5G技術在智能化煤礦中的應用

摘要：5G技術的快速普及，在為人們?nèi)粘Ｉ钐峁┍憷耐瑫r，也可為工業(yè)生產(chǎn)自動化發(fā)展助力，加快了煤礦企業(yè)生產(chǎn)的智能化進程。5G技術兼具速率高、時延低等諸多優(yōu)勢，能夠高效地進行信息傳輸與處理。該文在簡要概述5G技術的基礎上，以金雞灘煤礦為具體案例，總結梳理該技術在智能化煤礦中所能發(fā)揮的作用，進而從安全監(jiān)測、運輸、輔助操作、能源管理以及安全監(jiān)測等方面，具體探索5G技術在智能化煤礦中的應用策略。

關鍵詞：5G通信技術；智能化煤礦；應用

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.09.054

中圖分類號：TN 929.5 文獻標志碼：B 文章編碼：1672-7274（2024）09-0-03

The Application of 5G Communication Technology in Intelligent Coal Mines

ZHAO Guozhi1， YU Jianhui1， XU Yanyun1， CHEN Jiayu1， SONG Jie1， XUE Shengli2

（1. Yankuang Energy Group Co.， Ltd.， Jining 273500， China;

2. Shenzhen Zhenyou Technology Co.， Ltd.， Shenzhen 518000， China）

Abstract： The rapid popularization of 5G communication technology not only provides convenience for people's daily lives， but also provides assistance for industrial production automation， accelerating the intelligent process of coal mining enterprises' production. 5G communication technology has many advantages such as high speed and low latency， which can efficiently transmit and process information. Based on a brief overview of 5G communication technology， this article takes Jinjitan Coal Mine as a specific case， summarizes and sorts out the role that this technology can play in intelligent coal mines， and then explores the application strategies of 5G communication technology in intelligent coal mines from the aspects of safety monitoring， transportation， auxiliary operation， energy management， and safety monitoring.

Keywords： 5G communication technology; intelligent coal mines; application

2020年初，國家發(fā)展改革委等7個部門聯(lián)合印發(fā)了《關于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見》，為煤礦生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展提供了有力的政策支持，同時也使我國的煤礦智能化速度明顯加快，煤礦生產(chǎn)效率及生產(chǎn)安全水平顯著提升，對周邊環(huán)境的污染和破壞明顯減少，煤礦人員工作環(huán)境也得以顯著改善。但不容忽視的是，智能化煤礦建設在信號傳輸、遠傳操作等方面還面臨諸多問題。而5G技術的有效應用，不僅能為煤礦構建穩(wěn)定且高效的信號網(wǎng)絡，還有助于降低煤礦開采難度，進一步提升煤礦的智能化水平。在此背景下，山東能源集團在金雞灘煤礦的建設中，加大了在資金、人員、技術設備等方面的投入，通過適當應用5G等先進技術，打造國家Ⅰ類中級智能化示范煤礦，取得了較為顯著的建設成果，并榮獲了“魯班獎”“雙十佳煤礦”以及“綠色礦山突出貢獻獎”等諸多榮譽。

1 5G技術概述

5G技術即第五代移動通信技術，相較于4G及其他通信技術，其主要特點如下。一是高速率。在理想狀態(tài)下，5G網(wǎng)絡的信息傳輸速度能夠超過20 Gbps，是4G網(wǎng)絡的100倍以上，將其運用到日常生活中，用戶能夠在幾秒鐘時間內(nèi)完成對一部高清電影的下載、在玩網(wǎng)絡游戲時不會出現(xiàn)緩沖難題。二是低延遲。在基于4G技術的數(shù)據(jù)傳輸中，往往會有幾十毫秒的延遲時間。相比之下，5G網(wǎng)絡的延遲時間得以大幅縮短，通常僅需幾毫秒或更少，這種進步看似微不足道，但在汽車自動駕駛、遠程醫(yī)療等領域意義重大。三是大連接。它可以通過為大量用戶提供通信服務，使大量用戶同時將通信設備連接到網(wǎng)絡中，有助于各設備之間實現(xiàn)高效且便捷的數(shù)據(jù)共享，這為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展鋪墊了有力基礎[1]。此外，5G技術中還包含網(wǎng)絡切片技術，能夠通過對網(wǎng)絡資源的適當劃分，將其靈活分配到多個虛擬網(wǎng)絡中，從而防止網(wǎng)絡擁堵，同時還可根據(jù)用戶的差異化需求，為用戶提供個性化服務。

2 5G技術在智能化煤礦中的作用

煤礦生產(chǎn)涉及事項較多，生產(chǎn)系統(tǒng)較為復雜，要確保各項智能化、信息化技術得到充分利用，各部門間能夠協(xié)調(diào)配合，就需要便捷高效的通信技術加持。5G技術的引入，能夠為煤礦生產(chǎn)的各部門之間搭建寬闊且便捷的信息溝通平臺，同時也能為技術融合提供通暢的渠道，為煤礦智能化發(fā)展提供更強力的支持[2]。

2.1 有助于傳感器等設備的互聯(lián)

煤礦智能化生產(chǎn)通常需要運用大量的傳感器，并且種類較多，采用各種煤礦生產(chǎn)相關的數(shù)據(jù)信息。通過對5G技術的有效運用，實現(xiàn)不同傳感器之間的互聯(lián)，使其能夠實現(xiàn)優(yōu)勢融合，為傳感器的安裝及應用鋪墊良好基礎，這也是保障煤礦智能化運行的關鍵[3]。通過應用傳感器，煤礦生產(chǎn)管理者能夠動態(tài)且精準地了解機械設備運轉情況，對煤礦現(xiàn)場及周邊環(huán)境加以監(jiān)控和分析，并基于安全數(shù)據(jù)對煤礦生產(chǎn)安全性加以客觀評價[4]。

2.2 有助于煤礦各子系統(tǒng)信息的融合

在煤礦智能化生產(chǎn)中，通常需要運用到多個不同的系統(tǒng)，而且涉及許多通信協(xié)議，這些協(xié)議的類型劃分又較為復雜，因此在實際運行過程中，這些系統(tǒng)軟件時常會出現(xiàn)矛盾[5]。5G技術的引入，能夠為大數(shù)據(jù)在煤礦生產(chǎn)中的應用提供有力支持，通過三維模型的構建，管理者利用網(wǎng)絡終端設備便能夠獲取并瀏覽海量的生產(chǎn)信息，并將其作為重要依據(jù)，對煤礦生產(chǎn)設備的運行情況做出準確且合理的判斷。

2.3 有助于煤礦生產(chǎn)的智能控制

煤礦通常位于偏遠地區(qū)，所處的地質環(huán)境比較復雜，導致生產(chǎn)作業(yè)難度相對較高，同時也加大了煤礦生產(chǎn)的管理難度，實踐中，時常會有員工無法嚴格按照規(guī)范要求進行施工，增加了煤礦生產(chǎn)的安全隱患[6]。在5G技術的加持下，煤礦生產(chǎn)能夠更好地實現(xiàn)遠程控制，以此來替代部分人工采掘工作，在顯著減輕人工壓力、降低生產(chǎn)成本的同時，還可提升煤礦生產(chǎn)安全性。

2.4 有助于加強煤礦綜合管控

為便于生產(chǎn)管理，煤礦企業(yè)通常會將管理工作具體劃分為多個子系統(tǒng)，但各子系統(tǒng)之間時常相互獨立，難以實現(xiàn)良好的協(xié)作配合。利用5G技術能夠建立綜合管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對不同部門、不同系統(tǒng)的巧妙融合，將其構建成為統(tǒng)一的整體，以便各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源能夠實現(xiàn)共享和整合，使管理者能夠做出更加科學且全面的指揮調(diào)度，再將現(xiàn)場管理職責具體劃分到每個部門、每個崗位，以此來強化工作人員的責任意識，同時也有助于管理者掌控全局，對現(xiàn)場情況做出更準確的分析判斷，提升對煤礦生產(chǎn)過程的管理水平。

3 5G技術在智能化煤礦中的具體應用

3.1 在煤礦安全監(jiān)測中的應用

在煤礦生產(chǎn)過程中，安全始終是第一要素。煤礦企業(yè)可將5G技術應用到煤礦環(huán)境監(jiān)測中，充分利用其高速率、低延遲等優(yōu)勢，動態(tài)且高效地獲取各種與煤礦安全有關的數(shù)據(jù)信息，如礦井內(nèi)溫濕度、有害氣體濃度等，還有礦井外的氣象、噪聲、地質環(huán)境等相關信息。安全管理人員可依據(jù)這些信息，對煤礦生產(chǎn)安全性進行分析，并結合煤礦現(xiàn)場實際情況，制定具體的安全生產(chǎn)規(guī)程。通過具體的數(shù)據(jù)分析，對各類生產(chǎn)安全風險進行量化評估。煤礦企業(yè)還可基于5G技術構建煤礦安全預警系統(tǒng)，以此來實現(xiàn)對煤礦現(xiàn)場安全性的動態(tài)評估，并在發(fā)現(xiàn)煤礦安全風險后，及時向管理人員發(fā)出預警信號，以便其及時做出有效的應對策略，盡可能將煤礦安全風險控制在萌芽階段[7]。在此方面，金雞灘煤礦通過對5G技術的有效運用，廣泛收集煤礦安全生產(chǎn)相關信息，并基于這些信息對員工進行考核評比，不僅減少了生產(chǎn)中的安全隱患，同時增強了工人的安全意識，在保障礦場安全方面發(fā)揮了顯著作用。

3.2 在煤礦運輸中的應用

在運輸作業(yè)方面，煤礦企業(yè)可在5G技術的支持下，加快打造智能運輸系統(tǒng)，對運煤車輛進行遠程控制，實現(xiàn)對車輛的精細化調(diào)度管理。如金雞灘煤礦通過對此類技術的有效運用，使礦井回采率超過90.0%，從而達到高效開采的效果。具體來看，煤礦企業(yè)首先要采購充足的傳感器及控制器，并將其連接到5G網(wǎng)絡，并將其安裝到運煤車輛上，從而實現(xiàn)對車輛的動態(tài)監(jiān)控。操作人員僅需通過監(jiān)控設備甚至手機App，便能夠全面查看每輛運煤車的運行狀態(tài)，并在不受空間限制的情況下，遠程對車輛的啟動、停止、變速等情況加以靈活的調(diào)度，還可以根據(jù)生產(chǎn)需求及時變更車輛行駛路線，在顯著提升運輸效率的同時，減少車輛擁堵的風險，還有助于避免車輛繞道。不僅如此，而且操作人員還應做好對車輛行駛數(shù)據(jù)的收集，對其行駛速度、行駛穩(wěn)定性等情況加以分析判斷，及時發(fā)現(xiàn)Xgg5krviriZG3s/s+tWBhw==其運行過程中的各種故障隱患，盡快進行維修或保養(yǎng)，以保障運煤車的運輸效率及穩(wěn)定性。此外，在對運煤車輛進行遠程監(jiān)控時，操作人員應認真觀察車輛的行駛環(huán)境，避免車輛與工作人員或其他人員發(fā)生碰撞，進一步保障運煤過程的穩(wěn)定性與安全性。

3.3 在輔助操作方面的應用

為進一步提升煤礦采掘的自動化程度，提升作業(yè)效率，煤礦生產(chǎn)企業(yè)可將5G技術與采掘設備相結合，在各種傳感、控制、執(zhí)行等儀器的支持下，將煤礦采掘設備接入5G網(wǎng)絡，以便操作人員對設備進行遠程監(jiān)控，并使其能夠保持自動運行。結合金雞灘煤礦的實踐經(jīng)驗來看，在以往的炮采工作面中，往往需要60余名工人同時作業(yè)，在經(jīng)過優(yōu)化升級后，綜采工作面對于工人數(shù)量的需求明顯減少，但仍需要30余人參與作業(yè)，而在將5G技術引入后，對連采機進刀、落煤以及掃底等環(huán)節(jié)進行自動化處理，僅需幾個人就足以完成操控工作，這一方面能夠減輕工作人員的任務量，緩解其工作壓力；另一方面也能夠減少人工對煤礦采掘的干預，大幅降低煤礦采掘的事故風險。在此基礎上，管理人員可利用采掘設備運行數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析來及時發(fā)現(xiàn)設備運行中潛在的各種異常風險，并在識別到設備故障問題后，盡快安排專業(yè)人員前往維修，以保障采掘過程安全，同時還可延長采掘設備的使用壽命。

3.4 在能源管理中的應用

煤礦生產(chǎn)過程中需要消耗大量能源。如何實現(xiàn)降本增效，一直都是煤礦生產(chǎn)工作中的重要問題。在5G技術的支持下，金雞灘煤礦加快落實“綠色開采、低碳發(fā)展”的理念，并通過應用智能降塵系統(tǒng)，對生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的揚塵加以動態(tài)監(jiān)測及控制。將矸石作為制磚原料，使其利用率達到100%。以此為借鑒，煤礦生產(chǎn)企業(yè)在應用5G技術時，應對煤礦生產(chǎn)過程進行系統(tǒng)梳理，應用傳感器、監(jiān)控設備，對每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的能源消耗情況加以完整的統(tǒng)計歸納，具體包括礦井作業(yè)中涉及的通風、排水、用電等數(shù)據(jù)，再經(jīng)5G網(wǎng)絡將其傳輸至數(shù)據(jù)中心，以便為后續(xù)的能源配置優(yōu)化提供重要依據(jù)。在此基礎上，煤礦管理者應總結煤礦能源消耗在不同季節(jié)、不同時間呈現(xiàn)的規(guī)律與特點，對各類設備的能源消耗、作用發(fā)揮、使用效率等情況加以綜合分析，通過對比，篩選出性能佳、能耗低的生產(chǎn)設備，節(jié)能理念融入煤礦生產(chǎn)計劃中，以此來達到煤礦生產(chǎn)節(jié)能增效的目的。在對生產(chǎn)方案加以優(yōu)化后，還應利用5G技術監(jiān)控能源消耗情況，將其與生產(chǎn)方案進行實時對比，以便及時查找出能源消耗過多的具體原因，并督促相關責任人員及時加以調(diào)整，從而促進煤礦企業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。

3.5 在安全防控方面的應用

為保障煤礦生產(chǎn)過程的安全性，煤礦企業(yè)在應用5G技術時，不僅要將其應用于煤礦現(xiàn)場安全監(jiān)測中，還應將其融入智能安全系統(tǒng)中，以增強煤礦企業(yè)對于各類安全隱患的防控能力。為此，煤礦企業(yè)要采購充足且高清的視頻監(jiān)控設備及各類報警軟件，根據(jù)生產(chǎn)需要將其安裝到現(xiàn)場各個角落，從而實現(xiàn)對煤礦作業(yè)現(xiàn)場的全覆蓋。煤礦企業(yè)還應充分發(fā)揮5G技術的優(yōu)勢，對接收到的各類安全數(shù)據(jù)加以實時分析，以此來提升煤礦安全管理的效率及質量。此外，煤礦生產(chǎn)企業(yè)還可利用5G技術全面梳理煤礦現(xiàn)場安全的歷史數(shù)據(jù)，對各種安全隱患加以歸納和分類，并且對其發(fā)生規(guī)律及特點加以分析，進而利用5G技術強大的信息處理能力，廣泛收集有效的煤礦安全風險應對方法，并結合煤礦現(xiàn)實情況，構建成熟且完善的煤礦安全應急處理方案，具體劃分各部門的安全監(jiān)督及管理職責，以便在發(fā)現(xiàn)安全隱患后，能夠由具體的責任部門或責任人員盡快采用有效策略解決該問題，確保煤礦生產(chǎn)安全。

4 結束語

5G技術在智能化煤礦中的應用有助于煤礦生產(chǎn)企業(yè)做好安全監(jiān)測，提升煤礦運輸效率和能源管理水平。希望在金雞灘煤礦成功經(jīng)驗的示范帶動下，能夠有更多煤礦生產(chǎn)企業(yè)認識到5G技術的優(yōu)勢作用，并將其充分運用到煤礦生產(chǎn)管理中，推動我國煤礦智能化發(fā)展。

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