2021年3月27日，由中國煤炭工業協會主辦的“礦用F5G全光工業網技術交流會”在北京成功舉行。會上，中國煤炭科工集團煤炭科學技術研究院有限公司聯合華為正式發布“F5G智能化煤礦應用方案”，并發布《煤礦F5G應用技術白皮書》，同時聯合4家單位成立“智能礦山聯合實驗室”。

中國礦業大學（北京）孫繼平教授作了題為《煤礦智能化建設》的主題報告，主要介紹了煤礦井下無線傳輸特點，以及礦用5G面臨的問題。據介紹，目前正在安標送審的各類礦用5G系統，還沒有針對煤礦井下特殊需求進行專門研發，僅將地面5G產品防爆改造難以滿足煤礦智能化建設的需求。并且從現有取證來看，采煤工作面5G覆蓋范圍均不超過50m ，無法完全適應工作面無線控制需要。目前5G優勢在于大帶寬、廣連接、低時延的功能疊加，相比WiFi6的低成本、大寬帶，建議華為等公司緊抓WiFi6在低時延和高可靠方面的短板窗口期，進一步突破礦用5G關鍵技術。

以下是報告原文：

一、煤礦井下無線傳輸特點

1.煤礦井下無線傳輸模型復雜多變，無線傳輸衰減受巷道分支、彎曲、傾斜、斷面面積和形狀、圍著介質、巷道表面粗糙度、支護、縱向導體、橫向導體、設備等影響大。

（1）巷道分支、彎曲、傾斜不利于礦井無線傳輸。

（2）巷道斷面面積越大，越利于礦井無線傳輸。

（3）在巷道斷面面積一定的條件下，形狀越接近圓形和方形越利于礦井無線傳輸。

（4）巷道表面越粗糙，越不利于礦井無線傳輸。

（5）金屬支護不利于礦井無線傳輸。

（6）縱向導體（電纜、鐵軌、水管等）利于礦井無線傳輸

（7）橫向導體（工字鋼支護等）不利于礦井無線傳輸。

2.900MHZ-1800MHZ，700MHZ-2400MHZ，傳輸衰減小，繞射能力強。

3.工作面無線傳輸衰減大于大巷。

4.收發天線位于巷道中央，傳輸距離遠。為不影響行人和行車，一般設置在巷道頂板或巷幫。

5.煤礦井下巷道分支、彎曲和傾斜，巷道中膠輪車、電機車、帶式輸送機、移動變電站等設備和作業人員等，造成礦井無線信號非視距傳輸。

6.綜采工作面支架、采煤機和人員等，會造成礦井無線信號非視距傳輸。

7.掘進工作面掘進機和人員等，會造成礦井無線信號非視距傳輸。

8.煤礦井下單一巷道長度可達10km，礦井無線傳輸距離遠大于地面室內。

9.煤礦井下電磁波衰減嚴重，GPS等衛星定位信號無法穿透煤層和巖層到達煤礦井下。

10.煤礦井下有瓦斯等可燃性氣體和煤塵，用于煤礦井下的電氣設備必須電氣防爆，優選本質安全防爆。

11.無線電輻射閾值（發射功率+天線增益）應不大于6W。無線電輻射會在金屬支護、電纜、鐵軌、設備金屬外殼等產生感生電動勢，放電引起瓦斯爆炸；會引爆電雷管。

12.煤礦井下環境惡劣，粉塵大、潮濕、淋水。無線頻率越高，影響越大。

二、礦用5G

5G是新一代蜂窩移動通信技術，具有傳輸速率高時延小、可靠性高、容量大等優點，已在地面應用。

2020年7月，安標國家礦用產品安全標志中心，按照新產品審核發放模式，發放了我國第1個煤礦5G通信系統安全標志準用證，有效期2年。該系統沒有針對煤礦井下安全生產特點進行研發僅將地面5G產品防爆改造，僅可用于礦井語音通信和視頻圖像傳輸，嚴禁用于地面遠程控制等。

目前正在安標送審的礦用5G系統，也沒有針對煤礦井下特殊需求進行研發，僅將地面5G產品防爆改造難以滿足煤礦智能化建設的需求。

煤礦井下有瓦斯等易燃易爆氣體，礦井無線傳輸衰減大等特殊性，制約著5G直接在煤礦井下應用。

因此，需根據煤礦井下特殊需求，研究礦用5G技術和系統。

1.礦用5G宜采用本質安全型防爆。

礦用5G基站的射頻閾功率應按同時工作的多個發射天線的最大總功率考核其防爆性能。應考核礦用5G天線的等效電感（含分布電感）和等效電容(含分布電容）。

發射功率軟件可調的礦用5G基站，調控發射功率的軟件應固化，確保在正常工作和故障狀態下，最大發射不得因設備停電重啟、光纜斷纜、基站控制器損壞交換機/路由器損壞、電磁干擾等，造成最大發射功率增加。

無法保證最大發射功率不增大的軟件調控發射功率的礦用5G基站，應按硬件最大發射功率考核其防爆性能。

2.用于控制的礦用5G應具有較強的抗干擾能力。

在本質安全防爆限制電容量和電感量的條件下，提高5G系統的抗干擾能力，是礦用5G急需解決的技術難題。

3.采煤工作面無人或少人作業，宜采用機架聯動+記憶割煤+地質模型+地面遠程控制方法。

采用透霧透塵攝像機，解決采煤工作面視頻圖像不清晰問題。采煤工作面和掘進工作面地面遠程控制宜選用傳輸速率高、時延小、可靠性高的礦用5G。

4.煤礦井下車輛無人駕駛地面遠程控制宜選用傳輸速率高、時延小、可靠性高的礦用5G。

選用礦用車輛精確定位系統和慣性導航系統對車輛定位和導航，選用激光雷達、毫米波雷達、熱像儀、攝像機、車載傳感器和巷道傳感器等感知車輛和周邊環境。

5.WiFi礦井移動通信系統具有系統成本低等優點

煤礦井下膠輪車和電機車等行駛速度受限，手機等移動終端移動速度較慢，WiFi礦井移動通信系統可以滿足煤礦井下移動通信需求。

5G礦井移動通信系統具有手機種類多、語音通話質量高、可用于快速移動通信等優點，但系統成本高。

沒有針對礦井移動通信特點研發的礦用5G性價比低于礦用WiFi移動通信通信系統。

6.嚴禁用礦用5G移動通信系統替代礦用有線調度通信系統。

設置在煤礦井下的礦用5G基站、礦用5G基站控制器、礦用網絡交換機/路由器等均由井下電網供電。

煤礦井下瓦斯超限停電和停風停電，將影響礦用5G通信系統正常工作。

當煤礦井下發生瓦斯和煤塵爆炸、煤與瓦斯突出、沖擊地壓、水災、火災、頂板冒落、炸藥爆炸等事故時，會造成礦用5G基站和天線、礦用5G基站控制器、礦用網絡交換機/路由器等損壞，光纜斷纜。

因此，礦用5G移動通信系統抗災變能力，遠不如礦用有線調度通信系統，難以滿足應急通信要求。嚴禁用礦用5G移動通信系統替代礦用有線調度通信系統。

7.礦用5G核心網在地面，控制著整個系統工作。

當煤礦井下光纜斷纜或交換機/路由器故障，井下系統將癱瘓。甲烷超限或停風后，非本質安全防爆的5G基站、基站控制器和交換機/路由器必須停電。因此，沒有針對煤礦安全監控特點研發的礦用5G不能替代煤礦安全監控系統。

8.UWB煤礦井下人員定位系統定位精度0.2米。

5G未來的定位目標是定位精度1米，但目前還沒有實現。沒有針對礦井動目標精確定位特點研發的礦用5G定位精度低于礦用UWB精確定位系統。

9.在FR1（450 MHz-6000 MHz）頻率范圍內，5G的最高傳輸速率為1.2G bps（上行）和2.2G bps（下行）。

WiFi6最高傳輸速率為9.6Gbps，WiFi6的傳輸速率高于5G。因此，沒有針對煤礦安全生產特點研發的礦用5G性價比低于礦用WiFi6。時延要求不高的礦井視頻圖像監視，宜選用礦用WiFi6，以降低系統成本和維護工作量。

10.沒有針對煤礦井下固定設備監控特點研發的礦用5G可靠性低于礦用有線監控系統。

帶式輸送機、供電、排水等固定設備監控和地面遠程控制，宜選用有線傳輸。