基于5G技術的綜采工作面智能排水系統探討

申海利 王慧芳 張慧軍

摘? 要：礦山智能化是煤炭工業高質量發展的必然趨勢，而5G技術為助力礦山行業轉型升級奠定了堅實基礎。本文從目前我國綜采工作面排水系統存在的問題著手，基于5G技術大帶寬、低時延、廣連接等特性，探討了基于5G技術的綜采工作面智能排水系統的基本原理和構建，并對其基本運行進行了簡明概述。

關鍵詞：智能化;5G技術;排水系統

引 言

排水系統作為綜采工作面五大系統之一，其主要任務是使回采過程中產生的裂隙水、巖溶水等及時得到抽排，避免工作面大量積水影響通風斷面和安全生產，以及水害事故的發生。目前，我國綜采工作面排水系統存在自動化程度低、耗電量大、人工成本高等問題，不僅嚴重影響排水效率，還提升了系統整體故障排查難度。煤礦智能化轉型是大勢所趨，對提升煤礦安全生產水平、保障煤炭穩定供應具有重要意義[1]。近年來，高河能源堅持走數字化、網絡化、智能化發展道路，積極引進智能化礦井建設新技術、新工藝，智能化礦井建設更上新的臺階。基于此，進行綜采工作面智能化排水系統建設探討，具有重要意義。

1 5G技術

煤礦智能化是以安全、高效、綠色為目標，運用物聯網、大數據、云計算、移動互聯等技術手段，構建具備“人、機、環”信息全面感知、自主融合、動態辨識、有效預警、協同控制的智能系統，實現按需生產和“人、財、物”高效流轉。但目前我國煤礦智能化建設面臨諸多問題，最為突出的是，我國94%的煤礦為井工煤礦，現有井下千兆工業以太網數據傳輸、可靠性、兼容性都難以滿足智能化建設需求。而5G技術可以有效解決礦井現有網絡存在的問題，快速低延時數據傳輸，多種傳感數據兼容共享，能夠與智能化礦井開采技術、大數據信息平臺等進行有效融合，實現智能數據從獲取、傳輸、監測監控、分析決策、動態預測預警、協同控制等多方面的智能控制。

2基于5G技術的智能排水系統基本原理

5G技術具有低時延特性，結合現有智能化大數據平臺，可將時間敏感型數據分析應用遷移至邊緣側，提高數據訪問速度，結合多樣化傳感器，實現對采掘設備的工況、關鍵部件進行監測與保護，實現對煤礦井下綜采、掘進、排水、通風、運輸、變電等方面的集中遠程控制管理，對提高礦井的供電安全、集中管理、集中調度、高產高效具有至關重要的作用。 基于5G技術的智能排水系統是基于5G高效數據傳輸特性，構建抽排水定點監測、數據智能傳輸和分析、信號控制和指令發送、指令執行等智能化排水系統。即通過在在井下綜采工作面每個抽水點處安裝高清攝像頭，對每個抽水點進行實時水量監測，基于5G和工業環網組成的高速網絡將抽水點高清數據傳輸至控制中心進行分析，待某個抽水點需要抽水時，控制中心通過控制軟件選擇對應抽水點的控制按鈕，向智能開關發出啟動信號，信號數據通過井上、下的5G網絡發送給目標無線信號控制器，向智能開關發出啟動信號，啟動信號通過然后通過控制器控制抽水泵開關啟動，開始抽水。同理，待抽水完成后，同樣發出停止抽水信號，停止抽水。

3 智能化排水系統基本組成

智能化排水系統實現綜采工作面排水系統各個抽水點抽排水的自動控制，并對整個排水系統進行實時監測，保證排水系統整體運行正常。基于此，智能化排水系統可以分為井上和井下兩部分，井上部分主要為排水系統控制中心，包括抽水點在地面的工業電視顯示終端，及相應的配套控制軟件。井下部分主要包括井下5G信號覆蓋、攝像頭、5G環境下的無線信號控制器、控制抽水泵啟停的智能開關。

3.1 井下部分

（1）5G信號覆蓋。為了實現抽排水信息數據的低延時高效傳輸，契合煤礦智能化建設和發展需求，必須構建井下與井上穩定、高效的信息傳輸網絡，5G技術因其獨有優勢，為構建信息傳輸高效通道提供了基礎。為了保證數據傳輸的全面性和穩定性，井下必須實現5G信號穩定全覆蓋。

（2）攝像頭。主要是用于對綜采工作面各個抽水點以及整個排水系統進行實時監測，對抽水點匯水情況等進行動態監測，作為整個排水系統控制信息的獲取終端。

（3）5G環境下的無線信號控制器。用來集中化控制5G環境下無線網絡接入點，是一個無線網絡的核心，負責管理井下5G環境無線網絡所有接入點，對接入點管理包括：下發配置、修改相關配置參數、射頻智能管理、接入安全控制等。

（4）控制抽水泵啟停的智能開關。

3.2 排水系統基本運行

綜采工作面排水系統及各抽水點高清攝像頭及抽水泵啟停智能開關組成了綜采工作面智能化排水系統模塊，排水系統模塊的數據信息和地理位置信息等（抽水點水位、泵站壓力、流量、水泵工作狀態、排水管路狀態、故障信息、電壓等）傳輸至5G智能網關，并通過井上下構建的5G信號網絡傳輸至井上排水系統控制中心，由此控制平臺進行數據分析處理，通過電腦端或手機端即可實現數據查看、修改、報警、統計、分析等，同時平臺也可下發采集及控制指令，通過5G網絡到達智能網關，下發至排水系統模塊，控制抽水泵啟停的智能開關接收指令后進行抽排水啟動和停止，以及排水系統故障消除。并將所有信息再返回至平臺，再進行數據分析及處理，提供智能化管理。每臺設備還有維保周期及相關的維保記錄，方便提合理地安排維保人員和維保設備;現場的視頻監控也可以通過5G網絡同步傳輸到后臺。

結 論

目前，5G+智能礦山建設面臨前所未有的發展機遇，也面臨著諸多阻力和困難。基于5G技術的綜采工作面智能化排水系統，是構建智能化工作面的重要組成部分，可以實現對排水系統的遠程監控和數據分析，并提供了更加便捷的設備管理，也是有效提升現有工作面排水工效、減少人工成本、降低工作面水害威脅的重要手段。

參考文獻

[1]王國法，劉峰，孟祥軍，等. 煤礦智能化（初級階段）研究與實踐[J]. 煤炭科學技術，2019，47（8）：1-35

[2]王國法，劉峰，龐義輝，等. 煤礦智能化——煤炭工業高質量發展的核心技術支撐[J]. 煤炭學報，2019，44（2）：349-357

作者簡介：

申海利（1978-），男，山西省長治市人，助理工程師，主要從事礦井機電方面工作。