必须 停电。因此，没有针对煤矿安全监控特点研发的矿 用5G不能替代煤矿安全监控系统。 8 矿用UWB精确定位系统定位精度为 0. 2 m0 5G未来的定位目标是定位精度1 m,但目 前还没有实现。没有针对矿井动目标精确定位特点 研发 矿 5G 定 低 矿 UWB 确定 系统。 9 在FRK450〜6 000 MHz频率范围内，5G 最高传输速率为1. 2 Gbit /s上行和2. 2 Gbit /s 下行，WiFi6最高传输速率为9. 6 Gbit /s, WiFi6 的传输速率高于5G。因此，没有针对煤矿安全生产 特点研发的矿用5G性价比低于矿用WiFi6。时延 要求不高的矿井视频图像监视，宜选用矿用WiFi6， 以降低成本和维护工作量。 10 没有针对煤矿井下固定设备监控特点研 发的矿用5G可靠性低于矿用有线监控系统。带式 输送机、供电、排水等固定设备监控和地面远程控 制，宜选用有线传输。 参考文献参考文献References 1 -孙继平，陈晖升.智慧矿山与5G和WiFi6[ J-工矿自 动化，2019,4510 SUN Jiping, CHEN Huisheng. 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