煤矿井下5G射频源远场辐射防爆安全分析

针对5G通信技术在煤矿井下的推广应用,展开了远场辐射条件下射频电磁能防爆危险分析。首先在假设放电火花特性阻抗与天线内阻阻抗匹配的条件下,建立了环天线的等效模型和放电火花功率的理论计算模型;其次针对3.55 GHz工作频率,通过理论计算设计了窄带宽的环形接收天线和喇叭发射天线,并通过CST仿真软件验证了设计天线的S11曲线;最后搭建了1套收发天线仿真平台,用于估计环天线断点两端的电场强度和积分电压。仿真结果表明:当电火花与天线内阻阻抗匹配时电火花功率最大,且电火花的阻抗值对整个天线的感应电压基本没有影响;远场辐射条件下电火花可获得的功率随着收发天线距离的增大而减小;发射天线功率为100 W及发射天线增益为5时,在远场辐射条件下,产生的理论最大火花功率都不足以引燃瓦斯气体,故标准中的阈功率指标可能过于保守,有待进一步验证。

煤矿井下无线射频近场谐振耦合防爆电磁能仿真分析

针对煤矿井下电磁波能量可能存在瓦斯爆炸危险的问题,对电磁波传输过程中的电磁谐振原理、磁耦合谐振搭建等效电路,将金属结构引入天线传播理论模型进行分析,搭建谐振耦合系统进行电磁仿真验证。仿真结果表明:单环天线和单环接收线圈在谐振耦合的情况下,金属断点处能够产生较高的电势差,能量传输效率很高。电磁能仿真分析为射频电磁波防爆问题提出了解决路径,对射频电磁波防爆进行了电磁波方面的基础性分析探索。

智慧矿山系统工程及关键技术研究与实践

针对智慧矿山复杂巨系统建设过程中存在的问题,提出了智慧矿山建设的总体技术架构,并分别从智慧矿山系统模型构建、地下空间重构与模型动态更新、机器视觉测量技术、瓦斯环境射频防爆测试方法、矿山安全闭环管控体系、智慧矿山标准体系等方面进行了详细阐述。将智慧矿山分为信息感知支撑层、边缘计算层、云数据中心、多型网络、矿山智能生产管控平台、矿山智能生产系统、智慧矿山运维管理系统,构建了基于多系统深度融合的智慧矿山技术架构。基于智慧矿山知识图谱及信息抽取技术,构建了以数据创新为驱动、通信网络为基础、数据算力为核心的智慧矿山系统模型。构建了以机器视觉感知信息为主、其他感知信息为辅的矿山井下三维视觉空间模型,提出了矿山井下场景三维视觉与空间重建框架,实现了矿山井下三维空间重构与动态更新。开发了基于机器视觉技术的井下设备位姿与煤岩界面识别算法,实现了对井下综采装备群及煤岩分界面的同时空测量。探讨了井下瓦斯环境下现行防爆标准对5G基站功率的限制及存在的不足,设计开发了射频电磁能防爆专用试验装置,为提升井下5G基站功率阈值提供了方法借鉴。提出了融合灾害信息全面感知、防控方案自主决策、防控装备协同控制的矿井灾害闭环管控系统技术架构,实现井下灾害的超前预测预警与协同防控。构建了智能化煤矿标准体系框架,剖析了我国煤矿与金属矿山智能化建设典型案例,提出了智慧矿山建设发展趋势及建议。