探讨5G技术在煤矿智能化建设的应用

摘""要：随着我国信息技术的发展，煤矿行业也在加快智能化建设，5G技术作为移动通信技术现阶段最先进的技术，其以高速率、低延时以及高可靠性等优势，被广泛应用于煤矿行业智能化建设中。基于此，对5G技术在煤矿智能化建设的应用进行研究，通过分析其目前应用现状，总结其在煤矿智能化建设中存在的挑战，并以此提出了相应的可行性措施，以期为相关部门提供参考。

关键词：5G技术""煤矿智能化建设""网络安全""移动边缘计算

中图分类号：TD65

Exploring"the"Application"of"5G"Technology"in"the"Intelligent"Construction"of"Coal"Mines

WANG"Yang

Shaanxi"Huadian"Yuheng"Coal"Electricity"Co.，"Ltd.，"Yulin，"Shaanxi"Province，719000"China

Abstract："With"the"development"of"information"technology"in"China，"the"coal"mining"industry"is"also"accelerating"its"intelligent"construction."As"the"most"advanced"mobile"communication"technology"at"present，"5G"technology"is"widely"used"in"the"intelligent"construction"of"the"coal"mining"industry"due"to"its"advantages"of"high"speed，"low"latency，"and"high"reliability."Based"on"this，"research"is"conducted"on"the"application"of"5G"technology"in"the"intelligent"construction"of"coal"mines."By"analyzing"its"current"application"status，"the"challenges"it"faces"in"the"intelligent"construction"of"coal"mines"are"summarized，"and"corresponding"feasible"measures"are"proposed"based"on"this，"expecting"to"provide"reference"for"relevant"departments.

Key"Words："5G"technology;"Intelligent"construction"of"coal"mines;"Network"security;"Mobile"edge"computing

煤矿作为我国主要的基础能源，对于我国社会生产力与经济的发展都有着非常重要的影响。然而，煤矿行业的安全事故一直都是制约和困扰其发展的主要因素，虽然在煤矿开采、掘进等过程中都提前做了安全事故防范，但是依然被频繁地爆出安全事故。信息技术的发展给煤矿行业带来了发展方向，通过智能化的建设，不仅可以提高生产效率，还可以强化其安全保障，进而促进了煤矿企业的可持续发展。5G技术的应用给煤矿智能化建设提供了技术支持，但是在具体的应用过程中，其还面临着成本高、建设周期长、网络安全等问题，影响着智能化建设质量[1]。本文对5G技术在煤矿智能化建设中的应用进行深入的探讨和分析。

1""5G技术的基本概述

5G技术是最新一代蜂窝移动通信技术，它是由国际电信联盟组织（International"Telecommunication"Union）制定的移动通信标准，正式名称为IMT-2020。5G技术不是一个单一的无线接入技术，也不全是全新的无线接入技术，其是新旧无线接入技术的融合，具备高速率、低时延、多连接等特点。其中：高速率，即数据传输速率峰值速率达到10～20"Gbit/s，可以满足高清视频、虚拟现实等大数据量传输的需求；低延时，即空中接口时延低至1"ms，能够满足自动驾驶、远程医疗等实时应用的需求；多连接，即具备百万连接/平方公里的设备连接能力，为物联网通信提供了强大支持。将其应用在煤矿行业中，不仅可以保障其生产安全，还能提高其生产效率，更能促进煤矿行业的智能化转型。

2""5G技术在煤矿智能化建设中的应用

2.1""智能化煤矿系统的建设

基于5G技术在煤矿智能化建设中，首先就要对煤矿的整体架构进行设计。该系统是一个扁平式的架构，主要包含场景化应用、综合管控以及监测控制3个模块。其中：场景化应用主要就是提供定位导航服务，其还分为配煤调度、智能开采、智能掘进、煤流平衡、物料运输、电力监测、通风联动、瓦斯监测以及人员违章9个模块；综合管控主要就是提供网络服务，其又分为综合决策、生产调度、采购销售、安全管控、人才培训、远程远维7个模块；监测控制主要是提供现场化敏捷控制微服务，其可以对采煤机、刮板输送机、液压支架、带式输送机、转载机、掘进机进行位置、姿态、速度、温度、压力、流量、瓦斯、粉尘、通风等进行监测和控制。该系统的建设，不仅实现了煤矿生产、运输等智能化，还通过对煤矿内部环境和设备的全天候监测和智能分析，提高了煤矿安全生产的准确性和可靠性，减少了事故的发生[2]。

2.2""移动边缘计算

移动边缘计算就是指利用5G技术的优势，在移动网络边缘提供IT服务和云端计算功能，其通过将计算和存储资源部署在网络边缘的节点上，实现数据的本地化处理和存储，从而减少数据传输的延迟，提高网络性能。移动边缘计算在5G技术的支持下，可以通过边缘算法对摄像头采集到的数据进行分析，以便对不同的设备进行精准的定位、实时的控制，然后再利用5G技术强大的数据传输能力，将信息快速地传输，进而实现煤矿作业中的实时远程控制。并且，在实时监测中，如果发现任何异常情况，都会通过移动边缘计算发出报警，这样可以帮助煤矿相关人员提前预警潜在的安全风险，从而最大限度地保障了矿工的安全。以煤矿的生产运输为例，移动边缘计算可以通过皮带磨损、皮带跑偏、皮带异物、皮带堵料、皮带撕裂等算法对煤矿皮带运输系统进行实时监测，实时掌握煤矿生产运输状态。

2.3""无人驾驶

无人驾驶技术主要包括线控矿卡、智能云控平台、无人驾驶系统、协同作业系统等关键组成部分，这些技术在5G技术的协同工作，使得矿用车辆能够自主感知环境、规划路径、避障和完成作业任务。煤矿无人驾驶车辆配备了多种传感器，如激光雷达、摄像头、毫米波雷达等，通过开发5G通信基站和实时控制器，能够实现对矿山环境的全面感知。通过多模态使用“BEV+Transformer+OCC”高阶方案，提高了系统的准确性和鲁棒性，确保在各种环境下都能准确检测和识别各类车辆及障碍物，即使在恶劣环境下，系统能够准确识别和应对各种安全隐患，保障无人驾驶车辆全天候高效作业。5G通信基站是煤矿智能化建设的基础，应用过程中，通过基于5G技术的通信网络的建设，可以让数据进行快速的传输和处理，以保证信息的实时性和准确性，通过协同作业系统，还可以实现对超大规模全矿的有人+无人矿卡的混编、混行调度，大大提高了生产效率。例如：黑岱沟露天煤矿就是以5G技术，通过无人驾驶来加强智能化的建设，目前已累计开通了48座5G基站，有47台矿用卡车实现了无人驾驶，日均出煤量达4.5万t，原煤回采率提高了20.8%，仅去年一年就增加收益2.964亿元，累计运输6.2万车次，里程高达28.3万km，完成剥离量691.5万m3，有效提高了煤矿整体的作业效率[3]。

2.4""远程协同运维

煤矿井下作业环境比较复杂，工作空间也比较狭小，且其井下的设备、系统等需要定期地进行调整和优化。传统的认识，就是依靠人工，通过安排专门的人员定期对设备、系统进行检测和维修，煤矿智能化的建设，就可以利用5G技术建设远程控制系统，由机械取代人工来对井下的设备进行维修和养护，有效地保证了井下人员的工作安全。远程控制系统还可以通过图像识别技术对煤矿的视频监测画面进行分析，进行人员行为识别、设备状态识别、环境风险识别、安全着装识别。其中：人员行为识别包括吸引识别、睡岗识别、离岗识别、人员聚集识别、人员摔倒识别、危险区域人员闯入识别、打电话识别；设备状态识别主要就是皮带磨损、偏低跑偏、异物识别；环境风险识别主要就是爆破警戒、烟雾火焰识别、裸土识别；安全着装识别主要就是安全帽识别、皮肤裸露识别等，通过人员行为算法，远程协同运维，可以实时判断其是否有违规行为，并第一时间进行报警或采取必要的救援措施，从而最大限度地保障井下作业安全。

2.5""切片技术

切片技术基于5G技术可以根据煤矿的具体需求，定制出适合其业务特点的网络切片。例如：针对煤矿井下通信环境复杂、设备众多、数据流量大等特点，可以定制出高带宽、低时延、高可靠性的网络切片，实现网络功能的虚拟化和软件定义，使网络配置更加灵活、易于扩展。以智能采掘和生产控制为例，利用切片技术，可以实现关键大型煤机装备对5G通信的支持，从而开发基于煤矿5G网络的生产实时性控制平台。该平台基于三维模型，实时地展示煤矿开采工作面成套装备的姿态和动作，并对关键的设备运行参数、生产数据等进行实时收集，以图表、曲线、柱形等方式进行1∶1展示，而且通过固定视角多场景模块化组合、分屏展示、自由漫游等不同的展示方式，可以直观地观看这些数据，进而实现了直观、高效的人机交互体验[4]。

基于5G的网络切片技术还可以实现井下可视化通信、实时高清视频传输、环境监测数据采集等功能，从而满足环境监测与安全防护的海量高清视频数据承载需求，并且实时监测矿井内的关键数据，如瓦斯含量、水位、一氧化碳含量等，在数据超过预设标准时触发声光报警器，提高生产安全性。煤矿可以研制支持5G高精度定位技术的基站、终端及矿用传输等设备，实现井下人员及装备定位与信息实时交互，满足井下巡检需要，5G切片技术助力煤矿实现井下装备和人员的实时定位，通过智能终端的主动推送功能自动识别其他移动终端设备并按需推送相关信息，实现井下信息的泛在感知和共享，有效促进了煤矿企业的智能化建设。煤矿智能化系统涉及多个业务场景，如采煤、通风、排水等，每个场景对网络性能的需求都有所不同，5G网络切片技术可以为煤矿智能化系统提供定制化的网络服务，根据不同业务场景的需求进行网络配置和优化，以满足各种业务场景对网络性能的需求，提高系统的整体性能。在安全性保障方面，5G网络切片技术的逻辑隔离特性使不同业务之间的数据互不干扰，有效避免了数据泄露和攻击的风险。同时，结合加密和认证技术，可以进一步保障数据传输的安全性，确保煤矿智能化系统的稳定运行[5]。

3""对5G技术在煤矿智能化建设中应用的思考

随着科技的不断进步，煤矿智能化已经成为推动行业高质量发展的关键力量，其中，5G技术的应用为煤矿智能化注入了新的活力，其不仅提升了数据传输的效率和稳定性，还推动了煤矿智能化向更高层次发展。

3.1""定制化服务

煤矿生产环境复杂多变，不同矿区、不同作业面对于数据传输的需求各异，随着5G技术的深入应用，设计人员可以根据煤矿生产的具体需求，定制出符合其特定需求的网络切片。这种精细化的服务定制，使数据传输更为高效、稳定，满足了煤矿生产对数据传输的个性化需求。例如：无人化采煤技术，结合5G切片技术，设计人员可以实时调整预置参数，以适应煤层厚度、走向的变化，确保无人化采煤的常态化运行。

3.2""智能化升级

通过5G技术的灵活配置，可以实现煤矿生产过程中的自动化、智能化升级。例如：在塔然高勒煤矿的智能装车系统中，通过5G切片技术，可以实现全流程智能化装车，自动识别列车车次、车号、车皮型号等信息，提高装车速度与质量，满足不同煤炭品种装车转运的专业化、大型化、高效环保的物流需求。寺河矿在推进智能化转型的过程中，也充分利用了5G技术，实现了生产控制系统的快速适配和升级。

3.3""安全性提升

通过5G技术的隔离性，可以确保煤矿生产数据的安全性，防止数据泄露和攻击，保障煤矿生产的稳定运行。在复杂的煤矿生产环境中，这种安全性的提升尤为重要，它提供了坚实的保障，使得煤矿企业可以更加放心地推进煤矿智能化建设。

4nbsp;"结语

综上所述，5G技术在煤矿智能化建设中发挥着重要作用，不仅提高了煤矿的生产效率、安全性和环保性，还推动了煤炭行业的转型升级。5G移动边缘计算、网络片切等技术在煤矿作业场景的应用为煤矿带来了定制化、高效化的网络服务，支持了煤矿在智能采掘、环境监测、巡检安防和无人驾驶等多个方面的应用，提高了煤矿生产的安全性和效率。随着5G技术的进一步发展和完善，其在煤矿领域的应用前景将更加广阔，也会促进煤矿行业智能化的发展，进而实现国家矿山安全监察局提出的“到2026年智能化矿山产能占比不低于60%，智能化工作面常态化运行率不低于80%，打造一批单班作业人员不超50人的智能化矿山”的目的。

参考文献

[1]李方见，吉升阳，刘纪芳，等.5G技术在智能化煤矿建设中的应用研究[J].煤，2024，33（7）：82-84，92.

[2]焦稳锋，王飞，赵朋.5G技术在煤矿智能化中的应用研究[J].内蒙古煤炭经济，2024（10）：129-131.

[3]王周，张涛，薛成冰，等.5G通信技术在智能化煤矿的应用研究[J].数字通信世界，2024（5）：108-110.

[4]孙婧.5G技术在煤矿智能化建设中的应用[J].能源与节能，2024（4）：22-24，42.

[5]呼书迪.5G技术在智能化煤矿领域的应用前景[J].内蒙古煤炭经济，2023（23）：175-177.