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

陈泽军

中煤昔阳能源有限责任公司黄岩汇煤矿  山西省晋中市 045300

摘要：煤炭是社会生产的主要能源，为保证煤炭开采的效率和质量，将智能化技术应用其中，能够为煤矿的发展提供核心技术支持。同时，煤矿智能化技术以多种新兴技术体系为主，如物联网、大数据、人工智能、机器人等。而5G技术的出现以其大带宽、低延时以及广连接的特性为智能化开采提供了重要的数据通信载体,也为数据信息集成与大数据挖掘提供了重要工具。本文通过对5G技术的介绍，对该技术在煤矿智能化中的应用必要性展开分析，并在此基础上对5G技术在煤矿智能化中的应用展开全面探讨，旨在提高5G技术应用水平，保证煤矿智能化应用质量。

关键词：5G技术；煤矿；智能化

引言

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。

1 5G技术

新一代科学数据技术，包含5G、人工智能、大数据、云计算等技术，对促进数据技术在各方面的运用具有关键性的作用。第五代通信技术之所以被称为一个革命性的通信技术，其典型的特点是推动社会体制与工业生态的不断更新。5G除了具备基础通信技术能力之外，还将推进数字经济、新型基础设施建设的发展，实现物联网和超低延时，将会带来革命性的革新。5G技术逐步实现了人与物、物与物之间的联系。在能源产业方面，5G能够促进工业物联网、物联网技术的发展，加快服务业智能化、数字化、智能化的转型。矿井智能化的初步探索与5G技术的应用是同步的，以前的技术无法解决矿井的问题，而随着5G技术的不断完善以及矿井智能化的不断建设，必将衍化出越来越多的自主创新应用。新的创新项目利用感知终端收集大量的数据，进行数据统计、分析，利用增强现实、虚拟现实、超高清视频、云端等技术，实现远程操作、场景模拟、情况检测等多个智能化所需求的功能，改变了煤矿传统式的人机交互技术；对于所涉及到的              APP、感应器和数据连接的物理机器设备，使物与物之间可开展数据传输，将煤矿和物理技术及时的融合到互联网技术或智能控制系统的体系中。5G技术最显著的特点是带宽大、延迟低、连接广，这3大特点正好适合矿井智能化的发展，需要更多的数据信息连接，更大的数据传输网络带宽，更低的延迟控制，为矿井智能化开采提供了可靠的支撑。

2 5G技术在煤矿智能化中的应用必要性

为保证煤矿高质量发展，智能化发展是煤炭发展的必要方向。要构建煤矿智能化体系，保证数据信息传输效率，对应用场景数据特点进行分析，根据具体传输需求，完成各项数据的传输及分析等任务，以便更好地展开智能化管控和应用。传统数据传输技术在差异化需求满足方面存在问题，很容易出现煤矿各种应用情景相互制约的状况，导致无法高质量地展开智能化应用，所以煤矿开始借助5G技术优势突破数据传输处理瓶颈。5G技术支持增强移动宽带、超高可靠低延迟通信、大规模机器类通信三大典型应用场景。5G技术应用于煤矿专网的建设，形成新一代井上、井下组建融合综合业务的宽带移动专网，实现多媒体通信、多媒体调度、设备故障即时诊断处置、视频、业务系统承载接入，使设备状态数据等各种专业业务系统汇聚于一个平台，为井上、井下提供更高速率的移动数据，为智能矿山建设提供统一的移动高宽带信息平台，进一步实现煤矿生产管理智能化、移动化，推动煤矿向数字矿山演进。建设矿用5G通信系统后，将具备资源和开采环境数字化、技术装备智能化、生产过程可视化、信息传输网络化、管理决策自主化的能力。鉴于此，在煤矿智能化中应用5G技术是极为必要的。

3煤矿智能化现状

以国能神东煤炭有限公司为例，从1988年起，该公司以生产信息化为重点，经过基础网络建设、成熟软件应用、系统融合等发展阶段，构建了统一调度、有线无线融合的一体化移动通信系统。移动通信系统经历了四个阶段。科学技术应用不足是煤矿智能化发展过程中面临的主要问题。（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。

4 5G技术在煤矿智能化中的运用

4.1矿井5G无线通信系统架构

为显著推进煤矿智能化进程，推动5G通信技术应用，提高井下通信信号质量，实现多网互联等要求，将采用矿井5G无线通信系统。该系统分为地上与井下两部分，地上采用AAU（有源天线单元）实现地面信号覆盖，通过IrDA（红外接口）与BBU（室内基带处理单元）相连接构成矿井5G无线通信系统地上部分，井下则采用PicoRRU（遥控发射单元）井下基站技术实现井下5G无线网络覆盖，通过井下HUB（集线器）单元对井下基站进行汇总，与地上BBU相连接，进而构成完整的矿井5G无线通信系统。矿井5G无线通信系统为煤矿井下作业人员、环境监测与开采设备实现“万物互联，一网一站”提供了稳定、高质量、低时延的通信网络，催生煤矿企业不断创新发展，推动煤矿智能化建设，进一步保证煤矿安全作业生产。

4.2基于5G无线通信系统的井下高精度定位与应用服务

当前，无线通信技术是井下生产作业过程中实现精准定位的重要技术手段，但受限于传统通信技术，无法实现高精度定位。随着井下作业少人化与无人化发展，对定位服务精准化需求日益增加，煤矿对定位服务改进迫在眉睫。5G通信网络凭借低时延、小数据、多连接等技术特点，为实现高精度定位服务奠定了网络基础。

4.3基于5G无线通信系统的设备远程操控

开采设备远程操作是煤矿智能化的重要组成部分，由于实现设备远程操作对网络延迟具有极高的要求且井下信号传播差、通信线路长，设备远程操作迟迟不能推进。而5G无线通信系统所提供的高稳定与低时延的通信网络为井下设备远程操作提供了可能。同时，伴随井下作业的开展，采煤机、液压机等设备的实时状态参数、环境传感器不间断采集环境信息、高清摄像头对工作面实时采集信息等复杂庞大的井下数据必须依靠5G无线通信系统的高带宽、低时延、高安全性等特点，才可以实现人员在地面实时跟踪井下的智能远程操作。

4.4基于5G无线通信系统的井下安全监测信息采集

当前，井下无法实现感知设备与通信网络全覆盖，如采空区等危险区域无法较好地解决环境监测问题。为保证完善全面稳定的环境监测，需在井下矿道、开采设备上布置大量感知装置，不仅要求终端具有低能耗、低成本、稳定性好等特点，还要求通信传输网络的连接密度、传输速率与实时性均具有不错的表现。5G无线通信系统低功耗大连接场景将终端时延控制在1ms以内，连接数密度可达106个/km2，完全满足全矿井安全监测信息采集的需求。

4.5供电智能化建设

目前，供电系统的智能化建设已经全面实现自动化和远程监控，并全部实现无人值守。其中变电室采用智能巡检机器人，定时进行安全巡检，并对变电室高压开关柜运行状态和周边环境进行监控，解决静止短视频存在的监控盲区问题。采用自动化技术，当某台高压开关柜出现故障时，智能机器人会主动走到柜子前进行巡查。当对高压开关柜重合闸操作时，可以进行人脸识别，取代传统的操作票，同时可自动记录高压柜运行状态，对事故进行现场恢复和追踪。当检测到有害气体超限时，可自行断开开关，真正实现替代人工巡检的功能。

结束语

随着煤矿智能化的开展以及5G通信技术在煤炭行业的进一步普及，5G通信技术将成为推动煤矿智能化进程的一大助力。通过5G通信技术的增强移动宽带、超高可靠低时延通信、海量机器类通信，能够更好地满足煤矿生产的实时性需求，让更多的智能设备应用于煤矿生产中，从而有效推动智能化煤矿建设。

参考文献

［1］顾义东．5G技术在煤矿掘进工作面运输系统中的应用［J］．工矿自动化，2022，48(06):64－68．

［2］田志英．煤矿信息智能化网络技术在5G场景下的应用［J］．矿业装备，2022(03):42－43．

［3］李敏，张龙．试析5G技术在煤矿智能化中的应用［J］．电子测试，2022，36(10):77－79．