基于5G技術的煤礦智能化開采關鍵技術探索

韋躍輝

隨著當前時代的發(fā)展，5G技術已經(jīng)成為我國重要的戰(zhàn)略部署之一，在我國的發(fā)展之中起著重要的作用，其中非常關鍵的一個部分就是智能化的建設。煤礦作為重要的工業(yè)原料，在開采的過程中，需要大量的環(huán)節(jié)布置，因此需要做好對其智能化方面的布置，可以有效提升煤礦的生產(chǎn)效率，實現(xiàn)煤礦的發(fā)展和進步，所以本文主要對5G技術時代下，煤礦的發(fā)展進行分析，希望對相關的從業(yè)人員有一定的參考。

5G技術 煤礦智能化 關鍵技術 煤礦開采

WEI Yuehui

（Zhengzhou Coal Electrical Machinery and Electrical Equipment Management Center Communication Branch， Zhengzhou， Henan Province， 452371 China）

With the development of the current era， 5G technology has become one of the important strategic deployment in China， which plays an important role in China’s development， and one of the key parts is the intelligent construction. Coal mine as an important industrial raw material， in the process of mining， needs a large number of link layout， therefore， it needs to do a good job in its intelligent layout， which can effectively enhance the production efficiency of coal mine， and realize the development and progress of coal mine， so this paper mainly on the 5G technology era， the development of coal mine analysis， hope to have a certain reference to the relevant practitioners.

5G technology; Coal mine intellectualization; Key technology; Coal mining

當前世界上最經(jīng)濟的能源是煤炭，在未來的一段時間內(nèi)，煤礦的發(fā)展直接關系到我國的進步，對于我國發(fā)展有著至關重要的作用，因此在這樣的情況下，我國加快了智能化開采工作的建設。由于5G技術的出現(xiàn)以及發(fā)展，對我國當前的智能化進步有著非常強的推動作用，是實現(xiàn)我國發(fā)展的關鍵所在，因此在這樣的情況下，如何解決當前5G智能化煤礦開采的關鍵技術問題，是實現(xiàn)煤礦智能化發(fā)展的重點，也是實現(xiàn)煤礦進步的有效手段，只有解決這個問題，才可以保證我國煤礦的長期發(fā)展，實現(xiàn)我國能源方面的進步。

隨著智能化建設的推進，煤礦生產(chǎn)各環(huán)節(jié)將逐步實現(xiàn)遠程控制，各系統(tǒng)設備操控將由井下轉(zhuǎn)移到地面，煤礦日常生產(chǎn)將主要依靠智能操控中心、智能技術支持中心和智能運維隊伍協(xié)作完成，實現(xiàn)煤礦由“高危生產(chǎn)”向“本質(zhì)安全”轉(zhuǎn)變、由“規(guī)模產(chǎn)量”向“質(zhì)量效益”轉(zhuǎn)變、由“勞動密集”向“技術創(chuàng)新”轉(zhuǎn)變、由“傳統(tǒng)開采”向“智能開采”轉(zhuǎn)變，從而實現(xiàn)煤炭行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。煤礦智能化有利于提高生產(chǎn)效率、實現(xiàn)精準勘探，還能夠延伸煤炭企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，打造煤礦智能裝備和煤礦機器人研發(fā)制造等新產(chǎn)業(yè)。開展煤礦智能化建設是貫徹落實“四個革命、一個合作”能源安全新戰(zhàn)略的重要舉措。

智慧煤礦的總目標是帶領煤礦構(gòu)建科學完善的智慧系統(tǒng)，實現(xiàn)整體運營的智能化、綠色化開采和利用。智慧煤礦最基本的煤炭加工要求：數(shù)字化、信息化。理論上需要解決的問題是：數(shù)字化煤礦多源異構(gòu)數(shù)據(jù)之間關系的統(tǒng)一表達;采礦系統(tǒng)的作用機理、姿態(tài)智能控制和復雜環(huán)境的理論基礎;礦山設備組的健康狀況及維護措施。

在建設智慧煤礦的過程中，包括8個智能化生產(chǎn)經(jīng)營系統(tǒng)。首先要搭建的是一個承載生產(chǎn)經(jīng)營系統(tǒng)的智能云平臺。MOS系統(tǒng)綜合管理運營平臺是一個智慧礦山。從根本上說，它是一個感知綜合礦山信息、建設、展示和應用智慧礦山的平臺。利用煤礦配套的子系統(tǒng)、傳感器和智能設備獲取數(shù)據(jù)，利用業(yè)務邏輯功能和多需求通信進行大數(shù)據(jù)分析和云計算處理。人事管理等應用功能屬于內(nèi)置系統(tǒng)的建設。確保智慧煤礦科學有效發(fā)展的首要條件是做好智慧煤礦頂層設計。智慧煤礦建設從一套標準體系出發(fā)，建立感知網(wǎng)絡，構(gòu)建高速數(shù)據(jù)通道，形成大數(shù)據(jù)應用中心和多業(yè)務云服務平臺。

采用智能視頻技術，充分利用計算機網(wǎng)絡和邏輯控制技術，實時信息數(shù)據(jù)采集、處理綜合應用，提高企業(yè)資源和資金的利用效率，降低成本支出，是企業(yè)創(chuàng)新和發(fā)展的一個重大方向。因此在當前的發(fā)展中，需要保證可視化系統(tǒng)的發(fā)展，只有以此為基礎，才可以完成斜井帶式輸送在線安全監(jiān)控系統(tǒng)、帶式輸送機視頻分析控制系統(tǒng)，并結(jié)合綜合自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)安全生產(chǎn)視頻監(jiān)控主生產(chǎn)系統(tǒng)關鍵節(jié)點，實現(xiàn)安全生產(chǎn)關鍵環(huán)節(jié)的智能化可視化管理。在異物檢測的基礎上，可以檢測并報警帶式輸送機尾部是否有煤。在實際的使用中，一旦發(fā)現(xiàn)存在不對的情況，能夠及時報警或者調(diào)整，這樣也是系統(tǒng)的自檢能力，保證當前的機組運行正常，對于機組而言，使用這樣的方式可以極大地提升當前的運行效率，實現(xiàn)對自動化管理工作的加強。

建立基于大數(shù)據(jù)的礦山安全生產(chǎn)云服務平臺。研究基于大數(shù)據(jù)時空行為分析等技術，提供高可靠、高擴展、高訪問性能的多礦大數(shù)據(jù)存儲模式。基于大數(shù)據(jù)分析的礦難備災、演進、應急全過程反演，實現(xiàn)了礦井安全生產(chǎn)環(huán)境的“透明化”，在煤礦災害早期發(fā)現(xiàn)和預防領域取得突破。通過基于云計算的統(tǒng)一服務平臺，實現(xiàn)礦山安全生產(chǎn)信息的跨區(qū)域?qū)崟r遠程監(jiān)控和共享服務。這方面主要涉及云計算、大數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)聚合、數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)與搜索等技術。基于分布式計算技術，建立綜采工作面大數(shù)據(jù)云計算框架，開發(fā)競爭專家分析決策、支持多種數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)分析引擎，開發(fā)標準算法庫和擴展接口，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)云計算和數(shù)據(jù)對外交互。而且物聯(lián)網(wǎng)云計算模式可以依靠5G技術實現(xiàn)遠程的快速分析和控制，有效地提升了當前對于礦山安全概率，實現(xiàn)了礦山的發(fā)展和進步。

為保證煤礦科學有序開采，按質(zhì)保量完成掘進設備的推廣，需要對開采設備的空間位置和作業(yè)路徑進行準確定位和測量。現(xiàn)實中，由于地下空間封閉復雜，電磁干擾嚴重，缺乏衛(wèi)星導航引導，設備難以準確定位導航。精確的定位技術可以保證在開采的過程中，實時跟蹤監(jiān)控，可將地下各區(qū)域的人員、設備情況及時、準確地反映到地面計算機系統(tǒng)，使管理人員可以隨時掌握井下人員、設備的分布情況，便于更合理地調(diào)度管理。同時，可以利用報警提示功能，通過設置員工進井時間，超時可向進井人員報警。此外，還可以在一些重要的地下室和危險場所（盲道等）設置電子圍欄，對員工的出入權(quán)限進行管理。如果未經(jīng)授權(quán)的人員進入，就會發(fā)出警報，達到安全、可靠的目的。該系統(tǒng)可在惡劣環(huán)境下24h正常工作，有利于搶險救災。發(fā)生事故時，可立即利用計算機查詢事故現(xiàn)場人員位置分布、被困人員人數(shù)、遇險人員疏散路線等信息，為事故救援提供科學依據(jù)。

在地下使用三維技術，可以有效地了解地下的情況，對未來發(fā)生的事情做出有效的預測，實現(xiàn)對地下情況的有效監(jiān)控。在5G技術發(fā)展之后，信息本身傳輸?shù)牧坑辛速|(zhì)的飛躍，這樣的好處就是在實施的過程中，能夠有效地對地下的情況進行真實的反饋，從而建立起完善的三維影像，這樣就能夠及時根據(jù)地下情況的變化而調(diào)整當前的開采方法等，實現(xiàn)有效的管理和控制，促進智能化開采技術的實施。

礦山生產(chǎn)系統(tǒng)規(guī)模龐大復雜，生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，需要進行分析。由于目前技術的缺乏，難以提取科學有效的數(shù)據(jù)，分析挖掘過程中數(shù)據(jù)的關聯(lián)規(guī)律，無法應用于智能挖掘和控制。

人工智能是使計算機模擬某些人類思維過程和智能行為（例如學習、推理、思維、計劃等）的學科，主要包括通過計算機實現(xiàn)智能，制造類似于人腦智能的計算機的原理，因此該計算機可以實現(xiàn)更高級別的應用程序。人工智能將涉及計算機科學、心理學、哲學和語言學。可以說，幾乎所有自然科學和社會科學學科都遠遠超出了計算機科學的范圍。人工智能與思維科學之間的關系就是實踐與理論之間的關系。人工智能處于思維科學及其應用分支的技術應用水平。從思維的角度來看，人工智能不僅限于邏輯思維，而且只有通過形象思考和啟發(fā)思維，才能促進人工智能的突破性發(fā)展。數(shù)學通常被視為許多學科的基礎科學，其已進入語言和思維領域，因此人工智能的主題也可借用數(shù)學工具。數(shù)學不僅在標準邏輯、模糊數(shù)學等領域中發(fā)揮作用，將其引入人工智能學科，它們將相互促進，發(fā)展更快。具備這樣技術的智能，在當前很多領域中都可以進行使用，其中煤礦的開采就是一個類別，但是礦井下的情況復雜多變，需要智能機器人能夠根據(jù)實際的情況做出有效的判斷，才可以投入到生產(chǎn)之中，這就需要5G技術協(xié)調(diào)輔助，在一些復雜的情況下，實現(xiàn)有效的規(guī)劃，從而完成開采工作，在這樣的情況下，才可以實現(xiàn)智能化技術的有效推廣和實施。

在開挖工作中，開挖支護問題沒有得到合理解決。科學合理地推進支護工作機械化快速發(fā)展，可以解決開挖工作的關鍵問題。為了更好、更科學地處理這個關鍵問題，必須突破兩個關鍵點：一是開挖臨時支護作業(yè)技術;二是鉆孔、錨固、注漿一次作業(yè)過程。一方面，發(fā)展靈活的自移動臨時支撐系統(tǒng)，為設置永久支撐滯后創(chuàng)造條件;另一方面，開發(fā)新型鉆孔錨桿注入、一次性錨桿安裝或邊挖邊自動鉆孔裝載系統(tǒng)，統(tǒng)一分散的開挖支護生產(chǎn)流程，滿足開挖支護工作并行快速的要求。

綜采工作面分布式多機協(xié)同控制技術及系統(tǒng)開發(fā)的關鍵點如下。第一，建立統(tǒng)一坐標系綜采設備組的姿態(tài)模型和位置關系運動學模型。第二，綜采工作面分布式多機共控原理及算法。第三，改進俯仰采礦等復雜條件下液壓支架自動跟隨移動技術和裝置。第四，開發(fā)具有快速響應特性的智能供液系統(tǒng)。

想要實現(xiàn)上述的研究和發(fā)展，需要重視以下4個重點。第一是各種類型、時間尺度的圍巖環(huán)境數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)插值算法及軟件，分層建立數(shù)據(jù)特征庫。第二是為了拓寬學習的深度和廣度，建立智能挖掘控制行為模式推理決策算法和軟件。第三是圍巖環(huán)境和設備運行趨勢的推理算法和軟件。第四是建立完善的挖掘大數(shù)據(jù)推送措施和制度。

一是傳感技術的研發(fā)。傳感器是承擔智慧機器人的眼睛功能，對智慧機器人的使用起到很好的作用，因此在當前的設計之中，必須重視對于傳感器的設計，讓傳感器能夠和軟件共同作用，從而讓采礦機器人能夠感知聲光、物體以及外部環(huán)境等，并且能夠針對這些情況做出相應的判斷，保證在多變的外部環(huán)境中能夠更好地適應。二是地下環(huán)境中傳感器、數(shù)據(jù)通信和多源傳感數(shù)據(jù)的融合與定位技術。三是復雜井下環(huán)境下不同種類綜采設備的同聲傳譯與集成。

為建立和完善我國煤炭資源和產(chǎn)能布局，改變煤炭資源開發(fā)基本產(chǎn)業(yè)政策中傳統(tǒng)的開采方式和產(chǎn)能裝備勢在必行。在改變原有煤礦生產(chǎn)經(jīng)營模式的基礎上，統(tǒng)一智能煤礦和智能采礦方案，維護系統(tǒng)云服務，組建智能專業(yè)的采礦團隊，解決煤礦人才與管理運營水平的不平衡問題，同時加強市場服務;在加快推進智能煤礦和智能采礦技術標準和運營管理規(guī)范建設的同時，建立安全章程制度，更好地推進智能無人采礦，縮短智能無人采礦技術裝備更新?lián)Q代的時間。

信息技術主要是通信網(wǎng)絡技術，在我國未來的發(fā)展之中，5G技術必然會在眾多的行業(yè)中加以運用，因此在實際的使用之中，5G技術的優(yōu)勢就是能夠及時對問題進行反饋，比4G網(wǎng)絡的傳輸速度快數(shù)百倍。5G技術有四大重要特點，即高速度、泛在網(wǎng)、低功耗、低時延，這使得遠程操作機器人成為可能，從而可有效地改善地下的環(huán)境，實現(xiàn)地下工作的進步和發(fā)展。

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綜上所述，在當前的時代之中，煤礦的開采工作本身事關重大，且涉及到很多人的生命財產(chǎn)安全，因此需要做好完全的準備，才可以實施地下煤礦的建設工作，保證當前的開采工作能夠順利有效的實施，達到預期的作用，推動我國能源事業(yè)的發(fā)展。

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