煤矿井下5G电磁波瓦斯引燃机理及功率安全阈值
张勇1
孟积渐1
陈湘源2
王晓峰2
陈晓晶3
陈海舰3
郭子文1
1.安标国家矿用产品安全标志中心有限公司防爆与电气安全技术标准研究院,北京 1000132.国能榆林能源有限责任公司,陕西榆林 7190543.中煤科工集团常州研究院有限公司,江苏常州 213035
摘要：5G技术凭借其大带宽、低时延和广连接等优势,在煤矿行业的智能化转型中展现出巨大潜力.针对5G射频信号在煤矿井下使用可能引发瓦斯爆炸的潜在风险,以及现行标准对5G射频应用的局限性展开系统性研究.首先,对现有防爆标准进行了溯源与分析,阐明其历史演进与适用范围,并建立了煤矿井下射频设备发射端安全阈值评价体系.随后,综合考虑低温等离子体动力学、电磁波传播理论和瓦斯爆炸反应动力学等因素,构建了空气/甲烷混合气体环境中电磁波功率安全阈值的通用计算模型.通过半波振子天线的参数匹配设计,实现了射频能量对放电电极的有效馈入,并在试验室条件下完成了瓦斯点燃试验.结果表明,射频能量能够引燃瓦斯,且安全阈值受到调制方式、频率、温湿度、能量积聚、天线增益及多源叠加等多重因素的共同影响.研究发现,5G NR 700 MHz频段电磁波的功率安全阈值不低于43.3 W;以发射端作为评价指标时,不需要考虑天线增益对安全阈值的影响.基于相关系数与天线分集的方法可有效量化多源叠加对安全评估的影响,并指出在满足特定条件时可忽略多源叠加,从而提升射频功率的利用效率.本研究明确了煤矿井下700 MHz频段5G基站的功率安全阈值,为其他频段及射频设备的安全研究提供了参考,并强调了修订相关标准的重要性,以便在复杂井下环境中更加精准地评估电磁波引燃易燃气体的风险,从而助力煤矿行业的智能化转型与安全生产.
关键词：煤矿5G技术射频电磁能防爆安全安全阈值低温等离子体多源叠加
分类号：X915.5(安全科学基础理论)
资助基金：中国煤炭科工集团科技创新创业资金重点资助项目(2022-2-ZD003)
论文发表日期：2025-03-31
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：23( 1804-1826 )
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