引言
宽带无线通信系统是煤矿生产重要系统之一，是井上、井下人员及机械系统指令之间交互的媒介，在煤矿生产中发挥着十分重要的作用。传统的宽带无线通信系统主要包括泄露通信、小灵通、Wi-Fi无线通信或3G通信系统，这些通信系统在早期的煤矿信息化生产中取得了良好的效果。然而，随着煤矿业务应用系统占用的带宽资源越来越大，带宽不足和通话质量不高、不稳定的矛盾愈加突出。为解决上述矛盾，煤矿无线通信出现了以5G信号为基础的通信，可实现井下视频监控、数据采集、信息发布、视频会议等无线通信功能。伴随着信息化技术的发展，5G技术凭借大带宽、低延时和广连接的优势，打通了不同应用场景间信息高效交互的通道，更为智慧煤矿信息系统的建设提供了可能。
1 5G技术
5G技术又称第五代移动通信技术，具有低延迟、高速度和高连接性等优点，是新一代移动宽带通信技术，是人机网络基础设施。根据国际电信联盟(国际电联)确定的5G应用方案，可用于大规模机械通信、改进的移动宽带以及超可靠、低延迟的通信方案。为了确保5G应用方案的要求多样化，关键的技术性能指标变得更加多样化，用户体验可达1 Gbps，延迟不到1毫秒，有效提高了通信速度和数据准确性，对煤矿智能化工作产生了积极影响。
2 5G技术路线选定
目前5G技术存在2种组网方式，一种为利用地面公网5G核心网，来做井下5G的扩展和布置；另一种是为煤矿建设独立的5G核心网，专用煤矿的5G数据网络服务。第一种组网方式需要与公网结合，必须在煤矿本地部署MEC设备，做为与5G核心网的互通和转接设备。第二种组网模式是在龙华煤矿建设独立的专用5G核心网，专为龙华煤矿井下的5G网络和终端所服务。2种组网方式的特征如表2所示。通过对上述2种5G技术路线组网特征的对比和分析，选择煤矿专用5G系统部署的解决方案，提供高速传输带宽、低延时响应等服务应用，为该煤矿打造一套独立、先进的矿用5G系统网络。煤矿独立专用5G核心组网架构如图1所示。
种组网方式的特征如表1
2煤矿智能化应用5G技术的可行性
煤炭企业智能化开采过程中，应用5G技术主要是通过5G技术分析井下特殊环境，合理部署井下作业。与地面相比，底层作业及其环境特征主要表现在以下几个方面:第一，底层空间狭窄，分支较多；二是容易吸收或干扰无线电波；三是设备布局比较复杂，磁干扰很强；第四，灰尘和气体可能对有关人员的安全构成威胁。在井下采矿中使用5G技术是最大的问题，即高频无线电信号可能在井下环境中迅速衰减，而且如果定向传输能力能够提高，其缠绕能力就会降低，从而使传输距离缩短，并且近年来，这些问题在5G技术研发过程中得到解决，产生了超密集、海量MIMO网络技术等。这些技术的出现和发展建立了更全面的5G基础技术体系。基于对网络部署角度的简要分析，网络布局中的大多数4G网络都是现阶段智能煤矿开采过程中的4G + Wi-Fi技术，复盖距离可达1500米左右。但5G技术分为微型基站和宏观基站、宏观基站设备容量大、发射功率大两大类，井下的这一小面积不适合大规模使用。虽然基站提到设备容量小，但整体发射功率低，复盖距离可达500米左右。因此，从技术角度来看，通过至少使用三个微站，可以实现现有4G网络的控制范围，同时全面提高带宽并减少总体延迟。此外，5G虚拟基站的功能功耗和设备尺寸小于4G基站，可确保井下使用的安全性和可靠性。
3 5G通信网络技术在煤矿智能化的应用策略
3.1综合网管功能
软件界面采用中文显示，能在WINServer2008，WIN7等系统上运行，能对操作员权限、操作密码等设置和管理。系统的专业网管软件可以对网内的不同调度机统一网管配置，同时强大的运行日志，可以清楚记录设备的运行和操作状态，大大降低运行维护的成本，具备系统管理、分组管理、帐号管理、权限管理等功能。
3.2实时精确定位
5G技术应用过程中，将利用网络分割等技术构建一个设计完善的通信系统，并根据煤矿智能应用物理空间网络的特点开发虚拟空间结构，以便根据每个虚拟空间的具体需要优化相应空间的结构和性能在此过程中，应特别注意宽带数据和传输结构性能中的虚拟空间分离操作，并根据智能控制要求灵活应对和处理网络场景。在以往煤井定位系统的应用过程中，将采用超宽带传输技术和蓝牙技术进行定位处理，但该方法存在定位精度差、无法定位自主基础设施等问题。5G技术的应用可改善以往的定位问题，实现高精度定位，通过形成大规模复盖网收集生产工作计划的所有信息，并即时将相关内容传送到指挥中心，以确保数据信息的快速传输。该技术具有应用时间短的特点，可深入开发网络定位和应用服务模块，实现采煤机选煤线路和机械设备的精确定位，保证管理人员能够远程控制具体情况。
3.3高带宽传输
根据煤矿信息化的建设发展，做到全矿井可视化监控，井下将大量安装有线、无线高清摄像仪，庞大的监控点就需要有高速、高带宽的传输网络，结合Wi-Fi6和5G自身具有的特点，在井下需要大量数据传输的区域部署Wi-Fi6，在既需要大量数据、又需要低时延控制的区域布置5G信号，就能很好地解决煤矿井下视频传输、大带宽数据传输、低时延控制的问题。井下高清摄像仪、控制器等通过CPE转换方式无线接入井下5G基站或4G+Wi-Fi6融合基站，将数据传输地面和智能终端上显示。
3.4超高清视频
安全生产是煤炭生产的目标，现在是一个相对较大的矿区，拥有大量的人力和设备，继续受到有针对性的视察，并指派专门人员监测行动区，这不仅需要大量人力，而且也是一个失败另一方面，视频监控可用于井下实时可视化，传统视频监控像素不高，图像质量较低，进入5G网络后，监控视频的显示质量可提高到4K HD，传输速率较高3g网络传输速率高，井下超高清视频监控图像可以实时传输到地面监控室，通过对监控图像的分析和事故检测可以提高煤炭生产的安全性。井下设备维修时，操作人员往往难以独立完成维修工作，5G网络的应用可以将现场视频图像传输给远程专家，在专家的远程帮助下，能够更好地完成维修工作。同时，还可以利用人脸识别技术来识别和订购井下员工，从而实现智能人员规划。
结束语
5G技术在煤矿中的应用，在有效提高煤矿情报水平的同时，能够实现准确实时定位和虚拟互动等服务的目标，能够为煤矿的可视化操作和远程实时运营提供有力的支持，结合了为煤矿科技发展提供技术支持，使煤炭行业关键技术突破进入新阶段。
参考文献
[1]王光肇.5G技术在煤矿领域的应用[J].中国信息化,2021
[2]刘佩艳.5G技术在煤矿智能化中的应用研究[J].山西电子技术,2020
[3]李艺,刘春平,武晓雪.基于5G技术的智能矿山研究及应用[J].中国煤炭,2020
[4]张志敏.煤矿井下4G+5G融合调度通信网络的设计及应用研究[D].西安电子科技大学,2020
[5]霍振龙,张袁浩.5G通信技术及其在煤矿的应用构想[J].工矿自动化,2020
