數(shù)字通信在煤礦井下應(yīng)用的發(fā)展前景

王建宇

（中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司煤礦安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 撫順 113122）

在傳統(tǒng)煤礦產(chǎn)業(yè)作業(yè)過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)一些礦井災(zāi)害和礦業(yè)事故，如礦井上下信息不流通、事故預(yù)警不及時(shí)、聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)被破壞、巖層穿透勘探測(cè)試不精確等都將在很大程度上增加井上調(diào)度指揮中心的救援難度進(jìn)而造成更大的人員和經(jīng)濟(jì)損失，因此數(shù)字通信在煤礦井下的應(yīng)用對(duì)礦山安全生產(chǎn)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)高速發(fā)展為煤礦井下安全生產(chǎn)帶來(lái)新的曙光，各類大數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的建立和應(yīng)用對(duì)煤礦井下作業(yè)的工作質(zhì)量和效率提升都大有裨益，同時(shí)也能大大降低煤礦井下事故發(fā)生概率保證井下作業(yè)人員基本安全，為推動(dòng)煤礦行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展作出了極大的貢獻(xiàn)。

1 數(shù)字技術(shù)的論述

數(shù)字技術(shù)是近些年十分火熱的詞，最早是由著名學(xué)者麥肯錫提出的[1]。如今隨著社會(huì)的不斷發(fā)展尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用的不斷改進(jìn)和普及，數(shù)字技術(shù)的功能和作用更加的全面，涉及的領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛，包括經(jīng)濟(jì)、文化、軍事等各個(gè)方面，如今在社會(huì)的各個(gè)行業(yè)進(jìn)行大數(shù)據(jù)的充分利用已經(jīng)成為大勢(shì)所趨，對(duì)于社會(huì)發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用。對(duì)于數(shù)字通信而言，其是目前相對(duì)比較熱門的話題，不僅僅是國(guó)家大力支持的發(fā)展項(xiàng)目，同時(shí)也被國(guó)外勢(shì)力虎視眈眈。在進(jìn)入5G時(shí)代之后，數(shù)字技術(shù)的發(fā)展速度也不斷加快。由于各行各業(yè)的發(fā)展都需要數(shù)據(jù)的支持，因此，社會(huì)對(duì)于大數(shù)據(jù)的處理和輸送質(zhì)量也提出了新的要求。在進(jìn)行大數(shù)據(jù)技術(shù)改進(jìn)時(shí)，人們更多的是朝著多元化和智能化的方向進(jìn)行。進(jìn)一步通過(guò)系統(tǒng)化的操作減少流程的環(huán)節(jié)，節(jié)約流程的時(shí)間。數(shù)字通信涉及的面非常廣，同時(shí)其需要使用的方法也非常多，這也使得它的應(yīng)用比較廣泛。在如今的大數(shù)據(jù)時(shí)代，必須通過(guò)大量的信息采集將大數(shù)據(jù)和數(shù)字通信進(jìn)行充分的融合，進(jìn)而最大程度的節(jié)約成本。

2 數(shù)字通信的特征

數(shù)字化技術(shù)在信息通信中的使用，使得信息通信技術(shù)取得巨大發(fā)展，作為現(xiàn)代文明發(fā)展的重要的產(chǎn)物，數(shù)字通信有著非常明顯的特征。

2.1 豐富了信息通信的內(nèi)容

隨著人類文明的不斷進(jìn)步和社會(huì)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)信息通信技術(shù)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，相對(duì)于傳統(tǒng)的信息通信技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)信息通信不僅僅能夠做到文字信息的傳輸，還可以做到聲音和圖像信息的傳輸，能夠最大程度的保證信息傳輸?shù)馁|(zhì)量。信息通信內(nèi)容的不斷豐富，更加保證了信息傳輸?shù)挠行?，得到了社?huì)的青睞，推動(dòng)了社會(huì)的快速發(fā)展。

2.2 快速的信息傳輸效率

隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，信息的時(shí)時(shí)傳輸已經(jīng)不再是夢(mèng)想。現(xiàn)代社會(huì)的網(wǎng)絡(luò)信息的傳輸速度大大的提升，一個(gè)數(shù)字信息的傳輸?shù)乃俣纫话阍诿棵?4KB的左右，因此，對(duì)于現(xiàn)代的信息傳輸而言，基本可以做到信息的時(shí)時(shí)傳輸?，F(xiàn)代社會(huì)，由于數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，信息通信的效率不斷的提高，為社會(huì)各個(gè)地方的人們生活提供了巨大的便利，同時(shí)也進(jìn)一步推動(dòng)了社會(huì)的發(fā)展。

2.3 超強(qiáng)的抗干擾能力

數(shù)字化技術(shù)在信息通信中的應(yīng)用一般商業(yè)活動(dòng)中的情況較多，而在商業(yè)的信息溝通中，往往需要保證信息的絕對(duì)真實(shí)和信息質(zhì)量的完美，因此在進(jìn)行信息溝通時(shí)就必須要及時(shí)的屏蔽外界的干擾。網(wǎng)絡(luò)信息通信技術(shù)較傳統(tǒng)的信息通信技術(shù)有著顯著的抗干擾能力，能夠在保證信息溝通的質(zhì)量之外有效防止機(jī)密信息的外泄，保障信息傳輸者和信息接收者的利益。

3 數(shù)字通信在煤礦井下應(yīng)用概況分析

3.1 煤礦井下數(shù)字通信現(xiàn)狀

隨著我國(guó)科技的快速發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，當(dāng)前數(shù)字通信技術(shù)基本在煤礦井下作業(yè)中得到了有效應(yīng)用，很大程度上提高了煤礦井下作業(yè)的安全指揮性能。煤礦井下作業(yè)可謂是一種高危行業(yè)，比如其潮濕的環(huán)境、高濃度有爆炸危險(xiǎn)的粉塵、空間狹小的巷道和工作面噪聲大等特殊的作業(yè)環(huán)境往往導(dǎo)致用電設(shè)備配置、傳輸失真等各種通信問(wèn)題。在傳統(tǒng)的煤礦井下作業(yè)過(guò)程中噪聲大是影響通信系統(tǒng)正常使用的最大因素，隨著科技發(fā)展而誕生的集圖像、語(yǔ)音、數(shù)據(jù)三項(xiàng)功能同步傳輸于一體的煤礦井下通信技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用并且深受煤礦行業(yè)青睞，比如在井下專用電路、傳輸音響設(shè)備還是視頻監(jiān)控等方面都比傳統(tǒng)井下作業(yè)有了新的突破和進(jìn)步，由于井下作業(yè)環(huán)境特殊在數(shù)字通信應(yīng)用過(guò)程中難免會(huì)遇到一些技術(shù)難題，如何突破技術(shù)壁壘以提升數(shù)字通信在井下的應(yīng)用能力顯得尤為重要。特別是近幾年來(lái)提倡智能化礦山，數(shù)字通信技術(shù)是開展智能化建設(shè)的基本保障為智慧礦山打下了夯實(shí)的基礎(chǔ)。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的開通和大數(shù)據(jù)發(fā)展煤礦企業(yè)在新時(shí)期要想立于不敗之地必須建立新的計(jì)劃和目標(biāo)，積極應(yīng)用智能化信息技術(shù)會(huì)為煤礦行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展注入新的活力。

3.2 煤礦井下數(shù)字通信作用

針對(duì)煤礦井下作業(yè)環(huán)境和性質(zhì)的特殊性，數(shù)字通信技術(shù)對(duì)于其安全生產(chǎn)發(fā)揮著不可替代的重要作用。數(shù)字通信技術(shù)對(duì)于煤礦井下作業(yè)而言不僅僅是通信和監(jiān)測(cè)監(jiān)控的作用，而且還具備了現(xiàn)代通信抗、容、救災(zāi)的三大重要功能是礦井安全生產(chǎn)不可或缺的重要環(huán)節(jié)。比如煤礦井上下設(shè)置的應(yīng)急系統(tǒng)有助于在發(fā)生礦井災(zāi)難時(shí)及時(shí)采取有效措施達(dá)到應(yīng)急效果，這是抗災(zāi)的重要體現(xiàn)。如果在沒(méi)有災(zāi)難發(fā)生的情況下數(shù)字通信技術(shù)也能夠保證在日常工作中對(duì)災(zāi)難進(jìn)行預(yù)災(zāi)和防災(zāi)，如此即使礦井災(zāi)害來(lái)臨也有所防備不至于完全被礦井災(zāi)害擊垮，而且事后也能以最簡(jiǎn)單的方式快速恢復(fù)到礦山正常工作的狀態(tài)，這是通信技術(shù)容災(zāi)性能的表現(xiàn)。另外通信技術(shù)的救災(zāi)性是建立在前兩點(diǎn)的基本前提之上，要想保障礦井災(zāi)難發(fā)生時(shí)數(shù)字通信系統(tǒng)救災(zāi)的可靠性必須充分結(jié)合抗災(zāi)和容災(zāi)性能，不論遇到什么程度的災(zāi)難都能夠有效保障煤礦地面調(diào)度智慧中心工作人員和井下作業(yè)人員隨時(shí)保持聯(lián)系并進(jìn)行定位，對(duì)于開展礦山救援工作提供了極大的便利。綜上可見對(duì)于煤礦井下作業(yè)來(lái)說(shuō)良好的數(shù)字通信不單單是具備普通語(yǔ)言聯(lián)絡(luò)功能的系統(tǒng)，更是確保礦山井上下通信的重要橋梁，通過(guò)準(zhǔn)確反映井下各作業(yè)地點(diǎn)情況有效預(yù)測(cè)防范災(zāi)害并降低了作業(yè)人員工作強(qiáng)度，為煤礦安全、高效生產(chǎn)奠定了夯實(shí)的基礎(chǔ)保障。

3.3 煤礦井下數(shù)字通信難點(diǎn)

對(duì)于煤礦井下作業(yè)環(huán)境而言不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且工作繁瑣無(wú)疑是一份高危行業(yè)。雖說(shuō)當(dāng)緊社會(huì)信息數(shù)字化技術(shù)十分發(fā)達(dá)已然融入我們生活生產(chǎn)各方面，但是在許多煤礦井下的應(yīng)用率仍然較低。比如井下作業(yè)空間狹小而且部分環(huán)境對(duì)設(shè)備有腐蝕性會(huì)在一定程度上影響通信設(shè)施的大面積架設(shè)工作，而無(wú)線通信的應(yīng)用又面臨著井下許多屏障或多或少會(huì)阻礙到信息的傳遞，這些都大大制約了煤礦井下通信技術(shù)發(fā)展。再比如煤礦井下長(zhǎng)短不一、崎嶇不平且分支較多的各種采掘巷道，要想在如此復(fù)雜的巷道環(huán)境中設(shè)置交直流電并存的大功率設(shè)施，不可避免地需要架設(shè)各種高低壓線路轉(zhuǎn)換的變壓器，不同區(qū)域和不同平面對(duì)于井下數(shù)字通信的信號(hào)傳輸自然有很大的干擾和阻礙。另外還有數(shù)字信號(hào)強(qiáng)度隨著井下傳輸距離增加而遞減、脈沖噪聲的干擾等都是當(dāng)下煤礦井下數(shù)字通信可能會(huì)遇到的一些難點(diǎn)。如果安全事故發(fā)生后煤礦的通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)也遭受影響將會(huì)嚴(yán)重阻礙救援工作，給傷亡人員、煤礦發(fā)展和社會(huì)帶來(lái)潛移默化的傷害。

4 數(shù)字通信在煤礦井下應(yīng)用發(fā)展前景

4.1 數(shù)據(jù)技術(shù)井下應(yīng)用深度融合，開創(chuàng)智能采煤新時(shí)代

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的快速發(fā)展5G應(yīng)用與很多領(lǐng)域有了深度融合，煤礦行業(yè)也不例外，將數(shù)據(jù)技術(shù)與井下作業(yè)深度融合將會(huì)開采智能采煤新時(shí)代大大保證煤礦行業(yè)的安全生產(chǎn)。5G技術(shù)不僅低時(shí)延高速率而且還具備大連接的特征，可謂是煤礦行業(yè)轉(zhuǎn)型的必備基礎(chǔ)設(shè)施和重要戰(zhàn)略資源。比如河南省首個(gè)運(yùn)用5G通信技術(shù)進(jìn)行采煤的企業(yè)開創(chuàng)了第一個(gè)6.5m大采高和高突礦井智能化工作面，就是充分借助數(shù)據(jù)通信技術(shù)設(shè)立云數(shù)據(jù)處理中心、互聯(lián)網(wǎng)+雙重預(yù)防機(jī)制以及多個(gè)智能化生產(chǎn)輔助系統(tǒng)，不僅能夠?qū)⒉擅簷C(jī)與視頻采集有機(jī)結(jié)合而且可以打破時(shí)間空間限制通過(guò)手機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)井下生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)畫面的隨時(shí)查看，如此通過(guò)無(wú)線數(shù)字通信對(duì)井下綜采設(shè)備遠(yuǎn)程集中控制一旦發(fā)現(xiàn)故障能夠及時(shí)采取措施進(jìn)行處理大大保障了井下作業(yè)安全生產(chǎn)。另外還有膠帶運(yùn)輸、主副井筒、電機(jī)車無(wú)人駕駛、巡檢機(jī)器人等都是5G數(shù)據(jù)與井下應(yīng)用場(chǎng)景相結(jié)合的發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)在井上下構(gòu)建和覆蓋5G通信系統(tǒng)為開創(chuàng)智能采煤新時(shí)代提供重要理論依據(jù)和基本保障。

4.2 機(jī)器代替工人實(shí)現(xiàn)三無(wú)一減，降低風(fēng)險(xiǎn)提升效率

智能化礦山的建設(shè)離不開數(shù)字通信的基本保障，隨著信息技術(shù)快速發(fā)展一些煤礦已然通過(guò)數(shù)字通信和智能化技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人代替工人作業(yè)，這是數(shù)據(jù)通信推動(dòng)企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要體現(xiàn)。例如薄煤層+沿空留巷技術(shù)、掘錨一體機(jī)、采煤裝備自動(dòng)化升級(jí)、放頂煤智能采煤技術(shù)的應(yīng)用可以有效減少井下作業(yè)人員配置進(jìn)而保障人員安全，還有選煤過(guò)程冗余控制系統(tǒng)、智能矸選系統(tǒng)（TDS）以及礦井萬(wàn)兆環(huán)網(wǎng)建設(shè)等數(shù)據(jù)信息的應(yīng)用都在很大程度上推進(jìn)煤礦企業(yè)無(wú)人化智能化工作，不僅僅能夠保障煤礦井下作業(yè)生產(chǎn)的安全性能，而且大大提升了煤礦企業(yè)生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

針對(duì)煤礦井下實(shí)際作業(yè)過(guò)程中面臨著設(shè)備多、干擾大、隧洞長(zhǎng)和高煤塵等復(fù)雜情況如何實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)全覆蓋是當(dāng)下最為重要的問(wèn)題，隨著數(shù)據(jù)通信的升級(jí)改造煤礦企業(yè)逐步以機(jī)器代替人工進(jìn)而實(shí)現(xiàn)三無(wú)一減，正所謂少人則安，利用數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班和巡檢，在很大程度上實(shí)現(xiàn)了煤礦井下高危作業(yè)的配置減員，進(jìn)一步保證煤礦行業(yè)無(wú)安全事故發(fā)生。通過(guò)提升煤礦井下作業(yè)的自動(dòng)化、機(jī)械化和信息化水平來(lái)有效降低事故風(fēng)險(xiǎn)提升煤礦生產(chǎn)效率。

4.3 大數(shù)據(jù)賦能綠色礦山建設(shè)，推動(dòng)煤礦安全高效開采

近年來(lái)隨著5G技術(shù)拓展應(yīng)用上的不斷發(fā)力為推動(dòng)各煤礦企業(yè)建設(shè)和發(fā)展提供了重要的理論基礎(chǔ)，本著“安全、清潔、高效”的基本原則借助大數(shù)據(jù)通信方可實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)的加速轉(zhuǎn)型。當(dāng)前我國(guó)已經(jīng)有諸多上市公司著手搭建煤礦智能化融合管控平臺(tái)，通過(guò)構(gòu)建云、邊、端的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)實(shí)現(xiàn)企業(yè)云平臺(tái)和大數(shù)據(jù)處理中心。比如山東能源棗礦集團(tuán)的付煤公司作為我國(guó)首批智能化建設(shè)的示范礦井為眾多煤礦企業(yè)數(shù)據(jù)建設(shè)提供了有力的參考，其透明礦山、智能化洗煤廠以及雙重預(yù)警信息平臺(tái)等建設(shè)成果都離不開大數(shù)據(jù)賦能的總抓手。例如借助5G數(shù)據(jù)通信的智能化減少井下采煤掘進(jìn)系統(tǒng)的作業(yè)人員從根本上保證人員安全，針對(duì)煤礦井下機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)可通過(guò)遠(yuǎn)程化實(shí)現(xiàn)地面化從而減少井下人員巡檢帶來(lái)的工作強(qiáng)度和危險(xiǎn)，而重大災(zāi)害治理方面也能夠有效實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)化和動(dòng)態(tài)化的良好監(jiān)管效果進(jìn)而達(dá)到有效防控的目的。就我國(guó)未來(lái)的煤礦開采體系而言已然離不開5G應(yīng)用的技術(shù)支撐，比如通過(guò)5G井下應(yīng)用能夠有效將采掘控制面后退一二百米，如此作業(yè)人員方可遠(yuǎn)離井下惡劣復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，不僅大大降低作業(yè)強(qiáng)度改變了工人井下的生產(chǎn)方式而且有效解決了傳統(tǒng)作業(yè)工程中危險(xiǎn)系數(shù)大的問(wèn)題，進(jìn)一步推動(dòng)煤礦實(shí)現(xiàn)安全高效開采。

4.4 高密集結(jié)構(gòu)的數(shù)字技術(shù)加強(qiáng)煤礦井下通信的穩(wěn)定性

通過(guò)近些年的發(fā)展，數(shù)字通信技術(shù)逐漸的向著寬帶傳輸和綜合化發(fā)展以及智能化的方向穩(wěn)步前進(jìn)，在智能化的應(yīng)用不斷加強(qiáng)之后，數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)信息和數(shù)據(jù)的具體容量已經(jīng)展現(xiàn)出了巨大的潛力，未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)非常明顯。目前的數(shù)字通信技術(shù)能夠在數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)及時(shí)的度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)一步做到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的凈化，通過(guò)對(duì)目前數(shù)字技術(shù)通信整體框架和結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，重新部署適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的新戰(zhàn)略，保證數(shù)字通信發(fā)展的穩(wěn)定化。在煤礦井下作業(yè)時(shí)，只有及時(shí)的保持與地面的聯(lián)系，才能夠有效的指導(dǎo)井下的工作，防止因?yàn)樾畔⒉粫扯?dǎo)致作業(yè)人員操作失誤，從而造成井下安全事故。通過(guò)數(shù)字技術(shù)的不但加強(qiáng)，能夠進(jìn)一步穩(wěn)定通信的密度結(jié)構(gòu)建設(shè)，從而保證井下通信的穩(wěn)定性，提升井下信息傳輸?shù)馁|(zhì)量，及時(shí)的針對(duì)井下的實(shí)際情況進(jìn)行相關(guān)行為的改變，在提高井下作業(yè)效率的同時(shí)降低井下安全事故風(fēng)險(xiǎn)。

4.5 5G技術(shù)提升煤礦井下工作的質(zhì)量

5G技術(shù)的發(fā)展為煤礦井下工作的信息發(fā)展提供了巨大的助力。在未來(lái)的發(fā)展中，要進(jìn)一步縮短5G基站點(diǎn)之間的距離，保證5G信號(hào)，加大網(wǎng)絡(luò)的容量，為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。在進(jìn)行技術(shù)研發(fā)時(shí)，研發(fā)人員要積極探索市場(chǎng)的具體需求，實(shí)現(xiàn)用戶需求和服務(wù)站點(diǎn)之間的聯(lián)系。但是就目前的發(fā)展形式而言，要為用戶提供高質(zhì)量的服務(wù)還不滿足條件，在技術(shù)更新方面還存在許多的不足，使得在進(jìn)行超密集的網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)，無(wú)法做到及時(shí)的動(dòng)態(tài)更新和部署，也無(wú)法及時(shí)的進(jìn)行規(guī)律化的安排。因此就需要不斷的推進(jìn)5G通信的建設(shè)，逐漸創(chuàng)新5G通信技術(shù)，使得5G通信的發(fā)展符合現(xiàn)實(shí)的需要，進(jìn)一步保證礦井下的通信質(zhì)量，保障人員安全。在建設(shè)的過(guò)程中，要充分的了解目前5G通信建設(shè)的實(shí)際情況，預(yù)測(cè)未來(lái)社會(huì)發(fā)展對(duì)于5G通信建設(shè)的新要求，不斷滿足未來(lái)發(fā)展的需要，增強(qiáng)5G通信建設(shè)的全面性，從而保證煤礦井下通信的正常，為后期的建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上可見，數(shù)字通信是未來(lái)煤礦智能化發(fā)展的重要技術(shù)支撐，為煤礦行業(yè)安全、綠色、高效發(fā)展提供了有力保障，新時(shí)期煤礦企業(yè)如何做到百尺竿頭更進(jìn)一步，必須將新一代信息技術(shù)和煤礦井下作業(yè)的有機(jī)融合，在確保人員安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，不僅是“以人為本”理念的重要表現(xiàn)，也是走好煤礦行業(yè)“十四五”規(guī)劃之路的重要手段。