5G技术在煤矿智能化建设的应用

5G技术在煤矿智能化建设的应用

程大伟

天地（常州）自动化股份有限公司  江苏常州  213000

摘要：2020年2月，国家发展改革委、国家能源局、应急管理部、国家煤矿安全监察局、工业和信息化部、财政部、科技部、教育部八部门联合印发了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，明确了中国煤炭工业智能化发展的方向，吹响了中国煤矿智能化建设的号角。煤炭行业是中国传统行业中至关重要的一环，随着中国科学技术的蓬勃发展，各种新兴技术在煤矿中不断应用且显著提升了生产效率与员工安全性。由于Wi-Fi技术与4G通信技术受限于自身传输效率无法适配新兴技术，严重影响了设备的日常使用，而5G通信技术凭借广连接、低时延等特点有效解决了煤矿开采难度大、信号传输不稳定、远程操作高延迟等难题，且为新技术提供了稳定高效、快速的信号网络。基于此，本篇文章对5G技术在煤矿智能化建设的应用进行研究，以供参考。

关键词：5G技术；煤矿智能化建设；应用分析

引言

在新的历史条件下，把新的信息技术和传统的煤炭工业生产紧密地联系在一起，是一项重要的工作。5G煤矿智能化是以5G作为安全出口，运用人工智能技术、互联网大数据、雾计算、云计算、工业互联网等技术手段，融合煤矿采、掘、运、支等传统工艺，建成具备开采智能化、生产加工自动化技术、管理信息化专业能力的矿山开采。5G技术在矿井中的运用，将有力地促进煤矿的绿色、开放、共享、高质量的发展，使煤炭行业由“阻塞领域”向“领跑领域”的跨越。5G矿井的智能化建设，对煤炭企业生产数据进行信息化管理，实现向纵深发展具有重要意义。5G技术的出现，是煤矿企业自主研发的一项信息化管理，也是煤矿生产效率更新的引领者。因此，5G技术对煤矿智能化建设是不可缺少的一部分，讨论5G煤矿智能化，对于推动意识的变化，推动煤炭工业的生产转型，具有十分关键的现实意义。

1煤矿5G融合通信技术要求

煤矿生产环境下存在多样化应用需求，煤矿融合通信平台承载音视频语音传输、视频远程监控、远程控制、巡检机器人、巡检无人机、自动驾驶等业务应用。以上应用对煤矿融合通信平台网络的需求分为3种类型：①以上行数据为主的信息采集类：如视频信息、各类传感器信息的采集，对上行带宽和支持的连接数量要求较高；②以下行数据传输为主的控制类应用：如远程操控、自动驾驶等，控制类应用主要对时延和可靠性要求比较高；③双向交互类：如语音通信等，交互类业务对带宽、延迟要求中等，上下行流量基本对称。1）低时延/高可靠。煤矿5G融合通信系统面向远程控制、远程（无人）驾驶等应用的低时延和高可靠性需求，双向时延小于20ms，可靠性为99.99%以上。远程驾驶应用支持最低5ms时延、99.999%可靠性、上行25Mpbs、下行1Mbps通信速率的需求指标；高级自动驾驶需要支持最低3ms、99.999%可靠性、53Mbps的车车/车巷通信速率。2）数据安全。基于5G融合通信低时延/高可靠承载的煤矿环境感知、控制信息下发、流程调度等数据业务，自动巡检、自动驾驶等运动机械的操控，割煤机、液压支架、掘进机等远程控制或基于AI的智能控制设备，对数据安全性要求很高[15]，也需无线系统数据备份；此类感知、控制类数据具备典型的封闭生产区域特点，数据安全需满足不出煤矿，5G融合通信网络与运营商公网必须保证良好的隔离措施，保证数据的绝对安全。3）大带宽。视频监控、远程控制应用的实时数据回传以及监测监控数据传输，要求通信系统具有大带宽，其中视频监控传输为主，为保证视频画面的清晰度和流畅性，以H.264标准编码时，1路1080p的摄像头至少需要4Mbps带宽，系统设计要求应达到60Mbps以上，在煤矿井下配电室、水泵房、带式输送机巷等重要场所，高清摄像头密集的环境对大带宽的要求会更高。与传统公众电信网络下行传输需要大带宽不同，煤矿通信网络需要上行传输具有更大带宽。

2煤矿智能化现状

1)现阶段相关硬件设备不齐全，导致煤矿智能化推进困难。5G通信技术仅作为试点技术在煤矿中尝试应用，无法大规模投入生产，以及煤矿对自身需要认知不足，在煤矿智能化建设阶段未全面配置相关软件设施，导致智能软件与企业实际需要不匹配，未能切实解决企业实际问题，未发挥应有功能。2)矿井环境复杂，传感器种类复杂多样，但难以集成，导致数据无法集中处理，难以系统化处理，分析利用率低。3)考虑煤炭行业的特殊性，卫星信号无法到达井下深处且井下网络情况复杂，无线网、以太网多网并存，无法实现多网互通，难以发挥其及时性、智能性等优势，因此需要信号更为稳定、质量更优且能实现单一网络覆盖井下，实现多设备互通的通信技术。

35G技术在煤矿智能化建设的应用分析

3.15G+无人驾驶

以往矿山开采作业中对矿用车的驾驶要求相对严格，而具备上岗资格与条件的驾驶员数量稀少。同时矿山开采环境相对复杂、恶劣，使得矿用车驾驶存在较大安全风险。得益于5G技术的应用，为矿用车的无人驾驶提供技术支撑。在实际矿山开采作业中，以运输车、铲运机为载体进行无人驾驶技术的融合，依托于5G技术对井下三维地图数据进行采集、转换，并通过数据共享为车辆设备赋予环境感知功能。同时以5G技术为载体进行矿山运输系统、道路系统以及无人矿车的连接，以此实现车辆实时通讯，进一步促进井下运输体系朝着智能化、自动化的方向持续发展。在实际车辆运输过程中，所产生的物资、车辆、环境等信息可借助5G网络进行全面采集，并以附近基站为载体进行大量数据信息的传输，借助边缘计算技术实现对数据的精准、高效处理，通过及时响应为车辆无人驾驶提供支撑，确保运输系统始终处于安全、稳定的状态，无人驾驶安全事故发生概率控制在预期范围。

3.25G+超高清视频

传统模式应用尽管可起到现场监控管理的作用，但人力资源的大量投入导致矿区开采成本增大，且巡检工作开展无法满足安全管理全覆盖的要求。再加上实际管理期间频繁出现私自倒班、疲劳驾驶、作业不规范、资质不达标等问题，导致矿山安全监管水平始终无法显著提升。鉴于此，可借助超高清视频技术来实现对矿区安全监管的全面覆盖，基于5G技术的超高清视频应用，相较于普通视频或高清视频而言，在流畅度、清晰度、像素点等方面存在显著优势。作为视频技术的演进与创新，超高强视频技术的应用也为矿山融合人工智能、大数据、人脸识别等技术提供支撑。在智慧矿山建设过程中，可在矿山安全生产管理中进行超高清视频技术的融合应用，以保证在开采作业期间矿区内环境条件、人员设备、车辆运输等均处于监管范围内，并结合对机器学习、大数据分析等技术的集成应用，可做到对矿山井上、井下情况的全面监管，并对隐藏于开采作业中的隐患风险及时响应，进而实现对矿山安全管理的优化。

结束语

煤炭工业要紧跟新技术发展的步伐，利用新科技突破制约科学难题，加快矿井智能化建设的步伐，提高煤炭工业科技水平，增强基础实力，推动提升煤炭行业多产业发展。5G技术对于煤炭产业的探索应用处于工业生产的最前端，还没有得到相对成熟的应用，这也表明现阶段煤矿企业对于推广智能化系统的态度。同时，对于一些公司在应用中遇到的关于防爆、输出功率、稳定性等问题，只有加速5G技术在煤矿行业中的应用，才能益于难点的处理，促进煤矿5G技术更新迭代。

参考文献

[1]景少波.5G技术在煤矿智能化中的应用探讨[J].陕西煤炭,2021,40(05):46-48+52.

[2]郭凯.5G技术在煤矿智能化中的应用展望[J].内蒙古煤炭经济,2021(11):154-155.

[3]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(06):67-68+75.

[4]应东杰.5G技术在煤矿智能化中的应用展望分析[J].电子世界,2020(11):81-82.

[5]王国法,赵国瑞,胡亚辉.5G技术在煤矿智能化中的应用展望[J].煤炭学报,2020,45(01):16-23.