5G技术在智慧煤矿自动化系统中的应用

牛铎润

摘要：随着信息化技术的不断发展，煤矿信息化正向信息扩展、高度集成、综合应用、自动控制、预测预报、智能决策的方向发展。5G（第五代移动通信技术）将为煤矿井下实时大数据采集、高清视频监控传输、远程精确控制、大设备连接等方面提供重要的技术支撑。

关键词：5G通信;煤矿工程;综采自动化

引言

近些年，煤矿智能化在我国煤炭生产高质量发展发面已体现出了巨大的技术保障能力，成为煤炭工业科技发展的重要方向。在煤矿智能化进程中，第五代移动通信技术（The5thgenerationcommunication，5G）融合物联网、人工智能、大数据、云计算等新一代信息技术成为煤矿智能化的有效推动力，已成为学术界和工业界的广泛共识。随着国家发改委和国家能源局等八部委联合印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》的通知以及工信部印发《关于推动5G加快发展的通知》，融合5G等新一代信息技术推进煤矿智能化建设进一步获得学术界、产业界以及政府的高度重视。然而，井下的无线传播环境、煤矿开采的具体业务需求不明导致无法直接将5G通信系统应用于煤矿智能化开采之中，需要进一步研究5G适应性技术以满足煤矿智能化开采的无线通信与信息处理需求。针对上述问题，学术界和产业界已经从关键技术研究、标准化制定、实验室及网络试点建设等各方面开展了积极的研发工作。然而，目前的研发及试点建设尚处起步阶段，面向煤矿特定场景的针对性研究依然欠缺，对于煤矿智能化水平的提升有限。

一、智慧煤矿分析

智能煤矿是我国煤矿发展的新局面，也是我国硬煤健康稳定发展的基础。智能煤矿基本上结合了各种技术，以形成数据链路和数据中心的标准，完整而全面的感知系统以及强大的服务平台。具体内容在下面进行了分析和详细说明。（1）智能煤矿主要集成了物联网、计算机、大数据和人工智能技术等先进技术，可以使煤矿的变化更加智能化和自动化，从而提高煤矿的效率。（2）现阶段发展智能煤矿也符合我国的环境要求，有效地实现了环境友好的经营方式。此外，智能煤矿还根据实际采矿和生产条件创建了各种平台系统，例如：综合控制平台、地下煤矿定位和导航平台、矿井运输信息平台、视频监控和3D场景平台、灾难意识和报警平台、无人工作系统智能控制平台等;每个系统都是在线的。这可以为各种任务的开发提供相对有利的环境。

二、5G技术在智慧煤矿自动化系统中的应用

1.一体化管控优化管理变革

传统粗放管理模式下，由于缺少数据，对于生产过程中出现的问题，只能依靠经验进行处理，无法支撑对更多过程细节的管控，难以对各类风险做出预警。随着“5G+工业互联网”的发展，为非煤矿山实现智慧化生产和精益化管理提供了可能。实现非煤矿山智慧化生产的基础是数据和生产流程，精益管理通过构建合理的生产方式和流程，保证数据的准确性及业务的稳定性，从而解决矿山生产过程中的不确定性问题，利用大数据技术实时分析各类数据实现对矿山安全生产的监测，综合评估相关灾害，为矿山管理方式由“经验管理”向“智慧化管理”转变奠定基础。

2.高清视频监控系统与5G通信技术

视频监控系统主要是实时采集和传输综采设备运行情况，目前井下常用的防爆摄像机性能较差，在煤矿井下恶劣的生产条件下，经常出现被煤尘覆盖降低清晰度和照射范围的情况，不能全面展现工作面实时情况，且维护起来费时费力。煤矿井下综采工作面光线复杂昏暗、粉尘悬浮、温湿度较大，近年来随着科学技术的发展，4k高清网络摄像机逐渐成为行业宠儿，但4k高清摄像机需要更高的网络传输带宽（一般情况下4k图像需要6～8Mb/s的带宽，经不同的编码格式编码后可降低带宽需求），无论是RF射频信号、WiFi还是4G均难以满足高清视频的带宽需求。5G作为更先进的网络技术，完全能够满足高清视频监控图像传输的需求。以华为5GCPE终端设备Pro版为例，数据传输上行峰值：250Mb/s;下行峰值：1.65Gb/s，在满足高清视频数据传输的情况下，仍有足够的带宽支持通话、视频、数据交换、远程控制等多种数据业务。

3.无线基站选型

5G基站种类与形式并不单一，除了宏基站以外，还有微基站、皮基站以及飞基站。微基站、皮基站和飞基站的具体设备形态又分为分布式和一体化两种。宏基站发射功率较大，覆盖范围也比较大，因此适合于需要大面积覆盖的场景。相比宏基站，微基站、皮基站以及飞基站体积更小、部署方便、选址灵活，通常作为宏基站的补充进行无线覆盖增强和热点区域业务流量提升。通常，在如下场景中，亦可以采用微基站进行无线覆盖：1）宏基站建设有难度的待覆盖区域，比如建站困难或者空间受限的地方;2）较小的室外覆盖区域;3）对无线传输带宽有较大要求的办公区或者居民区;4）需要进行深度覆盖的区域。由于煤矿地面和井下两种不同的使用环境，因此煤矿5G无线基站需要根据这两种不同的使用环境分别进行选型。

4.数据分析技术

数据分析技术是智能采矿的关键部分，因为智能煤矿由不同的平台操作系统组成。因此，对诸如实际操作平台和技术平台之类的数据和信息进行分析非常重要。在应用數据分析技术时，主要是使用传感器收集数据和信息以及确定数据分析的有用性。同时，利用此数据，可以有效地分析和提取煤矿开采的相关信息，并将其应用于煤矿开采，以确保煤矿开采的效率和实施智能煤矿开采模式。另外，通过使用数据分析技术，可以为相关人员执行各种任务，从而使工作相对方便，准确地了解采矿问题并及时解决，以确保各项任务的顺利进行。

结语

综采自动化、智能化是未来煤炭企业的发展方向，采煤机器人的研发已经开始研究，5G作为新一代网络技术拥有明显的优势，通过5G综采工作面可以实现采煤机、综采液压支架、高清视频监控、刮板运输等系统之间的整合，提高数据利用率，建立以自动控制、远程监控、报警联动为核心的智能采矿体系，进一步实现井下采煤少人化、无人化作业，提高生产效率，减少安全事故。

参考文献：

[1]煤炭发展工业“十三五”规划[M].国家发展改革委国家能源局，2016.

[2]杨凌，高楠.5G移动通信关键技术及应用趋势[J].电信技术，2017（05）：30+33.

[3]孟庆勇.5G技术在煤矿井下应用架构探讨[J].工矿自动化，2020，46（07）：28-33.