5G 技术在煤矿智能化中的应用研究

胡 晰， 王雪艳

（1.中国联合网络通信有限公司陕西省分公司， 陕西 西安 710075；2.中国联合网络通信有限公司咸阳市分公司， 陕西 咸阳 712000）

0 引言

5G 技术是我国通信领域的最新技术，拥有极高的信息传输速度与信号强度，因此在性能上有着以往所有通信技术难以企及的优势，这让5G 技术在非常短的时间内在国内普及，被应用于多个领域，其中就包括煤矿智能化开采[1]。在5G 技术的支撑下，有效弥补了煤矿智能化开采以往性能上的缺陷，还展现出了更高的应用价值，促使我国煤矿开采效率、精度、范围等都大幅提升。

1 5G 技术在煤矿智能化建设中应用的必要性及可行性

1.1 必要性

早期在进行5G 开发时主要确定了三个应用场景，包括高级移动宽带、多机通信、超可靠的低延迟通信。其中，高级移动宽带方案中的技术可以充分满足高带宽业务的服务要求，如可以将煤矿生产中传回高清视频；多机通信中的技术可以为传感装置数据收集提供帮助，比如在进行煤矿监管工作时；低延迟通信中的技术可以对空置的采矿车辆、挖掘设备及相关空置设备等进行更加有效地利用，更好地满足煤矿中智能设备的使用要求。通过分析可知，将5G 技术应用到智能煤矿建设过程中可以对传统的采煤方式进行优化并可以规范煤矿开采流程，实现煤矿生产联网。同时，在煤矿生产过程中还应用了无线通信技术，但是无法充分满足智能煤矿建设过程中对数据收集、处理与传输的要求[2]。在采用4G 技术时其为下行链路与上行链路提供的最高速度分别为100 Mbit/s 与50 Mbit/s，但是在智能煤矿建设过程中需要生产现场所应用的设备可以回传高清影像。也就是1080P 影象需要20 Mbit/s 上行链路带宽，而4K 影像需要75 Mbit/s 上行链路宽带，可见在智能煤矿建设过程中4K 技术无法满足要求。如果使用WiFi 技术，首先使用便利性较差。AP 间切换时超过100 毫秒的延时，导致AGV 类移动设备断开连接且移动范围会被限制在AP 内。其次覆盖面较小。WiFi 信号在反射与衍射过程中非常容易受到外界因素的干扰。再次会给频带带来影响。WiFi 在使用过程中会应用频带，在这个过程中无法对不良情况进行调节。最后宽带具有局限性。机械视觉所使用的宽带为上行带宽。

1.2 可行性

由于煤矿井下生产环境中存在空间狭长和多分支的特点，以及煤壁会对无线电波传输干扰或吸收，加之井下狭小的作业空间中应用多种电气设备等会产生较强的电磁干扰，在空气中弥漫的煤尘等，开采作业环境比较特殊，对于5G 系统部署和应用带来较大难度。如5G 技术应用中会出现高频无线信号快速衰减，在提升定向传输能力时会降低绕射能力，因而减小其传输距离和覆盖范围。针对上述问题，目前5G技术中通过超密集组网技术和微基站技术的应用加以解决。此外，在应用5G 技术时，通过微基站的应用，只需3 个微基站就可以覆盖原有4G 网络的管控范围，同时提升带宽和速率并降低时延。而且微基站体积小、功耗低、运行安全性较高。针对煤矿生产中井下空间狭长以及分支多等特点，也可以利用5G 技术中的有线光纤主干和密集5G 微基站的布设方案解决，并且通过合理的网络切片方式来解决视频监控和控制信号同步传输问题，起到有效安全隔离作用。由此可见，基于5G 技术构建数据传输在目前的煤矿智能化中应用是可行的。

2 煤矿智能化建设中的问题

煤矿在进行智能化建设过程中无法保证建设过程的科学性与可行性，而且煤矿智能化建设处于起步阶段，专业性强且经验丰富的人才较少，这样就无法对智能化建设中的问题进行及时的处理，有的设备甚至无法正常使用，这些问题均给煤炭行业智能化建设带来不利的影响[3]。因此各煤矿企业中的管理人员认识到智能化技术应用的重要性，并与自身企业发展情况进行结合，同时还应将5G 技术应用到煤矿智能化建设工程中，提升建设水平。但是现阶段，在进行煤矿智能化建设过程中处理人才缺乏，5G 技术也没有得到全面应用，因此相关管理人员应重点关注。

3 5G 技术在煤矿智能化中的运用

3.1 虚拟交互中的应用

虚拟交互过程中融入5G 技术后可以增强虚拟现实技术应用强度与效果，同时利用5G 虚拟交互技术后可以为煤矿智能化建设构建5G 三维虚拟展示图。在工程中采用5G 虚拟交互技术后对原有的人机互动技术进行取代，这样在进行煤矿智能化建设过程中需要基于三个技术改革阶段，三维建模虚拟展示阶段、互动模式与可视化设计阶段、混合现实与云端实时渲染阶段。例如混合现实与云端实时渲染阶段，利用5G 网络通信技术后可以确定该阶段可以实时开展井下空间虚拟开采并可以将运营与维护进行融合，充分满足高宽带与低延时需求，体现出5G 技术的优势。

3.2 井下巡检及安防

基于移动网络通信系统的井下巡检与安防是煤矿智能化应用的重要组成部分。移动网络系统的数据传输功能和智能定位功能，将实现煤矿井下空间的高效巡查和安全防护。通过安防网络系统的架构，可以实时共享地下空间设备运行状态、人员身体状况等信息。通过地下空间安全信息和数据的实时共享，利用智能终端的推送功能，实现不同设备终端之间不同数据信息的相互传输和交流，从而实现地下数据信息的实时共享，快速提高数据共享效率，更加高效、可靠、经济地开采煤矿资源。

3.3 井下远程协作

5G 技术在矿井中的应用也是一个非常重要的领域。随着矿井设备的智能化水平不断提高，系统的复杂性也会不断提高，传统的维护人员很难独自进行维护，需要由远距离的专家进行辅助。现场的声音、视频信息可以经由5G 网络传送到远方，也可以将相应的虚拟模型虚拟到现场装置中，利用虚拟技术让专家和现场工作者拥有一样的视野和操作，甚至可以在井下由机器人代替人工进行维护。

3.4 实时定位与应用服务中的应用

5G 移动通信技术在应用时是利用网络切片技术完成创新，在煤矿智能化建设过程中将物理空间进行划分，分为不同的虚拟模拟网络空间，不同的虚拟网络空间功能不同，所提供的服务也有差别，因此应对虚拟空间性能进行划分并确保传输结构、宽带数据的准确性与运行的稳定性，可以在煤矿智能化建设过程中灵活切换各网络应用场景。在切换的过程中，应充分利用5G 定位技术与服务技术，以往煤矿在进行井下定位时主要以蓝牙技术、超宽带传输技术等为主，但是并无法满足煤矿智能化建设要求，也无法确保定位的精准性，采用5G 技术后不需要单独设置基础设施，从而保证煤矿智能化建设过程中数据的准确性与传输的实时性。5G 移动通信技术延时性较低，因此应用5G 通信技术对井下定位与服务进行优化也是煤矿智能化建设中的主要方向，同时也可以为井下资源开采线路进行精准定位，保证开采车辆管理效果。

4 结语

社会发展和煤矿产业之间是密切相连的，在当前时期，若是想进一步加快煤矿产业发展，既要落实智能化建设，还要使用5G 技术，借助该技术增强煤矿智能化建设水平，从而推动产业实现可持续发展。