5G移動通信技術在煤礦智能化中的應用研究

魏海龍

（京信網絡系統股份有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

隨著移動通信技術的全面發展，5G移動通信技術被廣泛應用在各個行業中。將5G移動通信技術應用在煤礦智能化發展體系中可以替代傳統管理模式，優化煤礦行業工作效率，創設更加安全的管理氛圍，保證煤礦行業穩定健康發展。

1 5G移動通信技術在煤礦智能化中應用的可行性分析

5G移動通信技術基于其多樣化場景應用特點，能利用大規模天線列陣技術、多址技術、全頻譜接入技術等建立相應的虛擬化架構，從而更好地滿足技術應用要求，維護煤礦智能化發展的科學性和合理性。

1.1 網絡布置的可行性

從網絡基礎結構布置要點的層面分析，我國煤礦智能化發展體系根據井下空間環境布置了4G網絡結構，并配合Wi-Fi網絡全覆蓋應用模式實現1 500 m的結構覆蓋，而利用5G移動通信技術可以建立基于宏基站或者是微基站2種結構類型的應用控制體系。宏基站設備的容量參數更大且發射功率更強，但是受限于自身技術要求，不適用于井下作業的封閉空間環境；微基站設備容量小且有效距離只能維持在500 m范圍內[1]。要想進一步發揮5G移動通信技術的優勢作用，就要將5G移動通信技術和基站布設模式作為研究對象（見圖1），提升4G網絡結構寬帶速率的同時，最大程度地發揮5G移動通信技術低時延的優勢作用。具體而言，相較于4G技術體系，5G移動通信技術方案更加利于技術應用，配合基站的布設和處理可以提升井下空間長時間作業的穩定性和安全性。

圖1 5G移動通信技術微基站布置示意

1.2 井下作業空間特性

探討5G移動通信技術是否適用于煤礦智能化發展環境的主要原因是井下作業具有一定的特殊性，相較于地面空間的5G移動通信系統，井下基站部署位置、無線傳輸方式都會受到周圍因素的影響。一方面，井下作業空間有限，信號傳遞的距離就會隨之延長，甚至會因分支較多而對信息的直接傳遞造成制約作用。另一方面，井下空間受干擾的頻率較高，多分層、多瓦斯等特性也會對實際工作效果產生影響，尤其高頻狀態下造成移動通信無線信號快速衰減。借助5G移動通信超密集組網技術或是其他的微基站技術應用控制結構，就能第一時間獲取網絡通信系統核心技術架構內容，保證商業化運轉效能的最優化。

1.3 技術特質

在煤礦智能化發展體系中，應用5G移動通信技術以及濾波正交頻分復用體系，配合終端直通技術模塊，可以搭建功能性更強、應用效果更突出的控制模式。該控制模式時延更低且可靠性更高，從而可以搭建完整的傳輸平臺，維持信息監督控制的合理性，并為煤礦智能化應用服務效果的優化提供保障，降低信息傳遞交互的難度[2]。

綜上所述，5G移動通信技術在煤礦智能化發展中具有一定的推廣可行性。

2 5G移動通信技術在煤礦智能化中應用的具體方案

在煤礦智能化中，根據5G移動通信技術特點和應用標準落實更加可控合理的技術方案，從而搭建相應的技術處理平臺，發揮出5G移動通信技術優勢，從而維持智能化應用效果和水平，創設更加多元科學的煤礦智能化管理應用平臺。

2.1 高精準定位和應用

在5G移動通信技術體系中，網絡切片技術是非常關鍵的組成部分。將統籌化網絡切割為不同的單網應用模式，從而配合行業應用需求，建立更加具有針對性的網絡傳輸處理機制，實現物理空間的劃分，確保不同虛擬網絡空間結構能為煤礦智能化發展應用提供多元的服務。在應用5G移動通信網絡切片技術的基礎上，就能開發出不同服務需求的功能模塊，強化虛擬空間傳輸結構、寬帶運行、數據傳輸等功能的靈活性管理，為網絡多元化應用場景的具體功能提供保障。

首先，結合5G移動通信技術高精準定位特點，建立應用服務針對性技術模型，轉變傳統煤礦井下定位依賴藍牙的局面，打造更加靈活的專業控制體系。該體系無須獨立設置基礎設施，配合切片處理就能打造更加可控的傳輸單元，維持傳輸的及時性和準確性。

其次，結合5G移動通信技術應用要求，發揮技術低時延的特點，開發更加精準且適用于煤礦井下作業智能化發展的數據傳輸平臺，將井下定位和應用服務予以融合，保證智能化技術處理效能最優化，并提高信息傳輸和指導的實時性水平[3]。

最后，在應用5G移動通信技術的過程中，配合網絡切片技術應用要求，對煤礦井下作業環境、資源開采車輛管控、煤礦開采路線以及煤礦開采工作運行進度等進行實時性關注和控制，從而推進精準管理項目發展進程，保證智能化應用管理平臺效果符合預期。

2.2 遠程實時控制

目前，遠程控制技術受到了更多的關注，將其應用在各個行業中能大大提升工作的效率，及時建立信息傳輸和信息交互管理平臺，減少延遲造成的影響，并最大程度上滿足多元信息管理的要求。而在煤礦智能化應用結構中，應用遠程控制，就能為開采和智能化建設提供良好的保障。相較于傳統煤礦遠程控制建立的互聯網協議和路由傳感器設備處理，基于5G移動通信技術建立的遠程實時性控制體系，能針對井下空間結構生產安全、實時性特點、員工操作安全等建立更加具有針對性的控制[4]。

2.2.1 生產過程遠程控制

結合5G移動通信技術，完成實時性數據傳輸和煤炭資源開發目標，維持安全管理效果，并建構更加貼合煤礦智能化開采運營的技術體系。該體系充分利用5G移動通信技術多元決策控制架構，將實時性地理信息、開采信息與生產遠程實時控制模塊連接，并配合三維虛擬實現技術，共同提高工作精準性。遠程架構如圖2所示。

圖2 遠程架構示意

2.2.2 井下遠程控制

將5G移動通信技術與煤礦智能化精細空間應用場景聯系在一起，配合遠程協同運維工作，提升煤礦井下作業監督管理的基本水平，并維持應用效能的最優化，真正搭建基于5G移動通信技術的場景結構[5]。

結合煤礦資源井下開采內容，充分發揮5G移動通信技術的優勢作用。搭建完整且可控的技術管理平臺，并且確保資源分配和資源應用處理效能最優化，維持整體運行管控的水平，及時發現問題并及時解決，提高智能化管理的及時性。

由于井下作業空間有限，因此井下設備智能化發展將向著體積縮小、功能延展的方向發展，對應的裝備系統架構就會越來越復雜，而傳統單一化的運維管理機制無法滿足設備的實際運維需求。只有建立基于5G移動通信技術的信息實時性管理機制，配合遠程專家系統才能輔助管理設備的運維要點，維持規范控制效果。例如，建立基于5G移動通信的數據匯總，將井下空間現場的視頻信息、音頻數據信息等進行統籌管理，配合虛擬現實技術、專家系統等建立機器人替代人工開展運維工作的模式，保證運維細節更加準確和規范[6]。

2.3 建立虛擬交互平臺

對于煤礦智能化發展工作而言，5G移動通信技術的應用還能促進虛擬交互功能的進步，建立虛擬交互平臺，將虛擬現實技術與增強現實技術融合，建立相匹配的三維建?？刂企w系，發揮5G移動通信三維建模技術模塊優勢作用，更好地實現虛擬管理。

虛擬交互平臺中，基于5G移動通信技術中的虛擬交互模塊，升級傳統煤礦資源開采模式，配合三維建模和虛擬展示過程，就能打造可視化設計體系。配合現實與云端實時性渲染處理單元，真正意義上降低開采工作的難度，確保井下空間煤礦資源開采工作能滿足數字化實時性技術要求，并貼合低時延的應用標準，打造科學、安全、可靠的煤礦開采方案。

此外，利用5G移動通信虛擬交互應用模塊，可以構造較為科學規范的應用平臺，維持智能化處理水平的同時，保證煤礦智能化開采工作都能按照設計要求和標準逐步落實[7]。

2.4 井下巡檢

對于煤礦智能化作業而言，不僅要對具體作業細節予以關注，也要建立完整且規范的巡檢管理機制，從而落實相匹配的安防措施，最大程度上規避安全隱患因素留存對整個煤礦開采作業產生的影響，維持安全效能。而借助5G移動通信技術方案建立的井下巡檢機制，基于5G移動通信數據傳輸和智能定位等功能模塊，保證巡檢的高效性和安防管理的針對性，避免受到外界因素對安防規劃產生的負面影響，提高井下作業整體的安全水平。

一方面，應用5G移動通信技術建立安全網絡系統架構分析模式，結合分享機制，確保井下空間裝備以及運行現狀、工作人員情況等都能在統籌規劃范圍內，并保證信息共享工作能有序開展，維持階段性統籌管理工作的基本水平。另一方面，智能終端技術以維護管理作為基礎單元，在建立數據評估模式的同時，打造更高效、更可靠的煤礦開采應用平臺，為煤礦智能化發展提供支持[8]。

2.5 工藝智能化發展

傳統的煤礦智能化建設體系受到寬帶和實時性等參數的限制，信息處理能力一般，加之設備狀態信息傳遞的較少，導致信息控制存在一定的滯后性，不能及時獲取相應設備的位置信息和姿態信息，對采礦工藝設備之間的智能協調聯動管理產生影響。而應用了煤礦智能化應用控制模式，能最大程度上打造綜采實時性智能管理，并結合信息數據建立統籌兼顧的應用模式，為生產工作安全有序開展提供保障。

一方面，依據5G移動通信技術低時延的特性，建立相應的精準定位模式，確保井下車輛智能管理控制工作都能順利落實，智能化點對點控制模式確保實時性監測工作能順利開展，提高工藝智能化水平。另一方面，配合煤炭開采的應用要求，建立微服務系統平臺架構模式（見圖3）。針對不同應用和需求，確保體系建設工作能順利展開，最大程度上建構業務模型，并為組件化、服務化以及去中心化應用效果的提高予以支持，最大程度上構建安全可靠的微服務系統平臺[9]。

圖3 智能平臺架構

2.6 危險源智能感知

將5G移動通信技術應用在煤礦智能化危險源感知體系中，能建立更加精準的預警分析體系，規避傳統技術中監測數據類型單一以及精準度不足的問題。同時，確保危險源感知環節、識別環節、預警環節以及控制環節形成閉環管理模式，發揮5G移動通信技術低時延的特點，打造更加科學規范的數據管理平臺，確保監測方案的最優化。此外，配合5G移動通信技術的監控技術內容，能建立各個感知節點互通互聯的管控體系，形成監測數據集，維持礦井5G移動通信系統架構的平衡，并最大程度上提高煤礦智能化發展的效率[10]。

3 結 論

5G移動通信技術在煤礦智能化系統中的應用是基于技術特點打造更加靈活的虛擬交互服務平臺，滿足遠程實時性監控、井下運維管理、井下巡檢、安全防護措施制定等工作要求，更好地提高煤礦智能化發展水平，減少資源浪費。同時，貼合實時性、可視化管理標準，為煤礦產業可持續健康發展奠定堅實基礎。