利用5G+技術推進智慧化礦山建設探討

郭金

（鞍鋼集團礦業公司弓長嶺井下礦,遼寧 遼陽 111008）

礦業始終作為傳統工業發展的核心基礎，是經濟發展的重要產業，由于其長期處于粗放式管理，導致開采效率低、污染高，且安全風險較大，難以滿足當下新時期發展基本要求。礦產業處于人力勞動、機械化轉型的關鍵時期，5G技術將發揮網絡優勢，為生產管理提供新模式，加速綠色、高效的智慧礦山建設，實現礦產井下開采智慧化目標。為高質量推動5G技術在智慧礦山建設中應用，積極發揮先進技術應用優勢，需積極結合實際狀況，構建完善、合理的“5G+智慧礦山”體系，提高礦井作業實施水平。

1 5G+技術在智慧化礦山建設中價值分析

伴隨經濟高速發展，原有采礦企業開采工作模式難以符合實際要求，加速行業轉型升級，對促進智能化礦山發展十分關鍵。5G技術主要是指第5代移動通信技術，是最新的蜂窩移動通信技術，其與多個行業進行深層次融合，形成智慧化管理系統。伴隨信息技術高速發展，5G+技術的推廣和應用，打造更具智能化、智慧化的礦井建設平臺，為提高井下開采效率及質量提供保證，其實際應有優勢包含以下幾方面：第一，優化升級礦山信息化、現代化巡檢。充分結合實際狀況，利用5G將巡檢機器人、無人機做好充分連接，可動態化將巡檢數據、視頻等做好分析和升級，將其動態化傳輸至監控指揮中心，其通過自身高速率、大容量等優勢促使巡檢工作實施更具安全性、穩定性，從本質層面減少巡檢工作開展耗損人工，保證巡檢工作實施的成效，確保礦山安全性及可靠性。第二，簡化礦山井下作業操作。以人工模式為核心導向，積極選用采礦機械化手段開展各類工作時，井下作業人員生命安全難以確保，可最大限度應用5G+技術實現遠程無人化操作，減少各類安全隱患，人們處于室內通過互聯網平臺便可完成遠程操作，確保井下開采操作安全的同時，減少人員崗位配置，降低井下開采成本支出。第三，增強礦山數據的采集。礦山智慧化轉型最為重要的是數據采集，充分借助礦用物聯網，聯合使用5G網絡，動態化掌握井下信息采集，從源頭層面減少傳輸施工、維護工作難度，有助于保證整個井下作業開展更具可靠性、安全性，減少作業壓力和難度，顯著提升作業開展的效率和質量。

2 5G+技術在智慧化礦山建設中的應用場景

為保證5G+技術處于整個智慧化礦山建設中發揮優勢，需明晰工作開展的多元化基本需求和特征，應掌握工作開展的切入點，循序漸進開展多個實際應用場景，獲取較佳的應用成效，促進智慧礦山建設目標的達成。

2.1 5G+遠程控制

礦產井下開采作為工作的重點，井下操作人員長時間處于惡劣環境下，井下空氣污染較為嚴重，各類機械化的設備應用產生的噪聲均對人員生命安全構成威脅，礦山開采事故時有發生，影響整個礦產企業良好發展。選取合理的方法和工具，實現礦山開采遠程化控制，逐步實現井下開采智能化、綠色化，持續性構建較佳的開采環境，保證開采工作實施可靠。遠程控制系統主要是由多個控制方構成，如控制方、通信網絡等，其中控制方可以受控方通過網絡上傳輸圖像等相關信息下達指令，受控方接受相關指令，進行相應的操作，通信技術的優劣性決定整個信息傳輸成效。相較于原有4G網絡，5G網絡最具凸顯的特征是超低時延、超大寬帶技術等優勢，可從本質層面保證各類高清視頻業務有序傳輸，是實現遠程控制的核心內容。基于5G技術遠程控制技術應用逐步走向成熟，智慧礦山建設中，我國逐步開展5G+遠程控制系統的應用，現場實際操作人員動態化關注顯示屏，掌握整個井下實際采礦的環境狀況，同時合理化控制操作臺控制挖掘機工作，保證實際操作控制延時處于10mm，工作操作偏差處于10cm。

2.2 5G+無人駕駛

礦用卡車駕駛者屬于特種作業人員，為保證井下工作開展有效性，對人員實際素質具有嚴格的要求，實際上崗之前應開展系統性培訓工作，當下合格的駕駛者匱乏，且人力培養成本逐步遞增。露天礦區運輸環境不佳，需時長面對各類不良氣候，存在一定的運輸風險。為保證礦山井下開采作業處于安全、可靠運輸，提升整個運輸生產效率，我國當下加大各類無人駕駛礦用卡車的應用，其是多學科融合的最終成果，除車輛自身達成智能化，應結合實際狀況動態化、及時性開展信息處理。5G網絡初期設計便將無人駕駛應用為核心場景，其可解決通信實時性的難點，智慧礦山建設架構建設下，5G通信網絡作為無人駕駛礦用卡車關鍵技術，保證無人駕駛礦用卡車應用可靠性及安全性。5G網絡為井下通信網絡提供充足的帶寬、精準定位能力，促使井下車輛精準定位、安全監測等功能。

2.3 5G+超高清視頻

井下開采安全始終作為全部工作的生命線，需對其加以重視，井下作業實施范圍較大，涉及人員較多，選取傳統人管人的檢查模式，選用專業化人員定期開展巡檢，耗損人工成本較高，難以實現實時巡查工作。超高清視頻技術處于當下背景下持續性完善和成熟，其相較于常規性的視頻自身視頻清晰度、暢通性較佳，是先進技術集成的表現，建立完善的、動態化智慧礦山監管系統，獲取較佳的超清視頻技術，對現場管理實現全天候巡查，及時發現潛在的隱患，自動化提出警報，呈現相應的處理策略保證各類隱患及時消除。5G網絡具備高速率、大寬帶的優勢，符合超高視頻高質量傳輸的關鍵要求，實現全生命周期監控和管理，逐步擴大監管范圍和面積，在提高管理效率的基礎上，減少各類成本支出。企業利用5G無線網傳輸高清視頻至平臺，可自動化辨識各類關鍵活動，通過分析視頻圖象，第一時間發現現場災害、人員操作違規等現象，提高礦井開采作業水平。

2.4 5G+無人機

無人機是當下新型的技術載體，普遍用于地理測繪、安全巡檢等領域中，獲取較佳的應用成效。礦區井下安全生產過程中，礦區內部地理環境、條件等具有一定的復雜性，監控難以實現無死角監測，充分將無人機與視頻監控設備聯合，可構建一體化巡檢體系。5G無人機將采集的數據信息，可聯合大數據、人工智能等技術，面向全方位覆蓋的智能化安全監控系統的補充和延伸手段。

2.5 5G+智能傳感

礦區實際開展生產活動具有一定的綜合性、復雜性，特別是井下開采作業，實際操作環境較為惡劣，存在多個安全隱患，充分利用智能化手段，最大限度發揮傳感器的作用，對現場溫濕度等進行實時收集，第一時間發現異常狀況，精準估測存在的不足和風險，為后續故障的排查和處理提供參考。井下布設大量傳感器通信難度較大，通過“5G+智能傳感”選用低耗傳感器和5G通信技術，最大限度凸顯5G網絡實際高效化傳輸的特征和優勢，將井下傳感器自動化收集等信息傳輸平臺內，借力各類先進的技術對數據資源展開系統性分析，估測不同種類安全風險，顯著提升智慧化礦山安全生產水平，尤其是保證整個井下開采安全性。

3 智慧化礦山建設中5G網絡關鍵技術

3.1 網絡切片技術

5G網絡切片技術作為井下開采工作實施的基礎和前提，其主要構成主要為無線網、傳輸網等，無線網切面可實現多元化場景，以業務和資源實際基本需求為核心，自由、靈活對整個切片做好劃分。5G傳輸網切片最具典型的優勢是軟硬切片，針對不同種類業務進行合理化配置，積極選取SR隧道技術可保證軟隔離切片等技術重復性使用，將其用于安全要求較低、延時不敏感的業務開展場景中，獲取較佳的應用成效，5G核心網積極獨立支持媒體面、控制面單一化使用方式。結合不同業務工作實施的基本要求，合理應用網絡切片技術，礦山井下開采具有一定的復雜性，可按照整個業務實際流向逐步建立專項5G網絡，結合常規移動終端數據業務，分配網絡切片標示為公網切片，利用整個運營商公網進行訪問核心互聯網；針對礦區內自動化駕駛、無人機操作等活動實施，可積極配置專項的礦區專網切片，保證整個業務持續性升級和優化，促使最終獲取數據更具安全性、可靠性。

3.2 超大寬帶技術

超大寬帶技術是5G網絡設計下最為核心的技術，其可充分結合實際狀況開展工作，保證礦山選用超高視頻等技術高效化應用，智慧礦山正式建立完善的5G網絡時，應建議從多視角著手，寬帶自身工作速度大幅度提升，回傳接入層顯著增強和提升，其中50GE選用PAM編碼技術，重新使用25G光芯片，以較低成本實現速率翻倍目標；充分以FlexE接口綁定技術，將若干個100GE接口實現通路，保證寬帶選取更具自由化、靈活化。網絡不同環節款待是發揮5G網絡的核心能力，相較于整個4G網絡其自身多方面功能顯著增強和提升，智慧礦山以5G網絡為核心背景，掌握業務應用需求和場景，保證各類應用更具針對性和專項性，降低網絡應用成本支出。

3.3 超低時延技術

遠程化控制各類機械設備，無人駕駛礦用卡車等現代化、智能化，作為現下生產核心代表，對5G網絡的應用提出新的要求和挑戰，傳輸網時延實際構成包含光纖時延、設備轉發等，前者主要以光纖作為傳播介質，實際傳輸時間和效率有待提升，為縮短整個延時建議提出可行性較高策略和方法，是不斷優化和調整網絡途徑的方法和策略。國內外多個研究學者加大空芯光纖技術實際開發和研究，保證信息傳播效率顯著提升，從本質層面降低實際傳輸時延，但實際距離實用化仍存在一定差距。5G傳輸設備應用過程中，可選取先進的技術和方法，將原有單一節點時延降低至微秒，顯著提升其工作效率，結合智慧化礦產用于實踐項目中，建立完善的5G網絡時，將網絡架構、設備節點等多個層面為核心，保證時延最優化。

4 基于5G技術智慧礦山應用前景

4.1 井下可視化界面應用

井下作業進行監控可視化，是智慧化礦山達成數字化、智能化的核心和切入點，實現可視化目標對整個網絡寬帶提出更高的要求，應保證其穩定性、安全性達標。5G網絡的應用需符合上述要求，提高實際數據信息傳輸效率及質量，礦井下布設合理的監測設備，將其用于動態化采集相關井下不同工作崗位的相關信息，對各類設備工作狀況自由合理調整和優化，建立完善、真實的三維化工作場景，呈現清晰的監控畫面，實現井下作業全過程閉環控制，全方位明晰井下作業實施狀況。

4.2 遠程實時監控預警的應用

礦山具備先進的井下監控系統，有助于結合井下實際工作狀況，對其開展全方位、動態化監測，但內部數據管理建議從不同子系統提取工作實施畫面，將數據反饋傳輸至數據庫內完成自動化存儲和處理，對井下場景進行全方位監控。該監控方式具有滯后性，合理化應用5G組網技術，將各系統數據庫與整體數據庫進行連接，保證數據實現共享和交換，是達成遠程化監控和預警的前提。智慧化礦山通信網絡技術可從本質層面確保監控終端工作實現高質量銜接，井下監控點預先發送警示后，內部子系統動態化發送相應的指令，積極選取先進的跟蹤技術，逐步向管理平臺持續性輸入相應的警報、監測數據信息，自動化開啟監控設備和范圍內多元化隱藏信息，將其持續性傳輸至管理平臺，管理平臺與管理終端相連接的手機觸動預警系統后，及時發出相應的報警信息，監控人員可通過移動終端動態化獲取井下作業的相關數據信息，完成對井下三維場景動態、遠程化監控。

4.3 大數據挖掘技術的應用

各類先進技術的興起和發展，大數據挖掘和分析技術作為智慧礦山重要的基礎技術，其對整個井下作業的實施十分關鍵。礦井形成安全隱患并非是單一因素決定，處于多重因素作用下產生，分析礦山安全隱患時，5G網絡技術為大數據深度挖掘和分析提供新的平臺，促使信息傳輸更具便捷性、可靠性，實現對不同子系統動態化數據收集和匯總展開精準性分析，根據分析的結果自動化判定報警真實性、準確位置，進而綜合評估作業區域內瓦斯或其他災害的危險性。

5 結語

礦山開采逐步從原有粗放式管理轉變為精細化，各類先進技術的興起和應用，為智慧化礦山建立注入活力，逐步實現礦山開采少人化、無人化，5G技術憑借自身優勢，賦能智慧礦山目標的達成，積極構建相應的應用場景，減少現場作業風險，提高礦山開采水平。