探討5G技術(shù)在煤礦智能化建設(shè)的應(yīng)用

摘""要：隨著我國信息技術(shù)的發(fā)展，煤礦行業(yè)也在加快智能化建設(shè)，5G技術(shù)作為移動通信技術(shù)現(xiàn)階段最先進(jìn)的技術(shù)，其以高速率、低延時以及高可靠性等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于煤礦行業(yè)智能化建設(shè)中。基于此，對5G技術(shù)在煤礦智能化建設(shè)的應(yīng)用進(jìn)行研究，通過分析其目前應(yīng)用現(xiàn)狀，總結(jié)其在煤礦智能化建設(shè)中存在的挑戰(zhàn)，并以此提出了相應(yīng)的可行性措施，以期為相關(guān)部門提供參考。

關(guān)鍵詞：5G技術(shù)""煤礦智能化建設(shè)""網(wǎng)絡(luò)安全""移動邊緣計算

中圖分類號：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

煤礦作為我國主要的基礎(chǔ)能源，對于我國社會生產(chǎn)力與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都有著非常重要的影響。然而，煤礦行業(yè)的安全事故一直都是制約和困擾其發(fā)展的主要因素，雖然在煤礦開采、掘進(jìn)等過程中都提前做了安全事故防范，但是依然被頻繁地爆出安全事故。信息技術(shù)的發(fā)展給煤礦行業(yè)帶來了發(fā)展方向，通過智能化的建設(shè)，不僅可以提高生產(chǎn)效率，還可以強(qiáng)化其安全保障，進(jìn)而促進(jìn)了煤礦企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。5G技術(shù)的應(yīng)用給煤礦智能化建設(shè)提供了技術(shù)支持，但是在具體的應(yīng)用過程中，其還面臨著成本高、建設(shè)周期長、網(wǎng)絡(luò)安全等問題，影響著智能化建設(shè)質(zhì)量[1]。本文對5G技術(shù)在煤礦智能化建設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行深入的探討和分析。

1""5G技術(shù)的基本概述

5G技術(shù)是最新一代蜂窩移動通信技術(shù)，它是由國際電信聯(lián)盟組織（International"Telecommunication"Union）制定的移動通信標(biāo)準(zhǔn)，正式名稱為IMT-2020。5G技術(shù)不是一個單一的無線接入技術(shù)，也不全是全新的無線接入技術(shù)，其是新舊無線接入技術(shù)的融合，具備高速率、低時延、多連接等特點(diǎn)。其中：高速率，即數(shù)據(jù)傳輸速率峰值速率達(dá)到10～20"Gbit/s，可以滿足高清視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)等大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)男枨螅坏脱訒r，即空中接口時延低至1"ms，能夠滿足自動駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療等實(shí)時應(yīng)用的需求；多連接，即具備百萬連接/平方公里的設(shè)備連接能力，為物聯(lián)網(wǎng)通信提供了強(qiáng)大支持。將其應(yīng)用在煤礦行業(yè)中，不僅可以保障其生產(chǎn)安全，還能提高其生產(chǎn)效率，更能促進(jìn)煤礦行業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型。

2""5G技術(shù)在煤礦智能化建設(shè)中的應(yīng)用

2.1""智能化煤礦系統(tǒng)的建設(shè)

基于5G技術(shù)在煤礦智能化建設(shè)中，首先就要對煤礦的整體架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。該系統(tǒng)是一個扁平式的架構(gòu)，主要包含場景化應(yīng)用、綜合管控以及監(jiān)測控制3個模塊。其中：場景化應(yīng)用主要就是提供定位導(dǎo)航服務(wù)，其還分為配煤調(diào)度、智能開采、智能掘進(jìn)、煤流平衡、物料運(yùn)輸、電力監(jiān)測、通風(fēng)聯(lián)動、瓦斯監(jiān)測以及人員違章9個模塊；綜合管控主要就是提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，其又分為綜合決策、生產(chǎn)調(diào)度、采購銷售、安全管控、人才培訓(xùn)、遠(yuǎn)程遠(yuǎn)維7個模塊；監(jiān)測控制主要是提供現(xiàn)場化敏捷控制微服務(wù)，其可以對采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架、帶式輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行位置、姿態(tài)、速度、溫度、壓力、流量、瓦斯、粉塵、通風(fēng)等進(jìn)行監(jiān)測和控制。該系統(tǒng)的建設(shè)，不僅實(shí)現(xiàn)了煤礦生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)戎悄芑€通過對煤礦內(nèi)部環(huán)境和設(shè)備的全天候監(jiān)測和智能分析，提高了煤礦安全生產(chǎn)的準(zhǔn)確性和可靠性，減少了事故的發(fā)生[2]。

2.2""移動邊緣計算

移動邊緣計算就是指利用5G技術(shù)的優(yōu)勢，在移動網(wǎng)絡(luò)邊緣提供IT服務(wù)和云端計算功能，其通過將計算和存儲資源部署在網(wǎng)絡(luò)邊緣的節(jié)點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的本地化處理和存儲，從而減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t，提高網(wǎng)絡(luò)性能。移動邊緣計算在5G技術(shù)的支持下，可以通過邊緣算法對攝像頭采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以便對不同的設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)的定位、實(shí)時的控制，然后再利用5G技術(shù)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸能力，將信息快速地傳輸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)煤礦作業(yè)中的實(shí)時遠(yuǎn)程控制。并且，在實(shí)時監(jiān)測中，如果發(fā)現(xiàn)任何異常情況，都會通過移動邊緣計算發(fā)出報警，這樣可以幫助煤礦相關(guān)人員提前預(yù)警潛在的安全風(fēng)險，從而最大限度地保障了礦工的安全。以煤礦的生產(chǎn)運(yùn)輸為例，移動邊緣計算可以通過皮帶磨損、皮帶跑偏、皮帶異物、皮帶堵料、皮帶撕裂等算法對煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，實(shí)時掌握煤礦生產(chǎn)運(yùn)輸狀態(tài)。

2.3""無人駕駛

無人駕駛技術(shù)主要包括線控礦卡、智能云控平臺、無人駕駛系統(tǒng)、協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)等關(guān)鍵組成部分，這些技術(shù)在5G技術(shù)的協(xié)同工作，使得礦用車輛能夠自主感知環(huán)境、規(guī)劃路徑、避障和完成作業(yè)任務(wù)。煤礦無人駕駛車輛配備了多種傳感器，如激光雷達(dá)、攝像頭、毫米波雷達(dá)等，通過開發(fā)5G通信基站和實(shí)時控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)對礦山環(huán)境的全面感知。通過多模態(tài)使用“BEV+Transformer+OCC”高階方案，提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和魯棒性，確保在各種環(huán)境下都能準(zhǔn)確檢測和識別各類車輛及障礙物，即使在惡劣環(huán)境下，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確識別和應(yīng)對各種安全隱患，保障無人駕駛車輛全天候高效作業(yè)。5G通信基站是煤礦智能化建設(shè)的基礎(chǔ)，應(yīng)用過程中，通過基于5G技術(shù)的通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，可以讓數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的傳輸和處理，以保證信息的實(shí)時性和準(zhǔn)確性，通過協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)，還可以實(shí)現(xiàn)對超大規(guī)模全礦的有人+無人礦卡的混編、混行調(diào)度，大大提高了生產(chǎn)效率。例如：黑岱溝露天煤礦就是以5G技術(shù)，通過無人駕駛來加強(qiáng)智能化的建設(shè)，目前已累計開通了48座5G基站，有47臺礦用卡車實(shí)現(xiàn)了無人駕駛，日均出煤量達(dá)4.5萬t，原煤回采率提高了20.8%，僅去年一年就增加收益2.964億元，累計運(yùn)輸6.2萬車次，里程高達(dá)28.3萬km，完成剝離量691.5萬m3，有效提高了煤礦整體的作業(yè)效率[3]。

2.4""遠(yuǎn)程協(xié)同運(yùn)維

煤礦井下作業(yè)環(huán)境比較復(fù)雜，工作空間也比較狹小，且其井下的設(shè)備、系統(tǒng)等需要定期地進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。傳統(tǒng)的認(rèn)識，就是依靠人工，通過安排專門的人員定期對設(shè)備、系統(tǒng)進(jìn)行檢測和維修，煤礦智能化的建設(shè)，就可以利用5G技術(shù)建設(shè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，由機(jī)械取代人工來對井下的設(shè)備進(jìn)行維修和養(yǎng)護(hù)，有效地保證了井下人員的工作安全。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)還可以通過圖像識別技術(shù)對煤礦的視頻監(jiān)測畫面進(jìn)行分析，進(jìn)行人員行為識別、設(shè)備狀態(tài)識別、環(huán)境風(fēng)險識別、安全著裝識別。其中：人員行為識別包括吸引識別、睡崗識別、離崗識別、人員聚集識別、人員摔倒識別、危險區(qū)域人員闖入識別、打電話識別；設(shè)備狀態(tài)識別主要就是皮帶磨損、偏低跑偏、異物識別；環(huán)境風(fēng)險識別主要就是爆破警戒、煙霧火焰識別、裸土識別；安全著裝識別主要就是安全帽識別、皮膚裸露識別等，通過人員行為算法，遠(yuǎn)程協(xié)同運(yùn)維，可以實(shí)時判斷其是否有違規(guī)行為，并第一時間進(jìn)行報警或采取必要的救援措施，從而最大限度地保障井下作業(yè)安全。

2.5""切片技術(shù)

切片技術(shù)基于5G技術(shù)可以根據(jù)煤礦的具體需求，定制出適合其業(yè)務(wù)特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)切片。例如：針對煤礦井下通信環(huán)境復(fù)雜、設(shè)備眾多、數(shù)據(jù)流量大等特點(diǎn)，可以定制出高帶寬、低時延、高可靠性的網(wǎng)絡(luò)切片，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的虛擬化和軟件定義，使網(wǎng)絡(luò)配置更加靈活、易于擴(kuò)展。以智能采掘和生產(chǎn)控制為例，利用切片技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵大型煤機(jī)裝備對5G通信的支持，從而開發(fā)基于煤礦5G網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)實(shí)時性控制平臺。該平臺基于三維模型，實(shí)時地展示煤礦開采工作面成套裝備的姿態(tài)和動作，并對關(guān)鍵的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等進(jìn)行實(shí)時收集，以圖表、曲線、柱形等方式進(jìn)行1∶1展示，而且通過固定視角多場景模塊化組合、分屏展示、自由漫游等不同的展示方式，可以直觀地觀看這些數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了直觀、高效的人機(jī)交互體驗[4]。

基于5G的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)井下可視化通信、實(shí)時高清視頻傳輸、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)采集等功能，從而滿足環(huán)境監(jiān)測與安全防護(hù)的海量高清視頻數(shù)據(jù)承載需求，并且實(shí)時監(jiān)測礦井內(nèi)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如瓦斯含量、水位、一氧化碳含量等，在數(shù)據(jù)超過預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)時觸發(fā)聲光報警器，提高生產(chǎn)安全性。煤礦可以研制支持5G高精度定位技術(shù)的基站、終端及礦用傳輸?shù)仍O(shè)備，實(shí)現(xiàn)井下人員及裝備定位與信息實(shí)時交互，滿足井下巡檢需要，5G切片技術(shù)助力煤礦實(shí)現(xiàn)井下裝備和人員的實(shí)時定位，通過智能終端的主動推送功能自動識別其他移動終端設(shè)備并按需推送相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)井下信息的泛在感知和共享，有效促進(jìn)了煤礦企業(yè)的智能化建設(shè)。煤礦智能化系統(tǒng)涉及多個業(yè)務(wù)場景，如采煤、通風(fēng)、排水等，每個場景對網(wǎng)絡(luò)性能的需求都有所不同，5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可以為煤礦智能化系統(tǒng)提供定制化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，根據(jù)不同業(yè)務(wù)場景的需求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置和優(yōu)化，以滿足各種業(yè)務(wù)場景對網(wǎng)絡(luò)性能的需求，提高系統(tǒng)的整體性能。在安全性保障方面，5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的邏輯隔離特性使不同業(yè)務(wù)之間的數(shù)據(jù)互不干擾，有效避免了數(shù)據(jù)泄露和攻擊的風(fēng)險。同時，結(jié)合加密和認(rèn)證技術(shù)，可以進(jìn)一步保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕_保煤礦智能化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行[5]。

3""對5G技術(shù)在煤礦智能化建設(shè)中應(yīng)用的思考

隨著科技的不斷進(jìn)步，煤礦智能化已經(jīng)成為推動行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵力量，其中，5G技術(shù)的應(yīng)用為煤礦智能化注入了新的活力，其不僅提升了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎头€(wěn)定性，還推動了煤礦智能化向更高層次發(fā)展。

3.1""定制化服務(wù)

煤礦生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜多變，不同礦區(qū)、不同作業(yè)面對于數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟾鳟悾S著5G技術(shù)的深入應(yīng)用，設(shè)計人員可以根據(jù)煤礦生產(chǎn)的具體需求，定制出符合其特定需求的網(wǎng)絡(luò)切片。這種精細(xì)化的服務(wù)定制，使數(shù)據(jù)傳輸更為高效、穩(wěn)定，滿足了煤礦生產(chǎn)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫€性化需求。例如：無人化采煤技術(shù)，結(jié)合5G切片技術(shù)，設(shè)計人員可以實(shí)時調(diào)整預(yù)置參數(shù)，以適應(yīng)煤層厚度、走向的變化，確保無人化采煤的常態(tài)化運(yùn)行。

3.2""智能化升級

通過5G技術(shù)的靈活配置，可以實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)過程中的自動化、智能化升級。例如：在塔然高勒煤礦的智能裝車系統(tǒng)中，通過5G切片技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)全流程智能化裝車，自動識別列車車次、車號、車皮型號等信息，提高裝車速度與質(zhì)量，滿足不同煤炭品種裝車轉(zhuǎn)運(yùn)的專業(yè)化、大型化、高效環(huán)保的物流需求。寺河礦在推進(jìn)智能化轉(zhuǎn)型的過程中，也充分利用了5G技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)控制系統(tǒng)的快速適配和升級。

3.3""安全性提升

通過5G技術(shù)的隔離性，可以確保煤礦生產(chǎn)數(shù)據(jù)的安全性，防止數(shù)據(jù)泄露和攻擊，保障煤礦生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。在復(fù)雜的煤礦生產(chǎn)環(huán)境中，這種安全性的提升尤為重要，它提供了堅實(shí)的保障，使得煤礦企業(yè)可以更加放心地推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)。

4nbsp;"結(jié)語

綜上所述，5G技術(shù)在煤礦智能化建設(shè)中發(fā)揮著重要作用，不僅提高了煤礦的生產(chǎn)效率、安全性和環(huán)保性，還推動了煤炭行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。5G移動邊緣計算、網(wǎng)絡(luò)片切等技術(shù)在煤礦作業(yè)場景的應(yīng)用為煤礦帶來了定制化、高效化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，支持了煤礦在智能采掘、環(huán)境監(jiān)測、巡檢安防和無人駕駛等多個方面的應(yīng)用，提高了煤礦生產(chǎn)的安全性和效率。隨著5G技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善，其在煤礦領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更加廣闊，也會促進(jìn)煤礦行業(yè)智能化的發(fā)展，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)國家礦山安全監(jiān)察局提出的“到2026年智能化礦山產(chǎn)能占比不低于60%，智能化工作面常態(tài)化運(yùn)行率不低于80%，打造一批單班作業(yè)人員不超50人的智能化礦山”的目的。

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