5G+智能矿山建设实践

5G+智能矿山建设实践

姚多莹

山东大学 山东 济南 250000

摘要：5G技术依靠先进技术(如机器学习、人工智能和工业互联网)来解决数据利用率低、显示容量低、传输不可靠、远程控制时间短和智能决策效率低下等问题。为了促进传统矿山的智能化改造，减少安全风险和生产成本，提高生产效率，它能够建设采矿业互联网平台、底层集成网络、高清视频监控、无人值守开采、建设和发展反采矿业信息。

关键词：5G；智能矿山；建设

引言

如今，以５Ｇ技术为载体，将大数据、物联网、云计算、人工智能、机器人等新一代信息技术与现代矿山开采技术深度融合，构建全面感知、实时互联、分析决策、协同控制的智能采矿系统，将实现矿山开采全过程高效、安全、智能运行。进一步提高矿山企业的整体安全发展水平，向着矿山无人化作业和本质安全水平不断迈进，实现矿山行业的高质量发展。

1 5G网络系统构成

5G矿用移动通信网由地面中心网(CN)、IPRAN环网、基带控制单元(BBU)、远程数据聚合单元(RHUB)、广播单元(pRRU)等系统组成。中心网络(cn)-主要提供地下无线网络的注册和控制、企业评价、语音和数据交换等功能。IPRAN设备:主要任务是建立一个高速、可靠的10，000工业网络，以满足5G宽带应用的需求。IPRAN向上连接至中央地面交换网，向下连接至井下的基带控制单元(BBU)。基带控制单元(BBU):其主要功能是实现信号基带处理，提供传输接口和管理无线资源。基站由一个基带控制单元(BBU)、一个远程数据收集单元(RHUB)和一个广播单元(pRRU)组成，其主要功能和功能是在井下提供5G无线信号复盖。系统拓扑结构如图1所示。

2智能矿山统一门户建设

（1）建立一个统一的监控、安全、生产、经营等信息综合管理门户平台，提供统一信息访问入口和系统运行管理。（2）在一张时空三维地图上，实现直观管理、透明管理，并以此为基础，设计打造一个基于数据汇总、加工、分析于一体的安全生产调度管理门户。（3）一张图综合信息展示：①基于遥感影像一张图展示企业基本情况，用文字、图片介绍煤矿地址、性质、业务范围等企业信息。②以矿井地理空间数据库为基础，对矿井的空间位置数据分析坐标定位。③利用矿井导航定位功能动态查询显示矿井的重要基础信息。④基于矿井GIS一张图实现矿井分布。⑤基于一张图遥感影像与地形图叠加，反映井上下对应关系。⑥基于一张图遥感影像宏观反映全矿井安全生产重要指标及当前矿井动态诊断安全状况。⑦生产协同一张图。建立生产空间数据库，将地测、通风、机电、生产等专业图形数据、属性数据进行统一数据库管理。⑧经营管理一张图。建立经营基础数据库，在一张图基础上实现产销存和人财物统一数据显示。⑨安全评估一张图。基于矿井GIS一张图动态显示生产企业安全状况，实时分析评估安全动态自动评价打分。⑩应急救援一张图。基于全矿井一张图建立应急值守、应急响应、应急处置、应急救援、应急管理等。

3智能采矿管控平台

智能开采控制平台主要包括数字三维开采平台、生产计划控制系统和智能分配系统。数字三维采矿平台提供了一个精确的采矿资源模型、生产模型、测量模型等。并为采矿的设计、规划和分配提供生产安全指导。数字三维采矿平台是矿山地质、工程和采矿业的三维数据信息平台，为可视化资源模式、资源评估数字化、简化采矿设计和细化提供了基础和支持。生产计划控制系统主要履行生产计划的编制和批准职能。它可以实现日常采矿计划的互动和三维编制，模拟采矿计划的运作过程，实现中期和长期计划中的合理分配，促进资源利用和计划的执行，并指导安全生产。该计划一旦制定，将提交生产执行系统，供数字采矿软件批准。

4应急管理

基于５Ｇ网络构建应急管理大数据综合管控平台，采用数据挖掘技术实现对灾害的综合性评估，做到智能监测预警和快速应急响应。通过５Ｇ网络将实时采集的各类数据信息安全可靠地传输至综合管控平台，经汇总和深入分析生产安全性，可智能判断是否需要报警和应急处置，构建起具备ＡＩ感知、辅助决策、协同控制、互联互通的一键式应急管理系统。公司建设“电子封条”联网接入矿山智能监管平台，实现“互联网＋监管”。通过在煤矿关键地点（主副井口、风井口、车辆出入口和调度室等处）安装摄像机等设备，利用智能化视频识别、图像分析等技术，实时监测矿井出入井人员及作业状态，发现异常动态，自动生成、推送报警信息，实现全天候远程监测。安庆铜矿井下泵房、压风机房、变电所等场所应用５Ｇ技术构建生产经营大数据分析平台，实现智能诊断、生产流程和经营决策优化。

5井下有轨运输无人驾驶电机车

5G网络的高带宽、低延迟和广泛的连接性为行业运营者和环保合作伙伴应对这些挑战提供了技术基础。铁路运输中段一般位于矿山的最深处，行车道热、潮湿、强、高密度灰尘，而且由于铁路运输的连续转弯、岔路口和满载的运输引道，环境变得更加复杂。5G技术的应用研究(包括信号的双重选择、UPF的包租、基站剩馀部分的部署等。)在此特殊环境中部署设备和优化网络可以确保良好的通信环境。通过在井下构建专用于无人驾驶轨道交通的5G网络，它可以保持800以上的下行链路速度、100以上的稳定上行链路速度以及不到20毫秒的端到端传输时间，完全满足了机动车传输大量高清视频数据的高需求在矿山无试点建设中，采用5GSA +UPF网络作为核心结构，构建优质5G无线网络，充分满足无试点通信、后期智能提取通信、监控、安全性和可靠性等需求。终端收集的数据通过5G基站连接到无线网络，由UPF截断数据，并在本地传输到当地部署的指挥中心，以实现无数据显示区，确保所有数据制作和使用业务流程都在园区内进行，并确保数据安全。将公共网络数据与数据隔离开来，确保数据传输的SLA性能(保证吞吐量、保证超时)。

6无线数据传输和处理

５Ｇ技术具有更加稳定和可靠的优势，可实时采集完善的数据信息，通过各类传感器搭载５Ｇ技术构建物联网系统，对“采、掘、机、运、通、排、安”等各环节数据进行实时监测和智能分析处理，实现自适应、自诊断与智能决策。矿山企业管理人员可通过计算机或手机移动终端获取和传输各类矿山系统信息，如人员位置，设备参数（电压、电流、转速、设备温度等运行工况），瓦斯浓度，顶板状态，应力场数据，通风环境参数（风量、风速、粉尘及有毒有害气体浓度等），风险隐患分布等，从而全面了解矿山生产实际情况，排查安全隐患，保障矿井安全生产，预防灾害事故发生。

7固定岗位无人值守

主运输系统实现自监控:主运输粘接带机采用自动控制、移动终端监控、钢丝绳芯无损检测、智能脱铁、智能调速、集中润滑、智能钢丝绳牵引检测机器人技术，具有监控功能，实现了对煤流的起动、煤流下游停车、对主要运输系统的自检。各变电所实行自检:主站实行越南线触发系统、电缆高温监控报警系统和智能防火系统，变电所高压柜实行操作过程可视化监控，变电所部署矿井压力泵房和排水泵房无人看守，压力泵房实现智能恒压供水，主排水房实现智能化均衡排水，过境水泵房实现远程监视，小水室实现现场自动排水。部署更灵活的旋转智能检测机器人，以实现智能排水系统检测、气体监测、仪器识别诊断和红外热成像等功能。

结束语

煤矿智慧矿山的建设和应用，大幅度提高了煤矿生产效率，降低了煤矿企业安全管理成本，安全水平跃上了一个新的台阶。智慧矿山的建设，能够适应煤矿安全工作新形势的需要。该系统以灾害预防、事故救助、电子信息化管理为主要目标，提高安全管理效率，满足安全策略综合性、预见性、跨区域管理要求，为井下安全生产管理提供实时、可靠的技术保障。

参考文献

[1]景杰.5G通信技术在智能矿山中的应用[J].数字技术与应用,2022

[2]刘晔,王云珠.5G+智能矿山的山西实践[J].科技创新与生产力,2022

[3].5G技术将引领智能矿山建设[J].黄金科学技术,2021

[4]宋建华,马鹏飞.5G技术在智能矿山建设中的应用研究[J].工矿自动化,2021

[5]李艺,刘春平,武晓雪.基于5G技术的智能矿山研究及应用[J].中国煤炭,2021