利用5G+技术推进智慧化矿山建设探讨

2022-12-17郭金

中国设备工程 2022年22期

郭金

（鞍钢集团矿业公司弓长岭井下矿,辽宁辽阳 111008）

矿业始终作为传统工业发展的核心基础，是经济发展的重要产业，由于其长期处于粗放式管理，导致开采效率低、污染高，且安全风险较大，难以满足当下新时期发展基本要求。矿产业处于人力劳动、机械化转型的关键时期，5G技术将发挥网络优势，为生产管理提供新模式，加速绿色、高效的智慧矿山建设，实现矿产井下开采智慧化目标。为高质量推动5G技术在智慧矿山建设中应用，积极发挥先进技术应用优势，需积极结合实际状况，构建完善、合理的“5G+智慧矿山”体系，提高矿井作业实施水平。

1 5G+技术在智慧化矿山建设中价值分析

伴随经济高速发展，原有采矿企业开采工作模式难以符合实际要求，加速行业转型升级，对促进智能化矿山发展十分关键。5G技术主要是指第5代移动通信技术，是最新的蜂窝移动通信技术，其与多个行业进行深层次融合，形成智慧化管理系统。伴随信息技术高速发展，5G+技术的推广和应用，打造更具智能化、智慧化的矿井建设平台，为提高井下开采效率及质量提供保证，其实际应有优势包含以下几方面：第一，优化升级矿山信息化、现代化巡检。充分结合实际状况，利用5G将巡检机器人、无人机做好充分连接，可动态化将巡检数据、视频等做好分析和升级，将其动态化传输至监控指挥中心，其通过自身高速率、大容量等优势促使巡检工作实施更具安全性、稳定性，从本质层面减少巡检工作开展耗损人工，保证巡检工作实施的成效，确保矿山安全性及可靠性。第二，简化矿山井下作业操作。以人工模式为核心导向，积极选用采矿机械化手段开展各类工作时，井下作业人员生命安全难以确保，可最大限度应用5G+技术实现远程无人化操作，减少各类安全隐患，人们处于室内通过互联网平台便可完成远程操作，确保井下开采操作安全的同时，减少人员岗位配置，降低井下开采成本支出。第三，增强矿山数据的采集。矿山智慧化转型最为重要的是数据采集，充分借助矿用物联网，联合使用5G网络，动态化掌握井下信息采集，从源头层面减少传输施工、维护工作难度，有助于保证整个井下作业开展更具可靠性、安全性，减少作业压力和难度，显著提升作业开展的效率和质量。

2 5G+技术在智慧化矿山建设中的应用场景

为保证5G+技术处于整个智慧化矿山建设中发挥优势，需明晰工作开展的多元化基本需求和特征，应掌握工作开展的切入点，循序渐进开展多个实际应用场景，获取较佳的应用成效，促进智慧矿山建设目标的达成。

2.1 5G+远程控制

矿产井下开采作为工作的重点，井下操作人员长时间处于恶劣环境下，井下空气污染较为严重，各类机械化的设备应用产生的噪声均对人员生命安全构成威胁，矿山开采事故时有发生，影响整个矿产企业良好发展。选取合理的方法和工具，实现矿山开采远程化控制，逐步实现井下开采智能化、绿色化，持续性构建较佳的开采环境，保证开采工作实施可靠。远程控制系统主要是由多个控制方构成，如控制方、通信网络等，其中控制方可以受控方通过网络上传输图像等相关信息下达指令，受控方接受相关指令，进行相应的操作，通信技术的优劣性决定整个信息传输成效。相较于原有4G网络，5G网络最具凸显的特征是超低时延、超大宽带技术等优势，可从本质层面保证各类高清视频业务有序传输，是实现远程控制的核心内容。基于5G技术远程控制技术应用逐步走向成熟，智慧矿山建设中，我国逐步开展5G+远程控制系统的应用，现场实际操作人员动态化关注显示屏，掌握整个井下实际采矿的环境状况，同时合理化控制操作台控制挖掘机工作，保证实际操作控制延时处于10mm，工作操作偏差处于10cm。

2.2 5G+无人驾驶

矿用卡车驾驶者属于特种作业人员，为保证井下工作开展有效性，对人员实际素质具有严格的要求，实际上岗之前应开展系统性培训工作，当下合格的驾驶者匮乏，且人力培养成本逐步递增。露天矿区运输环境不佳，需时长面对各类不良气候，存在一定的运输风险。为保证矿山井下开采作业处于安全、可靠运输，提升整个运输生产效率，我国当下加大各类无人驾驶矿用卡车的应用，其是多学科融合的最终成果，除车辆自身达成智能化，应结合实际状况动态化、及时性开展信息处理。5G网络初期设计便将无人驾驶应用为核心场景，其可解决通信实时性的难点，智慧矿山建设架构建设下，5G通信网络作为无人驾驶矿用卡车关键技术，保证无人驾驶矿用卡车应用可靠性及安全性。5G网络为井下通信网络提供充足的带宽、精准定位能力，促使井下车辆精准定位、安全监测等功能。

2.3 5G+超高清视频

井下开采安全始终作为全部工作的生命线，需对其加以重视，井下作业实施范围较大，涉及人员较多，选取传统人管人的检查模式，选用专业化人员定期开展巡检，耗损人工成本较高，难以实现实时巡查工作。超高清视频技术处于当下背景下持续性完善和成熟，其相较于常规性的视频自身视频清晰度、畅通性较佳，是先进技术集成的表现，建立完善的、动态化智慧矿山监管系统，获取较佳的超清视频技术，对现场管理实现全天候巡查，及时发现潜在的隐患，自动化提出警报，呈现相应的处理策略保证各类隐患及时消除。5G网络具备高速率、大宽带的优势，符合超高视频高质量传输的关键要求，实现全生命周期监控和管理，逐步扩大监管范围和面积，在提高管理效率的基础上，减少各类成本支出。企业利用5G无线网传输高清视频至平台，可自动化辨识各类关键活动，通过分析视频图象，第一时间发现现场灾害、人员操作违规等现象，提高矿井开采作业水平。

2.4 5G+无人机

无人机是当下新型的技术载体，普遍用于地理测绘、安全巡检等领域中，获取较佳的应用成效。矿区井下安全生产过程中，矿区内部地理环境、条件等具有一定的复杂性，监控难以实现无死角监测，充分将无人机与视频监控设备联合，可构建一体化巡检体系。5G无人机将采集的数据信息，可联合大数据、人工智能等技术，面向全方位覆盖的智能化安全监控系统的补充和延伸手段。

2.5 5G+智能传感

矿区实际开展生产活动具有一定的综合性、复杂性，特别是井下开采作业，实际操作环境较为恶劣，存在多个安全隐患，充分利用智能化手段，最大限度发挥传感器的作用，对现场温湿度等进行实时收集，第一时间发现异常状况，精准估测存在的不足和风险，为后续故障的排查和处理提供参考。井下布设大量传感器通信难度较大，通过“5G+智能传感”选用低耗传感器和5G通信技术，最大限度凸显5G网络实际高效化传输的特征和优势，将井下传感器自动化收集等信息传输平台内，借力各类先进的技术对数据资源展开系统性分析，估测不同种类安全风险，显著提升智慧化矿山安全生产水平，尤其是保证整个井下开采安全性。

3 智慧化矿山建设中5G网络关键技术

3.1 网络切片技术

5G网络切片技术作为井下开采工作实施的基础和前提，其主要构成主要为无线网、传输网等，无线网切面可实现多元化场景，以业务和资源实际基本需求为核心，自由、灵活对整个切片做好划分。5G传输网切片最具典型的优势是软硬切片，针对不同种类业务进行合理化配置，积极选取SR隧道技术可保证软隔离切片等技术重复性使用，将其用于安全要求较低、延时不敏感的业务开展场景中，获取较佳的应用成效，5G核心网积极独立支持媒体面、控制面单一化使用方式。结合不同业务工作实施的基本要求，合理应用网络切片技术，矿山井下开采具有一定的复杂性，可按照整个业务实际流向逐步建立专项5G网络，结合常规移动终端数据业务，分配网络切片标示为公网切片，利用整个运营商公网进行访问核心互联网；针对矿区内自动化驾驶、无人机操作等活动实施，可积极配置专项的矿区专网切片，保证整个业务持续性升级和优化，促使最终获取数据更具安全性、可靠性。

3.2 超大宽带技术

超大宽带技术是5G网络设计下最为核心的技术，其可充分结合实际状况开展工作，保证矿山选用超高视频等技术高效化应用，智慧矿山正式建立完善的5G网络时，应建议从多视角着手，宽带自身工作速度大幅度提升，回传接入层显著增强和提升，其中50GE选用PAM编码技术，重新使用25G光芯片，以较低成本实现速率翻倍目标；充分以FlexE接口绑定技术，将若干个100GE接口实现通路，保证宽带选取更具自由化、灵活化。网络不同环节款待是发挥5G网络的核心能力，相较于整个4G网络其自身多方面功能显著增强和提升，智慧矿山以5G网络为核心背景，掌握业务应用需求和场景，保证各类应用更具针对性和专项性，降低网络应用成本支出。

3.3 超低时延技术

远程化控制各类机械设备，无人驾驶矿用卡车等现代化、智能化，作为现下生产核心代表，对5G网络的应用提出新的要求和挑战，传输网时延实际构成包含光纤时延、设备转发等，前者主要以光纤作为传播介质，实际传输时间和效率有待提升，为缩短整个延时建议提出可行性较高策略和方法，是不断优化和调整网络途径的方法和策略。国内外多个研究学者加大空芯光纤技术实际开发和研究，保证信息传播效率显著提升，从本质层面降低实际传输时延，但实际距离实用化仍存在一定差距。5G传输设备应用过程中，可选取先进的技术和方法，将原有单一节点时延降低至微秒，显著提升其工作效率，结合智慧化矿产用于实践项目中，建立完善的5G网络时，将网络架构、设备节点等多个层面为核心，保证时延最优化。

4 基于5G技术智慧矿山应用前景

4.1 井下可视化界面应用

井下作业进行监控可视化，是智慧化矿山达成数字化、智能化的核心和切入点，实现可视化目标对整个网络宽带提出更高的要求，应保证其稳定性、安全性达标。5G网络的应用需符合上述要求，提高实际数据信息传输效率及质量，矿井下布设合理的监测设备，将其用于动态化采集相关井下不同工作岗位的相关信息，对各类设备工作状况自由合理调整和优化，建立完善、真实的三维化工作场景，呈现清晰的监控画面，实现井下作业全过程闭环控制，全方位明晰井下作业实施状况。

4.2 远程实时监控预警的应用

矿山具备先进的井下监控系统，有助于结合井下实际工作状况，对其开展全方位、动态化监测，但内部数据管理建议从不同子系统提取工作实施画面，将数据反馈传输至数据库内完成自动化存储和处理，对井下场景进行全方位监控。该监控方式具有滞后性，合理化应用5G组网技术，将各系统数据库与整体数据库进行连接，保证数据实现共享和交换，是达成远程化监控和预警的前提。智慧化矿山通信网络技术可从本质层面确保监控终端工作实现高质量衔接，井下监控点预先发送警示后，内部子系统动态化发送相应的指令，积极选取先进的跟踪技术，逐步向管理平台持续性输入相应的警报、监测数据信息，自动化开启监控设备和范围内多元化隐藏信息，将其持续性传输至管理平台，管理平台与管理终端相连接的手机触动预警系统后，及时发出相应的报警信息，监控人员可通过移动终端动态化获取井下作业的相关数据信息，完成对井下三维场景动态、远程化监控。

4.3 大数据挖掘技术的应用

各类先进技术的兴起和发展，大数据挖掘和分析技术作为智慧矿山重要的基础技术，其对整个井下作业的实施十分关键。矿井形成安全隐患并非是单一因素决定，处于多重因素作用下产生，分析矿山安全隐患时，5G网络技术为大数据深度挖掘和分析提供新的平台，促使信息传输更具便捷性、可靠性，实现对不同子系统动态化数据收集和汇总展开精准性分析，根据分析的结果自动化判定报警真实性、准确位置，进而综合评估作业区域内瓦斯或其他灾害的危险性。