煤矿井下4G+5G融合调度通信网络设计及应用浅析

煤矿井下4G+5G融合调度通信网络设计及应用浅析

郭强强

国家能源集团神东煤炭集团乌兰木伦煤矿  内蒙古自治区鄂尔多斯市  017000

摘要：在信息技术不断推陈出新的推动下，5G时代如约而至，5G通信技术也在有条不紊地应用于各个领域。煤矿产业属于高度危险的行业之一，一直以来都面临着巨大的安全风险、高强度的体力劳动和恶劣的工作环境等挑战。因此，如何提高煤矿生产效率是一个亟待解决的问题。近年来，国家大力推进和鼓励煤矿行业进行智慧矿山建设，要求在煤矿开采作业中合理引入5G通信和自动化控制等尖端技术，以推动煤炭开采的自动化和少人化进程。因此，将两者进行有效结合，不仅可以提高生产效率与安全性，还能够提升企业经济效益。本文旨在探讨煤矿井下4G+5G融合调度通信应用的核心议题，并对相关问题进行深入分析，以期为煤矿提供有益的参考。

关键字：通信调度;井下5G+4G;融合通信;无人操控

自上世纪80年代开始，我国的煤矿行业陆续开发并采用了相应的通讯系统。由于当时科学技术水平有限以及经济发展不平衡等原因，在煤矿行业中采用传统的有线方式进行传输信息已经不能很好地适应现代化生产建设的需要。随着通信技术的迅猛发展，煤矿井下行业面临着诸多限制，这些限制阻碍了煤矿井下事业的快速发展。为了应对这些挑战，科研人员和通信公司坚持不懈地探索和研究，最终成功研制出了Wi-Fi、4G、5G等先进技术，这些技术已成为近年来煤矿井下行业的首选，其性能完全满足了井下行业的需求。目前，在煤矿安全生产方面，通信技术是一个重要保障，能够为矿井安全提供必要的数据支持，保证工作人员与外界进行有效交流，提高工作效率。然而，先进的通信技术在煤矿行业中的应用要求极为苛刻和苛刻，需要极高的技术水平。由于井下工作环境复杂多样，使得现有通信技术很难完全适应煤矿井下实际情况，导致部分技术难以发挥出其应有的作用。为此，为适应矿井作业的需要，需要逐步开展通讯技术的发展，使之能够在上下行链路中合理地配置上、下行链路中的带宽比率。文章结合矿井建设实例，对采用新技术建设高效率、高稳定性的矿井建设进行了探讨，并给出了相应的意见。5G技术在矿山的每一个方面都得到了推广，可以更好地提高矿山工作环境的安全和稳定程度，最大程度地实现了井下传感器的无线使用，弥补了现有技术存在的缺点和缺点，进而增强了矿山井下监控系统的实用性和可扩展性。

一、煤矿井下网络建设必要性

由于劳动作业环境的恶劣和人口老龄化的加剧，煤矿这一高风险行业正面临着招聘难度大、技术人员招募困难以及投资成本居高不下等诸多挑战；随着信息技术在各领域中的应用不断发展，特别是物联网技术的广泛应用，为煤矿安全提供了新的技术支持和保障手段。煤矿各种数据的传输受到了相对滞后的网络系统的限制，这不仅增加了井下感知和协调调度的难度，更使得地面控制无从谈起，同时也导致了生产经营效率的下降。随着物联网时代的到来，人们对智慧矿山的要求越来越高。此外，无人采矿技术的核心在于其高度精准的定位能力，这有助于提升矿山的无人采矿技术水平，降低矿山工作的复杂度，保障矿山工作的品质，并提高矿山生产的安全性。在物联网与云计算发展迅速的今天，智慧矿山建设已经成为我国现代化建设中不可或缺的重要组成部分。通过构建5G无线专网，实现矿山数字化、网络化、智能化的无缝融合，充分利用5G网络的大带宽、低时延、高可靠性和海量连接等特点，加速推进“自动化减人、机械化换人”的进程。在此基础上，以智慧化作为基础构建起新型的智能矿山体系。这三种化所构建的智能矿山，是在技术、系统和管理方法上进行全方位的自主创新，从而实现了全方位的智能化。通过构建智慧化矿区，将为我国煤炭行业的安全高效发展提供重要保障。当前的煤矿生产管理机制和管理模式已经经历了一次深刻的转型，这是一次重大的变革。在未来很长一段时间内，随着煤矿信息化程度不断提高，矿井安全将越来越依赖于现代化设备与信息技术。智能系统在煤矿管理中的应用，可显著提升煤矿生产效率，加速煤企向可持续发展转型的步伐。

二、煤矿井下4G+5G建设的目标

矿井智能化的主要建设目的是建立矿井下4G+5G高科技应用，从而达到实现开采工作的智能化。与之相对应的先进装备与技术，可以实现对井下三维空间中的高度与位置的精确定位与监控，以及对井下发生的各种故障进行诊断与自动纠偏。另外，整个过程可以由遥控器完成。煤炭生产是一种很危险的工作，为了保证煤炭生产的顺利进行，需要做好各种预防措施。要保障煤巷的安全开挖，就需要同时利用多程序互相协作等关键技术和功能，来达到精确定位、自动导航等其它功能，以保障井下工作的有效进行。为此，论文从当前的煤炭工业发展状况入手，着重对矿井的基础状况和矿井建设的重要性进行了阐述。4G+5G技术的应用是实现煤矿井下主导运输和指导运输智能化的必要条件和基础，利用先进的智能技术来调节工作状态，并实现无人看守等功能，这样就可以在煤矿井下使用高度的导航定位系统，来完成对物资的实时调度，并将其及时地传递到井下的工作人员手中，进而呈现出一种规范化、自动化的物质运输技术。

三、煤矿井下4G+5G融合调度通信网络生态系统建设

3.1 4G+5G网络

由于矿井开采技术的广泛普及，以及矿井开采工作的日趋繁重与复杂化，使得相应的工序十分繁杂。所以，实现矿井开采工作面的现代化发展是十分必要的，而这一过程中，最主要的就是采用智能开采技术，这也将是未来矿井工业发展的主要趋势。鉴于矿井下作业环境的严酷，以及一些企业的设备装置发展较为落后，我们有必要以全自动采矿为前提，将4 G+5 G技术继续推进下去，并不断地进行对智能关键技术的应用与装备的研究。在这样的大环境下，文章对矿井智能技术在矿井中的应用进行了深入的研究与探讨。利用巷道提前临时支护等智能开挖功能，在矿山作业过程中，通过“以远程控制技术辅助，以机器自主作业为主”的作业方式，达到采掘作业的自主可控，减少人力资源消耗，为发展煤炭采掘技术奠定材料依据与保证。在此基础上，应进一步提高对通信网的关注，扩大通信网的覆盖面，构建健全通信网体系。为保障矿山工作的有条不紊地进行和正常的生产，4 G+5 G的主要交通采取了“全矿单轨和齿轨一体化”两种方案，将逐渐推进并保证生产作为主要内容，逐步地实现矿山下的智能化改造。并在此基础上，对已有的装备体系进行了整体的优化和集成，最后实现了全矿一体化的网络结构。推动智能化的发展，实现从地面工业操作到井下无人操作的转变，并初步实现人员减少、运输成本和质量保障，尽早实现一站式运输化服务。并在此基础上，对已有的装备进行了合理的改造与革新，使之适应今后的发展需要。同时，不断地对客运列车进行技术革新，以达到客运列车电动化、客运智能化的目的，达到客运列车的无人化。通过对井下设备进行改进，可以提升设备的运转效率，从而减少人力劳动强度，保证一个安全有效的工作环境，从而达到提高劳动生产率，降低生产成本，增加经济效益，推动煤矿安全发展的目标。

3.2实现通信网建设

目前，国内煤炭企业的通信系统还存在着信息传送规模小，覆盖范围小，速度慢等问题。所以，在进行井上和井下全面高速网络覆盖等工作的时候，应该将4 G+5 G的无线网络通信技术、Wi-Fi和专业的群集等技术有机地融合起来，将互联网、物联网等手段综合运用起来，从而达到井下全区域覆盖、全方位贯通的目的，从而将井下子系统的有关信息的传输问题给解决掉。在对目前矿井下的通讯状况进行分析的基础上，对其进行了最优的升级改造方案的研究和实施，并在此基础上，提出了一个在无线网络架构下，在整个矿井中构建的宽带网络平台。在矿井中，我们始终坚持以“一张网”为核心的信息传递方式，保证了信息传递的高效可靠。煤矿井下采用的有线通讯模式虽然能确保信号的稳定、可靠，但已不能适应煤矿井下复杂的工作条件。在构建了企业网络的基础上，井下光纤可以让运行和生产的各个区域之间的互相贯穿，这样就可以对矿山工作附近的工业场地、行政办公室等进行全方位的统一和传输。与此同时，还可以利用千兆汇聚、万兆骨干等链路的设计，来达到对井上Wi-Fi的完全覆盖。建立起井下视频监控与管理系统，具体内容包含了井下高清摄像机、矿用无人机和地面人员定位系统，从而达到对现场状况的直观感知和及时报警的目的。利用工业控制网络，将井下的实时信息传送到矿山调度指挥中心，以便对掘进、运输和采煤等各个环节进行有效的监控，并将生产信息、安全信息以及设备的工作状况，及时地传送到矿山生产安全调度中心，为矿山的安全、高效运行奠定了坚实的基础。此外，它还可以确保工作人员可以在不离开现场的前提下，用更少的费用，获取到更多的有关参数，从而可以更好地对井下的各种条件，并在事故出现的时候，可以采取相应的补救措施和方案。

参考文献

[1]王国法,赵国瑞,任怀伟.智慧煤矿与智能化开采关键核心技术分析[J].煤炭学报,2019 （01）.

[2]孙继平,陈晖升.智慧矿山与 5G 和 WiFi6[J].工矿自动化,2019（45）：10.