浅谈5G技术在智慧矿山建设中的应用前景

浅谈 5G技术在智慧矿山建设中的应用前景

齐稳

永煤集团股份有限公司 河南 永城 476600

摘要：5G作为新一代移动通信技术，正在成为引领产业转型的新型基础设施平台。矿业是传统工业的血液，更是我国经济发展的基石。目前，矿产行业正处于由人力劳动、机械化向信息化、自动化、智能化升级转型的关键时期。5G技术将发挥其网络优势，赋能矿区生产管理新范式，加速绿色、高效、安全的智慧矿山建设。伴随5G技术在垂直行业的普及和成本逐步降低，无疑将进一步拓展在智慧矿山中的应用前景。

关键词：5G技术；智慧矿山；应用前景

引言

煤矿产业在我国社会生产活动中是一项极易产生安全事故且生产过程中不确定因素极多的工程体系，如果能将5G技术应用到煤矿井下，势必会将我国煤炭生产水平提高到一个新的高度。随着网络技术的不断发展，第五代移动通信技术即将全面普及，相比较于4G技术，5G建立了更加系统的接收模块和抗干扰模块，如果应用于煤矿，将大大提高井下的信息传输效率及准确性。在煤矿智能化开采，在建设智慧矿山的基础上，构建5G+煤矿应用平台将为煤炭生产提供可靠保障。

1 5G与煤矿行业应用背景

互联网的快速发展以及国家“互联网+”概念的提出，开启了无数行业产业革新的新时代新篇章，煤矿行业也不例外，煤矿行业加快数字化转型，建设智慧矿山将成为发展趋势。一方面，煤矿数字化转型的过程中，传统的有线通信向有线、无线融合通信升级已成为大势所趋。同时，煤矿安全生产的重要性越来越突出，以及煤矿产业升级的现实需求，在互联网时代，把“互联网+”煤矿安全应用到煤矿安全生产管理工作中，建立一个可靠高效的数据采集和信息传输系统显得尤为重要。另一方面，基于煤矿复杂的工作环境、大型设备的数据监控、视频监控等的要求不断提高，而IPRAN网络在基于IP宽带通信网络之上实现了高带宽无线业务的接入，适应了信息化建设对传输承载网络的需求，实现信息化矿山模式，避免信息孤岛。针对煤炭工业网络存在的问题，工业互联网产业联盟在《工业互联网网络连接白皮书》中指出：在工业互联网体系架构中，网络是基础，为人、机、物全面互联提供基础设施，促进各种工业数据的充分流动和无缝集成。

2 5G技术在建设智慧矿山中的应用

2.1远程控制

矿产开采是矿山生产运行全流程中最重要的环节之一。当下，采矿工人长期面临艰苦的工作环境，空气污染、设备噪音等恶劣条件都潜在威胁人身健康。而矿山开采事故仍时有发生，更严重危害人身安全。远程控制是矿山开采向安全、绿色演进的关键技术手段，能助力保障安全生产、显著改善工作环境。远程控制系统通常由近端的控制方、通信网络和远端的受控方组成。控制方根据受控方经通信网络上传的图像等信息进行判决并下发控制指令，受控方接收到通信网络传输后控制指令执行相关操作。其中，通信网络采用的信息传输技术及其性能将直接影响远程控制系统的可行性和可靠性。基于有线网络的远程控制系统具有大带宽、高可靠等优势，但是受限于有线网络的部署，灵活性较低。对于远离市区、环境复杂的矿区以及挖掘机等移动机械，更适宜采用无线通信技术实现网络接入。但是，远程控制要求通信网络必须支持高清视频、灵敏操控，给现有无线通信技术在带宽、时延等方面提出了巨大的挑战。依托5G网络，远程控制技术正在加速成熟和应用。在智慧矿山建设中，国内已开展基于“5G+远程控制”的系统研发和产业应用探索。应用基于5G技术的远程采矿系统，操作人员通过屏幕查看矿区环境的高清视频并通过操作台远程控制挖掘机工作，操作控制延时仅数十毫秒、误差小于10余厘米。

2.2井下交通运输系统

我国大中型煤矿大都已经建立了煤矿监控系统，不仅有效地提高了采掘面挖煤效率，而且实现了生产、环境以及人员的安全监控，但在井下车辆运输管理上仍存在不少问题，制约着煤矿生产效率的提高。主要原因在于国内煤矿安全监控系统日前使用的传感器存在监测盲区口，不能有效地覆盖采区，同时井下通信手段极为有限且效果很差，调度员不能准确掌握现场路况，司机也只能目测前方路况现场扳道，极大地影响了井下运输能力与安全性。利用5G高可靠性、实时性实现煤矿井下运输及辅助运输系统的定位、通信、管控、调度、导航、路径规划等。优化运输路径，提升运输安全，打造高安全智能化运输系统。

2.3井下无人驾驶

目前，地面的无人驾驶技术趋于成熟，但限于井下环境因素，无人驾驶对矿井无线网络的需求极高，目前，只有5G技术才能为井下通信网络提供充足的带宽、优良的服务质量、较低的时延和准确定位能力。在井下车辆行驶过程中，5G技术的高比特率能够实时对巷道大量的三维地图数据进行转换，传感器数据的共享也将提升车辆的环境感知能力。通过5G网络及设备，车辆具备精确定位、安全监测、自主感知、主动避障、自动错车、风门联动等功能，实现井下运输车辆无人驾驶。井下运输系统的自动化、信息化和智能化，将会很大程度提高作业效率，实现智能管理。5G技术将大规模、实时传输采集到的车辆、车皮、设备、煤流、物资及附近环境等相关参数信息，以提升车辆运输和设备运行效率，保证运输系统运转过程安全高效。

2.4智能传感

矿区生产环境复杂，尤其对于井下作业，操作环境恶劣、潜在风险系数高。综合应用各类传感器，对温度、湿度、震动、烟火等进行实时监测，及时发现故障和异常、预判潜在问题和风险，可为故障处理和排查争取宝贵的时间。但是，井下部署大量的传感设施，面临通信难、功耗大等许多技术难题。“5G+智能传感”采用低功耗传感器和5G通信技术，发挥5G网络在高并发、大带宽的传输优势，将井下大量传感器采集的数据可靠传输给系统平台，再辅以人工智能等技术对数据进行分析从而预判灾变前兆，是智慧矿山提升安全生产，尤其是井下安全管控的重要途径。国内已开展相关研究，基于5G技术构建井下智能感知系统、绘制井下全息地图以及开展井下预测性维护。

结束语

随着5G技术商用步伐加快，万物互联时代的日新月异，采矿业也迎来新的革命，安全化、自动化、智慧化、无人化成为采矿业发展的趋势。把5G相关技术应用于矿山行业，应用于矿业开采，实现井下、井上无缝对接，助力于无人采矿设备的运行，从而实现无人矿山、自动矿山，可以从根本上避免人员伤亡，这已逐步成为现实。当前，探索发掘、推广普及5G典型应用成为5G成功商用的关键，实现矿业安全化、自动化、智慧化、无人化成为必然趋势。

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