5G技術的“智慧礦山”建設研究

楊小利

（陜西煤業化工集團孫家岔龍華礦業有限公司，陜西榆林 719300）

近年來，我國5G技術得到了迅速發展，在多個領域中獲得了良好的應用效果。礦業是我國經濟發展的重要基礎，正朝著信息化以及智能化的方向發展。在智慧礦山的建設過程中，相關礦產企業應積極加強對5G技術的應用力度，充分發揮5G技術的網絡優勢，進行現有礦山管理模式的優化與創新，使智能化技術有效融入礦山生產管理工作中，對智慧礦山的發展具有非常重要的意義。

1 智慧礦山建設的背景概述

礦產資源是我國經濟發展的重要基礎，但在以往的礦山生產過程中，存在管理過于粗放的問題，安全事故頻發，對我國礦產領域的發展造成了比較大的影響。除了安全生產問題外，我國礦產開采過程還存在一定的用工荒問題，部分礦產企業甚至出現嚴重的招工困難情況。在這一形勢下，需要積極創新與完善礦山生產管理模式，加強機械化生產以及智能化管理力度，以滿足礦山生產的實際需求。2010年，智慧礦山理念傳入我國，為礦產領域生產優化提出了新的思路。

智慧礦山主要指將人工智能、工業物聯網、云計算以及大數據等技術與現代煤炭開發利用進行深度融合，構建全面感知以及實時互聯的智能控制系統。應用智慧礦山系統能夠實現對礦山生產全過程的有效管理，實現經營安全的智能化運行，進一步提升礦山生產的安全性與可靠性。我國智慧礦山建設發展階段比較晚，在工作開展過程中，存在研究滯后情況，也存在智能化建設技術標準與規范缺失等問題，難以滿足礦山企業的具體運營需求。

2 5G技術在智慧礦山建設中的應用重要性

5G技術是繼4G技術后的通信技術延伸，具備大帶寬、低延時的優勢，可以實現不同應用場景信息的高效交互，對傳統產品發展具有非常重要的作用。應用5G技術能夠對傳統的產業發展起到良好的重塑效果，滿足企業的數字化轉型需求，實現各項生產工作與移動應用的深度融合，對現有的應用服務進行創新。

在智慧礦山建設過程中，需要實現礦山的數字化，保障數據與信息的有效融合。在礦山生產過程中應用5G技術時，礦山位置相對比較偏僻，網絡信號比較差，經常需要單獨建網，5G技術自身具備建網邊界的應用優勢，能夠滿足智慧礦山的建設需求。在礦山生產過程中，大部分的工程機械均處于移動狀態中，需要經常進行爆破作業，導致光纖通信的不確定性較大，需要通過5G等無線通信技術進行作業。

礦山5G網絡試點的應用過程中，其能夠在結合人工智能AI的基礎上，通過傳感技術、海量數據存儲技術以及地理信息系統等多種技術手段，推進工業網絡平臺建設力度進一步增大，實現礦山生產過程中的遠程集中控制以及業務控制，滿足礦山智能化生產的實際需求。

3 5G技術在智慧礦山建設中的具體應用

3.1 5G+遠程控制

礦山開采作為礦山生產運行全流程中的一個重要環節，其開采效果會影響礦山企業的自身權益。但在傳統的礦山開采作業中，采礦工作人員需要長期在礦山內部進行工作，需要面臨比較惡劣的工作環境，空氣污染、設備噪聲會嚴重威脅工作人員的人身健康。

應用遠程控制技術能夠促進礦山開采朝著安全以及綠色的方向發展，在保障礦山生產安全性基礎上，對現有的工作環境起到良好的改善效果。遠程控制技術應用過程主要由近端的控制網、通信網絡以及遠端受控方三部分構成。控制方能夠在結合現場施工環境基礎上，對網絡上傳的圖像進行判斷，進行操作指令的下放，受控方在獲得控制指令后執行具體操作，確保礦山生產環節始終處于良好的運行狀態。

在礦山遠程控制系統中，通信網絡的信息傳輸性能直接關系遠程控制系統的運行可靠性，5G通信技術擁有高帶寬、傳輸可靠性高以及靈活性比較強的應用特點，在環境復雜的礦區內也能夠較好地實現網絡接入，滿足礦山遠程控制系統的通信需求。

在遠程控制系統中應用5G網絡技術，具有超低時延以及超大帶寬的應用優勢，能夠滿足高清視頻以及低時延業務的具體傳輸需求，是現階段遠程控制中通信技術的應用熱點以及主流研究方向。近年來，我國5G通信技術已經得到進一步的優化與完善，在智慧礦山的建設過程中，較多礦山企業開始加強5G+遠程控制的研發與探索力度，獲得了良好的研究效果。

3.2 5G+無人駕駛

礦山卡車在駕駛過程中需要面臨復雜的礦區環境，對駕駛員的專業素質以及技能水平提出了非常高的要求，在駕駛員入職后，需要經過一段時期的系統化培訓，合格的礦山駕駛員數量不足。

在露天礦區的卡車運輸過程中，除運輸條件比較惡劣，駕駛員們還需要面臨天氣變化以及特殊道路等多種特殊情況，具體駕駛過程存在一定的運輸安全風險。

在以往的礦山生產過程中，經常出現礦山卡車駕駛導致的安全事故。在智慧礦山系統建設過程中，需要積極地應用無人駕駛技術，實現對礦山資源的有效運輸，在保障礦山資源運輸安全性基礎上，有效地降低人工成本，提升礦山企業的經濟效益。

為了保障礦山的運輸安全性，提升生產效率以及運營成本，國內外均加大對無人駕駛礦山卡車的研究力度，獲得了良好的應用效果。美國卡特公司在20世紀80年代開始進行自動化礦用卡車的研究，2012年開始應用無人駕駛礦用卡車進行生產。我國2018年于白云鄂博礦區首次完成國內無人駕駛礦用卡車的現場試驗。

無人駕駛礦用卡車的研究過程中，需要具有高實時性的通信信息處理系統作為支撐，確保車輛能夠對周邊車況進行實時識別，提升車輛的運行智能化水平。通過5G通信技術的應用，能夠為無人駕駛技術的應用提供良好的通信環境，通信過程中的時延指標只有4G網絡的幾十分之一，滿足無人駕駛技術在應用中的通信需求。在智慧礦山系統的建設過程中，應用5G通信技術可以實現無人駕駛礦用卡車的通信支撐，促進礦山無人駕駛卡車的運行可行性以及安全性。

3.3 5G+超高清視頻

礦山生產過程中還存在比較多的安全隱患，礦山企業應加強對安全生產管理工作的重視度。在現有礦區作業過程中存在作業區域大、人員車輛數量比較多的特點，在以往的人為管理模式中，礦區企業主要使用安排巡檢隊伍開展安全巡查的方式進行管理，具備安全管理效率低下、人力成本較高的特點，無法滿足全天候、全覆蓋的安全生產管理需求，對不規范作業等問題，難以起到良好的防控效果，容易導致一系列生產安全事故的發生。

應用視頻監控系統可以促進礦山安全生產管理水平的進一步提升。超高清視頻技術作為一種新型安全監控管理技術，與普通視頻技術相比，該技術的視頻清晰度以及通暢性得到顯著提升，8K超高清食品的像素點能夠提升16倍，其采樣率與分辨率等關鍵指標得到大幅度的優化。此外，超高清視頻不僅是視頻技術的演進，還能夠實現視頻技術與人臉識別、行為預判等智能技術的有效融合，對礦山企業現場監控水平的提升具有非常重要的意義。

構建智慧礦山智能化監管系統的模式，可以將超高清視頻技術應用到礦山的安全生產管理工作中，實現對礦區內人員設備、環境以及車輛運輸的全面管理。通過機器學習以及大數據分析等新型技術手段，對礦山生產中的安全隱患進行及時分析與自動響應，借此獲得良好的安全管理效果。通過5G技術的應用，能夠滿足超高清視頻業務的數據傳輸需求，保障超高清視頻的傳輸質量，是超高清視頻監控系統自身作用得以發揮的基礎保障。

3.4 5G+無人機

近年來，我國無人機技術得到非常迅速的發展，在多個領域中均獲得良好的應用效果。礦山生產管理過程需要面臨復雜的地理環境，視頻監控系統無法實現無死角的視頻監控。通過無人機聯用視頻監控技術，能夠進行空地一體化立體安全巡檢體系的構建，促進礦山企業的生產管理水平進一步提升。此外，在礦山生產中出現運行事故后，通過無人機技術能夠實現對事故發生區段的有效探測，減少人員探測可能導致的安全事故，保障人員的安全性。

為了發揮無人機技術的應用效果，需要利用5G網絡技術的超低時延傳輸優勢，幫助無人機實現超高清視頻的采集以及精準定位工作。通過5G通信技術的應用，能夠幫助無人機采集工作結合人工智能以及大數據分析技術，促進生產現場的監管范圍進一步提升，有效降低現場的作業風險。

4 結語

智慧礦山時礦區生產管理轉型升級的重要發展方向，我國礦山企業應加強對智慧礦山的重視力度，促進礦山生產效率以及安全性進一步提升。通過5G通信技術的應用，能夠為智慧礦山的建設提供良好的通信條件，為遠程控制、高清視頻監控、無人機技術以及無人駕駛技術的實現提供技術支撐。我國礦山企業應當在5G技術支撐下，不斷完善現有的智慧礦山系統，對礦山企業市場核心競爭力提升具有積極的意義。