煤礦智能開采初級階段問題分析與5G應用關鍵技術

朱文剛

摘要：隨著科學技術的不斷發展，各個行業都發生了極大的變化，智能化技術對于各行各業都帶來了新的機遇與挑戰。智能化技術在煤礦產業的應用處于初級階段，是煤炭產業變革的一個新的方向，是煤炭行業高質量發展的核心技術。煤礦產業的智能化發展主要方向是數據高效傳輸與有效利用，當前煤礦智能化面臨的問題主要是感知設備的可靠接入、智能終端低延時控制、大容量數據的高速傳輸等。為了進一步推動煤礦產業智能化開采的發展，本文著重分析了制約當前煤礦產業智能化發展進程的問題，詳細的闡述了5G智能化關鍵技術在煤礦產業中的應用。

關鍵詞：煤礦智能化;開采;5G技術;平臺建設;

隨著5G技術的研發與應用，5G技術在各行各業都取得了突破性的進展。煤礦產業的智能化在之前就已經提出，并且為了此目標而奮斗，5G技術的到來為煤礦產業智能化帶來了曙光。但是，5G技術在煤礦產業智能化中起到什么作用，如何能夠將5G技術更好的應用到智能化開采中，是當前迫切需要解決的問題。

一、當前煤炭智能化開采存在的問題

（一）智能化開采的局限性明顯

煤礦產業智能化通過多年的探索與實踐已經取得了初步的成果，獲得了諸多寶貴的經驗，主要有無人開采技術、人-機協同巡視技術、智能化開采裝備的研發等，但是，智能化開采技術仍然處于初級階段。智能化開采技術主要從三個方面敘述：感知環節、決策環節、執行環節。

目前，現有的傳感器可靠性差，容易損壞，且難以更換，感知的數據嚴重缺乏。而智能化開采主要依靠大量的感知數據。互聯網技術雖然在一定程度解決了這個問題，但是大量傳感器的無線實時傳輸、數據流量的管理等依然存在問題。煤礦智能化的開采系統是由諸多子系統組成的，不具備系統間聯動能力和全局掌控的能力，不利于智能化開采。某些執行機構依靠軟件無法精準的控制，新技術和裝備的使用不夠深入，使用中經常需要維修，各個獨立的子系統之間關聯匹配難度較大，不利于智能化開采的發展。

（二）智能化技術保障差

智能化開采的基礎是設備安全可靠，并且要達到自動化、信息化，但是，當前諸多基礎工藝、關鍵元部件、材料、精細化檢測、運行維護、控制軟件等存在問題。調查研究發現，諸多煤礦企業的機械化開采非常普遍，但是水平有限，設備的可靠性差，需要進一步提高。智能化是建立在大數據傳輸為基礎的，需要遠程監控得到可靠的數據，當前是4G網絡傳輸，難以滿足快速傳輸的要求，5G技術的到來，正好解決了這一需求。當前智能化開采等位置服務系統欠缺，未來若是想要連續作業，需要配置路徑規劃管控系統和導航硬件系統。

（三）煤礦企業的工業控制軟件自主性差

雖然目前國內對于智能化制造、人工智能的重視程度非常高，但是忽略了一個非常重要的工業基礎——工業控制軟件。前段時間，國外對國內華為等公司取消軟件授權，這件事應該引起國內的重視，若是煤礦產業的控制軟件被控，那么我國的能源安全將面臨巨大的、潛藏的危險。因此，煤炭以及其它行業的工業控制軟件必須要做到可以自主控制。

（四）煤礦智能化技術應用缺乏沉淀

煤礦產業應用的新技術主要有：人工智能化、云數據、移動互聯網、大數據、物聯網、區塊鏈等，從目前煤礦產業的實際應用情況來看，技術持有方缺乏行業相關專業知識，而應用方缺乏對技術的深入認識，兩方缺乏深入的交流和磨合，最終導致技術的研發與實際應用不足難以產生新的知識。例如，對現有的大數據算法研究的人有很多，但是真正能夠踏踏實實的獲取數據的人較少，進一步深入的研究信號源的特征獲取精確的數據的人更是鳳毛麟角，從海量的數據中清洗數據的人幾乎沒有。5G技術作為一種新的基礎技術，為其它技術的發展起到了高效、互聯互通的作用，但如何應用到煤礦產業中還需要一步步的實踐。

二、5G技術在煤礦智能化應用中的關鍵作用

根據前期的煤礦設計經驗，5G技術在煤礦智能化開采的應用主要以以下五方面為主。①頂級專業的設計系統。5G系統在應用時需要考慮地面應用需要、井下需要、內外網的安全需要，建立好核心的網絡構架，匹配好各個基站與應用場景之間的關系，規劃好終端形式。②靈活配置多種網絡融合。5G網絡技術與其它網絡技術之間并無矛盾，應該是互補關系，合理的利用資源，使得信息高效互聯互通。③嚴格控制各個轉換環節。5G在延時方面具有天生的優勢，信號通路的路由器會增加延時，因此，延時的應用場景要嚴謹的控制轉換的各個環節和數量。④優先考慮工業控制安全。工業控制場景必須通過光纖直接連接各基站和承載網，不能采用跳轉的方法，同時在網絡安全和網絡切片設計時要著重思考工業控制網。⑤垂直應用。5G設計主要有三大應用場景：大寬帶的應用、廣連接的應用、低延時的應用，煤礦企業5G技術的應用可以根據這三大特點進行單一或者組合開發，充分發揮5G優勢。

三、5G技術平臺建設的關鍵技術

1.微服務體系構建

微服務主要應用于單體。單體應用于一般同業務邏輯重復，應用的邊界不夠清晰，功能歸屬較為混亂，單體應用的增加會使得開發、部署、測試與維護變得異常困難。因此，需要重新部署與規劃各個系統的公共服務，只獲取所需要的數據，整個控制系統簡化，提升系統運行的效率。

2.邊緣計算的應用

邊緣計算主要是為了快速的服務響應與更加安全的數據保護。煤礦行業存在著大量的實時應用場景，對于安全的要求特別高，若在未來大規模的應用智能設備，多數計算與決策將在終端完成，就需要應用5G技術將煤礦的生產系統、管理控制系統重新規劃與梳理，打造更加安全的智能應用。

3.網絡切片的應用

網絡切片是5G技術的核心價值所在，以共享無線網絡、傳輸網絡、核心網絡為基礎，對特定的業務提供精準的服務。煤礦產業的場景較為復雜，擁有幾百個子系統，且各個系統的需求差異較大，采用網絡切片技術可以減少網絡建設的成本，提高網絡智能化水平，保持業務分隔，充分的保障業務的安全。

4.5G智能終端的研發

5G智能化的根基是5G技術的智能終端，為了確保5G技術的成熟，國家予以重視，并且大力支持，為5G技術服務實體經濟奠定堅固的基礎。但國內的技術積累不夠，場景的應用模糊。因此，煤礦行業需要積累智能手持終端、無人運輸車、虛擬開采等技術，逐漸形成自己的核心技術，為智能化開采服務。

5.5G應用場景的算法與軟件研發

智能化開采與以往的機械化開采是一個質的飛躍，將原始數據提取并凝練成“信息”，而不是原始的“信號”，通過感知提前制定計劃，而不是實時決策控制，這個過程中算法與軟件的研發特別重要，這是未來智能化的基本要求，也是當前面臨的巨大挑戰。

結束語

綜上所述，5G技術在煤礦智能化的研發與應用還有很長的一段路要走，用好5G技術，能夠更好的推動煤礦產業智能化的進程。

參考文獻

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