煤矿井下无线电波对人体的影响

丁序海; 潘涛; 彭铭; 张高敏

doi:10.13272/j.issn.1671-251x.18044

煤矿井下无线电波对人体的影响

doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.18044

丁序海^1,,
潘涛^{2, 3},
彭铭⁴,
张高敏⁴

1.
国家能源集团国神公司三道沟煤矿, 陕西府谷　719400
2.
国能信息技术有限公司, 北京　100011
3.
中国科学院上海微系统与信息技术研究所无线传感网与通信重点实验室, 上海　200050
4.
中国矿业大学(北京) 机电与信息工程学院, 北京　100083

基金项目: 国家重点研发计划项目（2016YFC0801800）；中国科学院无线传感网与通信重点实验室开放课题（20190913）。

详细信息

作者简介:
丁序海（1972—），男，山东黄县人，高级工程师，现从事煤矿管理和智能化建设方面的工作，E-mail：13808934513@139.com

中图分类号: TD655
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出版历程
- 收稿日期: 2022-10-14
- 修回日期: 2022-11-17
- 网络出版日期: 2022-11-23

Influence of underground radio wave on human body in coal mine

DING Xuhai^1
,,
PAN Tao^{2, 3},
PENG Ming⁴,
ZHANG Gaomin⁴

1.
Sandaogou Coal Mine, CHN Energy Guoshen Group, Fugu 719400, China
2.
CHN Energy Information Technology Co., Ltd., Beijing 100011, China
3.
Key Laboratory of Wireless Sensor Network and Communication, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China
4.
School of Mechanical Electronic and Information Engineering, China University of Mining and Technology-Beijing, Beijing 100083, China

摘要

摘要: 5G，WiFi6，UWB，ZigBee等矿井移动通信系统及人员和车辆定位系统等发射的较大功率无线电波会影响煤矿井下作业人员健康，因此，需要研究煤矿井下无线电波对人体的影响。研究了电磁辐射对人体的作用：人体不同部位对电磁辐射吸收能力不同，电磁辐射对人体头部的影响最大。无线电波发射功率限值包括职业暴露限值和公众暴露限值两大类。职业暴露是指作业人员在电磁辐射环境中暴露时间不大于8 h。煤矿井下作业人员的工作时间为每班工作8 h（3班倒）或每班工作6 h（4班倒），因此，煤矿井下无线电波发射功率限值应选择全身职业暴露无线电波发射功率最小的限值6.28 W。为防止煤矿井下无线电波发射引起瓦斯爆炸，GB/T 3836.1—2021《爆炸性环境第1部分：设备通用要求》规定煤矿井下无线电波发射功率不大于6 W。因此，取得防爆合格证和矿用安全标志准用证的5G，WiFi6，UWB，ZigBee等矿井移动通信系统及人员和车辆定位系统等，在保证无线发射天线距固定岗位人员大于1 m的条件下，不会对煤矿井下作业人员造成伤害。
- 矿井无线电波 /
- 职业健康安全 /
- 电磁辐射安全 /
- 5G /
- WiFi6 /
- UWB /
- 职业暴露
Abstract: The large-power radio waves emitted by 5G, WiFi6, UWB, ZigBee and other mine mobile communication systems and personnel and vehicle positioning systems will affect the health of underground personnel. Therefore, it is necessary to study the influence of underground radio waves on human body. The influence of electromagnetic radiation on the human body has been studied. Different parts of the human body have different absorption capacities to electromagnetic radiation, and electromagnetic radiation has the greatest impact on the human head. Radio wave emission power limits include occupational exposure limits and public exposure limits. Occupational exposure means that the exposure time of the personnel in the electromagnetic radiation environment is no more than 8 hours. The working time of coal mine underground personnel is 8 hours per shift for 3 shifts or 6 hours per shift for 4 shifts. Therefore, the minimum limit value of 6.28 W of radio wave transmission power for whole-body occupational exposure shall be selected as the limit value of radio wave transmission power in the coal mine. In order to prevent the gas explosion caused by coal mine underground radio wave emission, GB/T 3836.1-2021 Explosive Atmospheres - Part 1: Equipment-General Requirements stipulates that the radio wave transmission power in coal mines shall not be greater than 6 W. Therefore, the 5G, WiFi6, UWB, ZigBee and other mine mobile communication systems and personnel and vehicle positioning systems that have obtained the explosion-proof certificate and the permit for the use of mining safety signs will not cause harm to the underground personnel of the coal mine under the condition that the distance between the wireless transmission antenna and the fixed post personnel is greater than 1 m.
- mine radio wave /
- occupational health and safety /
- electromagnetic radiation safety /
- 5G /
- WiFi6 /
- UWB /
- occupational exposure

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表 1 现有不同标准的SAR限值

Table 1. SAR limits of existing standards

标准名称	暴露类型	频率范围	全局SAR限值/ （W·kg⁻¹）	局部SAR限值（头部和躯干）/（W·kg⁻¹）	局部SAR限值（四肢）/（W·kg⁻¹）
IEEE Std C95.1—2019	职业暴露	100 kHz～6 GHz	0.4	10	20
IEEE Std C95.1—2019	公众暴露	100 kHz～6 GHz	0.08	2	4
ICNIRP 2020指南	职业暴露	100 kHz～6 GHz	0.4	10	20
	职业暴露	6～300 GHz	0.4	—	—
	公众暴露	100 kHz～6 GHz	0.08	2	4
	公众暴露	6～300 GHz	0.08	—	—
GB 21288—2007	公众暴露	30 MHz～6 GHz	—	2	—
GB 21288—2020（报批稿）	职业暴露	100 kHz～6 GHz	—	10	20
GB 21288—2020（报批稿）	公众暴露	100 kHz～6 GHz	—	2	4

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表 2 GB 9175—1988规定的电场强度和功率密度限值

Table 2. Limits for electric field strength and power density specified in GB 9175-1988

暴露等级	频率范围	电场强度/ （V·m⁻¹）	功率密度/ （W·m⁻²）
一级（安全区）	0.1～30 MHz	10	—
	30～300 MHz	5	—
	300 MHz～300 GHz	—	0.1
二级（中间区）	0.1～30 MHz	25	—
	30～300 MHz	12	—
	300 MHz～300 GHz	—	0.4

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表 3 GB 8702—1988规定的电场强度、磁场强度和功率密度限值

Table 3. Limits for electric field strength, magnetic field strength and power density specified in GB 8702-1988

暴露类型	频率范围	电场强度/ （V·m⁻¹）	磁场强度/ （A·m⁻¹）	功率密度/ （W·m⁻²）
职业暴露	0.1～3 MHz	87	0.25	20
	3～30 MHz	$150/\sqrt f $	$0.4/\sqrt f $	$60/f$
	30～3 000 MHz	28	0.075	2
	3～15 GHz	$0.5\sqrt f $	$0.001\;5\sqrt f$	$f/1\;500$
	15～300 GHz	61	0.16	10
公众暴露	0.1～3 MHz	40	0.1	40
	3～30 MHz	$67\sqrt f $	$0.17\sqrt f $	$12/f$
	30～3 000 MHz	12	0.032	0.4
	3～15 GHz	$0.22\sqrt f $	$0.001\sqrt f $	$f/7\;500$
	15～300 GHz	27	0.073	2
注：f为频率，MHz。

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表 4 GB 10437—1989规定的电场强度和功率密度限值

Table 4. Limits for electric field strength and power density specified in GB 10437-1989

波类型	频率范围	日暴露时间/h	电场强度/ （V·m⁻¹）	功率密度/ （W·m⁻²）
连续波	30～300 MHz	4	19	1
连续波	30～300 MHz	8	14	0.5
脉冲波	30～300 MHz	4	14	0.5
脉冲波	30～300 MHz	8	10	0.25

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表 5 GB 10436—1989规定的功率密度限值

Table 5. Limits for power density specified in GB 10436-1989

波类型	频率范围	日暴露时间	功率密度/ （W·m⁻²）
连续波和脉冲波（非固定辐射）	300 MHz～300 GHz	8 h	0.5
连续波和脉冲波（非固定辐射）	300 MHz～300 GHz	小于或大于8 h	4/t
脉冲波（固定辐射）	300 MHz～300 GHz	8 h	0.25
脉冲波（固定辐射）	300 MHz～300 GHz	小于或大于8 h	2/t
注：t为日暴露时间，h；短时间暴露最高功率密度一般不超过10 W/m²，若大于该值需使用个人防护，且不得大于50 W/m²。

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表 6 GB 12638—1990规定的电场强度和功率密度限值

Table 6. Limits for electric field strength and power density specified in GB 12638-1990

波类型	频率范围	日暴露时间	电场强度/ （V·m⁻¹）	功率密度/ （W·m⁻²）
连续波	30 MHz～ 300 GHz	8 h	14	0.5
连续波	30 MHz～ 300 GHz	小于或大于8 h	—	4/t且不超过40
脉冲波	30 MHz～ 300 GHz	8 h	10	0.25
脉冲波	30 MHz～ 300 GHz	小于或大于8 h	—	2/t且不超过20

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表 7 GY 5054—1995规定的电场强度、磁场强度和功率密度限值

Table 7. Limits for electric field strength, magnetic field strength and power density specified in GY 5054-1995

暴露类型	频率范围	电场强度/ （V·m⁻¹）	磁场强度/ （A·m⁻¹）	功率密度/ （W·m⁻²）
职业暴露（8 h工作时间内）	0.1～3 MHz	87	0.25	20
	3～30 MHz	$150/\sqrt f $	$0.4/\sqrt f $	$60/f$
	30～3 000 MHz	28	0.075	2
	3～15 GHz	$0.5\sqrt f $	$0.001\;5\sqrt f$	$f/1\;500$
	15～300 GHz	61	0.16	10
公众暴露（24 h内）	0.1～3 MHz	40	0.1	4
	3～30 MHz	$67/\sqrt f $	$0.17/\sqrt f $	$12/f$
	30～3 000 MHz	12	0.032	0.4
	3～15 GHz	$0.22\sqrt f $	$0.001\sqrt f $	$f/7\;500$
	15～300 GHz	27	0.073	2

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表 8 GB 8702—2014规定的电场强度、磁场强度、磁感应强度和功率密度限值

Table 8. Limits for electric field strength, magnetic field strength, magnetic induction strength and power density specified in GB 8702-2014

频率范围	电场强度/ （V·m⁻¹）	磁场强度/ （A·m⁻¹）	磁感应强度/μT	功率密度/ （W·m⁻²）
1～8 Hz	8 000	$32\;000/{f^2}$	$40\;000/{f^2}$	—
8～25 Hz	8 000	$4\;000/f$	$5\;000/f$	—
0.025～1.2 kHz	$200/f$	$4/f$	$5/f$	—
1.2～2.9 kHz	$200/f$	3.3	4.1	—
2.9～57 kHz	70	$10/f$	$12/f$	—
57～100 kHz	$4\;000/f$	$10/f$	$12/f$	—
0.1～3 MHz	40	0.1	0.12	4
3～30 MHz	$67/{f^{0.5}}$	$0.17/{f^{0.5}}$	$0.21/{f^{0.5}}$	$12/f$
30～3 000 MHz	12	0.032	0.04	0.4
3～15 GHz	$0.22{f^{0.5}}$	$0.000\;59{f^{0.5} }$	$0.000\;74{f^{0.5} }$	$f/7\;500$
15～300 GHz	27	0.073	0.092	2
注：f单位为频率范围对应单位。

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表 9 GJB 5313A—2017规定的电场强度和功率密度限值

Table 9. Limits for electric field strength and power density specified in GJB 5313A-2017

暴露类型	频率范围	电场强度/ （A·m⁻¹）	功率密度/ （W·m⁻²）
作业区短时间（＜1 h）暴露	100 kHz～3.5 MHz	170	—
	3.5～10 MHz	$610/f$	—
	10～400 MHz	61	10
	400～2 000 MHz	$3{f^{0.5}}$	$f/40$
	2～300 GHz	137	50
作业区连续波 8 h暴露	0.1～3 MHz	47.7	6
	3～30 MHz	$82.5/{f^{0.5}}$	$18/f$
	30～3 000 MHz	15	0.6
	3～10 GHz	$0.274{f^{0.5}}$	$f/5\;000$
	10～300 GHz	27.4	2
生活区短时间（＜1 h）暴露	0.1～3 MHz	40	4
	3～30 MHz	$67/{f^{0.5}}$	$12/f$
	30～3 000 MHz	12	0.4
	3～15 GHz	$0.22{f^{0.5}}$	$f/7\;500$
	15～300 GHz	27	2
生活区日暴露	0.1～3 MHz	33.8	3
	3～30 MHz	$58.5/{f^{0.5}}$	$9/f$
	30～3 000 MHz	10.6	0.3
	3～10 GHz	$0.194{f^{0.5}}$	$f/10\;000$
	10～300 GHz	19.4	1

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表 10 IEEE Std C95.1—2019规定的电场强度、磁场强度和功率密度限值

Table 10. Limits for electric field strength, magnetic field strength and power density specified in IEEE Std C95.1-2019

暴露类型	频率范围	电场强度/（V·m⁻¹）	磁场强度/（A·m⁻¹）	基于电场强度的功率密度/（W·m⁻²）	基于磁场强度的功率密度/（W·m⁻²）
公众暴露（全身）	0.1～1.34 MHz	614	$16.3/f$	1 000	$100\;000/{f^2}$
	1.34～30 MHz	$823.8/f$	$16.3/f$	$1\;800/{f^2}$	$100\;000/{f^2}$
	30～100 MHz	27.5	$158.3/{f^{1.668}}$	2	$9\;400\;000/{f^{3.336} }$
	100～400 MHz	27.5	0.0729	2	2
	400～2 000 MHz	—	—	$f/200$	$f/200$
	2～300 GHz	—	—	10	10
职业暴露（全身）	0.1～1 MHz	1 842	$16.3/f$	9 000	$100\;000/{f^2}$
	1～30 MHz	$1\;842/f$	$16.3/f$	$9\;000/{f^2}$	$100\;000/{f^2}$
	30～100 MHz	61.4	$16.3/f$	10	$100\;000/{f^2}$
	100～400 MHz	61.4	0.163	10	10
	400～2 000 MHz	—	—	$f/40$	$f/40$
	2～300 GHz	—	—	50	50
公众暴露（局部）	0.1～1.34 MHz	1 373	$36.4/f$	5 000	$500\;000/{f^2}$
	1.34～30 MHz	$1\;842/f$	$36.4/f$	$9\;000/{f^2}$	$500\;000/{f^2}$
	30～100 MHz	61.4	$353/{f^{1.668}}$	10	$47\;000\;000/{f^{3.336} }$
	100～400 MHz	$21.2{f^{0.232}}$	$0.056\;2{f^{0.232} }$	$1.19{f^{0.463}}$	$1.19{f^{0.463}}$
	400～2 000 MHz	—	—	$1.19{f^{0.463}}$	$1.19{f^{0.463}}$
	2～6 GHz	—	—	40	40
	6～300 GHz	—	—	$55{(f/1\;000)^{ - 0.177} }$	$55{(f/1\;000)^{ - 0.177} }$
	300 GHz	—	—	20	20
职业暴露（局部）	0.1～1 MHz	4 119	$36.4/f$	45 000	$500\;000/{f^2}$
	1～30 MHz	$4\;119/f$	$36.4/f$	$45\;000/{f^2}$	$500\;000/{f^2}$
	30～100 MHz	137.3	$36.4/f$	50	$500\;000/{f^2}$
	100～400 MHz	$47.3{f^{0.232}}$	$0.125{f^{0.232}}$	$5.93{f^{0.463}}$	$5.93{f^{0.463}}$
	400～2 000 MHz	—	—	$5.93{f^{0.463}}$	$5.93{f^{0.463}}$
	2～6 GHz	—	—	200	200
	6～300 GHz	—	—	$274.8{(f/1\;000)^{ - 0.177} }$	$274.8{(f/1\;000)^{ - 0.177} }$
	300 GHz	—	—	100	100

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表 11 ICNIPR 2020指南规定的电场强度、磁场强度和功率密度限值

Table 11. Limits for electric field strength, magnetic field strength and power density specified in ICNIPR 2020 guideline

暴露类型	频率范围	电场强度/ （V·m⁻¹）	磁场强度/ （A·m⁻¹）	功率密度/ （W·m⁻²）
公众暴露（全身）	0.1～30 MHz	$300/{f^{0.7}}$	$2.2/f$	—
	30～400 MHz	27.7	0.073	2
	400～2 000 MHz	$1.375{f^{0.5}}$	$0.003\;7{f^{0.5} }$	$f/200$
	2～300 GHz	—	—	10
职业暴露（全身）	0.1～30 MHz	$660/{f^{0.7}}$	$4.9/f$	—
	30～400 MHz	61	0.16	10
	400～2 000 MHz	$3{f^{0.5}}$	$0.008{f^{0.5}}$	$f/40$
	2～300 GHz	—	—	50
公众暴露（局部）	0.1～30 MHz	$671/{f^{0.7}}$	$4.9/f$	—
	30～400 MHz	62	0.163	10
	400～2 000 MHz	$4.72{f^{0.43}}$	$0.012\;3{f^{0.43} }$	$0.058{f^{0.86}}$
	2～6 GHz	—	—	40
	6～300 GHz	—	—	$55/{(f/1\;000)^{0.177} }$
	300 GHz	—	—	20
职业暴露（局部）	0.1～30 MHz	$1\;504/{f^{0.7} }$	$10.8/f$	—
	30～400 MHz	139	0.36	50
	400～2 000 MHz	$10.58{f^{0.43}}$	$0.027\;4{f^{0.43} }$	$0.29{f^{0.86}}$
	2～6 GHz	—	—	200
	6～300 GHz	—	—	$275/{(f/1\;000)^{0.177} }$
	300 GHz	—	—	100

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表 12 基于现有标准计算得到的无线电波发射功率限值

Table 12. Radio wave emission power limits calculated based on existing standards

标准名称	暴露类型	最小功率密度限值/（W·m⁻²）	发射功率限值/W
GB 9175—1988	一级（安全区）	0.1	1.25
GB 9175—1988	二级（中间区）	0.4	5
GB 8702—1988	职业暴露（8 h）	2	25.12
GB 8702—1988	公众暴露（24 h）	0.4	5
GB 10437—1989	连续波（8 h）	0.5	6.28
GB 10437—1989	脉冲波（8 h）	0.25	3.14
GB 10436—1989	连续波和脉冲波（非固定辐射）（8 h）	0.5	6.28
GB 10436—1989	脉冲波（固定辐射）（8 h）	0.25	3.14
GB 12638—1990	连续波（8 h）	0.5	6.28
GB 12638—1990	脉冲波（8 h）	0.25	3.14
GY 5054—1995	职业暴露（8 h）	2	25.12
GY 5054—1995	公众暴露（24 h）	0.4	5
GB 8702—2014	公众暴露	0.4	5
GJB 5313A—2017	作业区短时间（＜1 h）暴露	10	125.6
	作业区连续波8 h暴露	0.6	7.5
	生活区短时间（＜1 h）暴露	0.4	5
	生活区日暴露	0.3	3.77
IEEE Std C95.1—2019 和ICNIPR 2020指南	公众暴露（全身）	2	25.12
	职业暴露（全身）	10	125.6
	公众暴露（局部）	10	125.6
	职业暴露（局部）	50	628

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参考文献(27)

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