“5G 技術”在智慧礦山建設中的應用

陳 斯

（中煤科工集團南京設計研究院有限公司，江蘇 南京 210031）

中國礦產資源的開采走過了原始階段、機械階段、數字階段。隨著近兩年國內市場的回暖，科技的發展，在煤礦企業和移動事業發展的背景下，跨向智慧的一步，并在技術開發與應用實踐中，致力于智慧礦山的長遠建設[1-3]。

1 智慧礦山建設的發展背景

煤炭是我國重要能源之一，瓦斯、粉塵、透水、火災、冒頂事故等都是安全事故的主要誘因，安全生產問題一直是礦山開采的最大威脅。我國近幾年出現了“用工荒”問題，礦企出現嚴重的招工困難問題，隨著人口老齡化的加劇，這種情況也愈發的嚴重。各個煤炭集團想要解決這個問題，提出了減人增效、機械化換人的目標。2010 年，智慧礦山概念從發達國家傳入我國，在礦業引起了震動并積極的探索。

智慧礦山是將人工智能、工業物聯網、云計算、大數據、機器人、智能裝備等與現代煤炭開發利用深度融合，形成全面感知、實時互聯、分析決策、自主學習、動態預測、協同控制的智能系統，實現煤礦開拓、采掘、運輸、通風、洗選、安全保障、經營管理等過程的智能化運行。

目前是智慧礦山建設發展的初級階段，工作存在研發滯后于企業發展需求、智能化建設技術標準與規范缺失、技術裝備保障不足、研發平臺不健全、高端人才匱乏以及煤礦企業的建設規劃水平參差不齊，智能化項目管控不到位，重投入輕效益，各單位和專業化系統獨成體系，個別系統形成信息“孤島”或是數字“鴻溝”，導致難以全面實現信息共享和高效集成運作等問題[2]。2020 年2 月國家發展改革委、能源局等8 個部委聯合印發《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》，加快推動煤礦智能化發展，使得建設智慧礦山是發展的趨勢。

2 “5G技術”在智慧礦山建設中的應用實證分析

5G 技術是第五代通信技術的縮寫，是繼4G 之后的延伸。5G 技術以其大帶寬、低延時和光連接的優勢打通了不同應用場景信息高效交互的統統，有利于重塑傳統產業發展，助力數字化轉型，和移動應用的深度融合，創新應用和服務[3]。

建設智慧礦山的前提基礎是礦山數字化，離不開數據和信息的高效融合，5G 技術適合礦山發展需求。一是礦山位置比較偏僻，網絡信號不好，因此需要單獨建網，5G 建網便捷；二是大部分工程機械處于移動狀態，礦山經常要爆破作業，全用光纖部署網絡很不現實；三是礦山包括“采、掘、運、風、水、電”六大生產環節，系統多傳輸數據量大，智能化控制需求增多，5G網速快、超低延時的特質給予了保證。因此5G 技術加持，可有效提升智能開采、智能掘進等場景控制水平和監測數據傳輸可靠性、可維護性，智慧礦山更高效、更安全。

礦山5G 網絡試點應用建設中滲透結合人工智能AI、精確傳感技術、海量數據存儲和互操作、地理信息系統和云技術；推進工業網絡平臺建設，實現遠程集中控制、業務系統、工控系統網絡資源共享等，保證各系統可實現主動感知、自動分析以及快速處理，最終達到少人化、無人化作業。未來煤礦建設主要包括智慧生產系統建設、智慧生產及管理系統建設、智慧安全決策系統建設三個方面。如今行業內建成了“有人巡視、無人值守”的智能化開采工作面、智能化皮帶集控系統、智能化排水自動化系統、智能電力監控系統等[4]。

具體應用案例及其相關成就和技術創新點如表1 所示。

3 “5G技術”在智慧礦山建設中的前景

作為物聯網應用的一個重要領域，實現對真實礦山整體及相關現象的可視化、數字化及智能化，將感知技術、傳輸技術、智能技術、信息技術、現代控制技術、現代信息管理技術等與現代機械加工技術緊密結合，將“5G 技術”融入礦山建設，通過智能信息技術的應用，形成了思考、反應和行動能力大大提升的層面，實現物物、物人、人人的全面信息集成和響應能力[4]。

（1）井下組網：在井下復雜環境下采用有線光纖+5G 微基站模式。大巷長度長、布置設備少，敷設條件好采用有線光纖；采煤工作面布置有采煤機、可彎曲刮板輸送機、轉載機、破碎機、乳化液泵站、可伸縮膠帶輸送機、液壓支架、機電設備列車等，掘進面布置掘進機、掘進轉載機、膠帶輸送機等，設備眾多且隨工作面移動的場所采用5G 基站。以有線與無線相結合，搭建快速的井下工業環網，提高采礦作業遠程操控精準度、視頻清晰度，提升生產效率。

（2）井下需要進行多系統融合，5G 中將對多種通信方法提供了一個統一的接入平臺[6]。通過標準接口API 接入系統并保持系統獨立，又利用新型技術如射頻識別技術、紅外感應技術、全球定位技術、激光掃描技術等各裝置，實時信息進行交換和通信。用戶通過統一的跨平臺身份認證方法，實現用戶通信的無縫連接服務[5]。

（3）井下設備需本質安全防爆型，加快建設合格井下5G 基站，推動我國智能礦山發展、智能化新模式。

表1 具體相關成就及技術創新

4 結語

“5G 技術”在智慧礦山建設中的應用，從大數據、云計算、移動互聯等新技術到制造技術的融合發展中，整體上以工業化、自動化、智能化技術，驅動了礦山的行業發展。在設備安全、工作組織、應用領域、資本競爭乃至未來系統化競爭格局中，充分打破了以往的人工挖礦、機械開采的弊端，在礦山開采未來的競爭中具有廣泛的應用前景。但探索工業與信息通信業融合創新、互促提升的創新發展之路仍舊任重而道遠。