利用5G+技術(shù)推進(jìn)智慧化礦山建設(shè)探討

郭金

（鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)公司弓長嶺井下礦,遼寧 遼陽 111008）

礦業(yè)始終作為傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展的核心基礎(chǔ)，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)，由于其長期處于粗放式管理，導(dǎo)致開采效率低、污染高，且安全風(fēng)險(xiǎn)較大，難以滿足當(dāng)下新時(shí)期發(fā)展基本要求。礦產(chǎn)業(yè)處于人力勞動(dòng)、機(jī)械化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，5G技術(shù)將發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，為生產(chǎn)管理提供新模式，加速綠色、高效的智慧礦山建設(shè)，實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)井下開采智慧化目標(biāo)。為高質(zhì)量推動(dòng)5G技術(shù)在智慧礦山建設(shè)中應(yīng)用，積極發(fā)揮先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢，需積極結(jié)合實(shí)際狀況，構(gòu)建完善、合理的“5G+智慧礦山”體系，提高礦井作業(yè)實(shí)施水平。

1 5G+技術(shù)在智慧化礦山建設(shè)中價(jià)值分析

伴隨經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，原有采礦企業(yè)開采工作模式難以符合實(shí)際要求，加速行業(yè)轉(zhuǎn)型升級，對促進(jìn)智能化礦山發(fā)展十分關(guān)鍵。5G技術(shù)主要是指第5代移動(dòng)通信技術(shù)，是最新的蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，其與多個(gè)行業(yè)進(jìn)行深層次融合，形成智慧化管理系統(tǒng)。伴隨信息技術(shù)高速發(fā)展，5G+技術(shù)的推廣和應(yīng)用，打造更具智能化、智慧化的礦井建設(shè)平臺(tái)，為提高井下開采效率及質(zhì)量提供保證，其實(shí)際應(yīng)有優(yōu)勢包含以下幾方面：第一，優(yōu)化升級礦山信息化、現(xiàn)代化巡檢。充分結(jié)合實(shí)際狀況，利用5G將巡檢機(jī)器人、無人機(jī)做好充分連接，可動(dòng)態(tài)化將巡檢數(shù)據(jù)、視頻等做好分析和升級，將其動(dòng)態(tài)化傳輸至監(jiān)控指揮中心，其通過自身高速率、大容量等優(yōu)勢促使巡檢工作實(shí)施更具安全性、穩(wěn)定性，從本質(zhì)層面減少巡檢工作開展耗損人工，保證巡檢工作實(shí)施的成效，確保礦山安全性及可靠性。第二，簡化礦山井下作業(yè)操作。以人工模式為核心導(dǎo)向，積極選用采礦機(jī)械化手段開展各類工作時(shí)，井下作業(yè)人員生命安全難以確保，可最大限度應(yīng)用5G+技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無人化操作，減少各類安全隱患，人們處于室內(nèi)通過互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)便可完成遠(yuǎn)程操作，確保井下開采操作安全的同時(shí)，減少人員崗位配置，降低井下開采成本支出。第三，增強(qiáng)礦山數(shù)據(jù)的采集。礦山智慧化轉(zhuǎn)型最為重要的是數(shù)據(jù)采集，充分借助礦用物聯(lián)網(wǎng)，聯(lián)合使用5G網(wǎng)絡(luò)，動(dòng)態(tài)化掌握井下信息采集，從源頭層面減少傳輸施工、維護(hù)工作難度，有助于保證整個(gè)井下作業(yè)開展更具可靠性、安全性，減少作業(yè)壓力和難度，顯著提升作業(yè)開展的效率和質(zhì)量。

2 5G+技術(shù)在智慧化礦山建設(shè)中的應(yīng)用場景

為保證5G+技術(shù)處于整個(gè)智慧化礦山建設(shè)中發(fā)揮優(yōu)勢，需明晰工作開展的多元化基本需求和特征，應(yīng)掌握工作開展的切入點(diǎn)，循序漸進(jìn)開展多個(gè)實(shí)際應(yīng)用場景，獲取較佳的應(yīng)用成效，促進(jìn)智慧礦山建設(shè)目標(biāo)的達(dá)成。

2.1 5G+遠(yuǎn)程控制

礦產(chǎn)井下開采作為工作的重點(diǎn)，井下操作人員長時(shí)間處于惡劣環(huán)境下，井下空氣污染較為嚴(yán)重，各類機(jī)械化的設(shè)備應(yīng)用產(chǎn)生的噪聲均對人員生命安全構(gòu)成威脅，礦山開采事故時(shí)有發(fā)生，影響整個(gè)礦產(chǎn)企業(yè)良好發(fā)展。選取合理的方法和工具，實(shí)現(xiàn)礦山開采遠(yuǎn)程化控制，逐步實(shí)現(xiàn)井下開采智能化、綠色化，持續(xù)性構(gòu)建較佳的開采環(huán)境，保證開采工作實(shí)施可靠。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主要是由多個(gè)控制方構(gòu)成，如控制方、通信網(wǎng)絡(luò)等，其中控制方可以受控方通過網(wǎng)絡(luò)上傳輸圖像等相關(guān)信息下達(dá)指令，受控方接受相關(guān)指令，進(jìn)行相應(yīng)的操作，通信技術(shù)的優(yōu)劣性決定整個(gè)信息傳輸成效。相較于原有4G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)最具凸顯的特征是超低時(shí)延、超大寬帶技術(shù)等優(yōu)勢，可從本質(zhì)層面保證各類高清視頻業(yè)務(wù)有序傳輸，是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的核心內(nèi)容。基于5G技術(shù)遠(yuǎn)程控制技術(shù)應(yīng)用逐步走向成熟，智慧礦山建設(shè)中，我國逐步開展5G+遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的應(yīng)用，現(xiàn)場實(shí)際操作人員動(dòng)態(tài)化關(guān)注顯示屏，掌握整個(gè)井下實(shí)際采礦的環(huán)境狀況，同時(shí)合理化控制操作臺(tái)控制挖掘機(jī)工作，保證實(shí)際操作控制延時(shí)處于10mm，工作操作偏差處于10cm。

2.2 5G+無人駕駛

礦用卡車駕駛者屬于特種作業(yè)人員，為保證井下工作開展有效性，對人員實(shí)際素質(zhì)具有嚴(yán)格的要求，實(shí)際上崗之前應(yīng)開展系統(tǒng)性培訓(xùn)工作，當(dāng)下合格的駕駛者匱乏，且人力培養(yǎng)成本逐步遞增。露天礦區(qū)運(yùn)輸環(huán)境不佳，需時(shí)長面對各類不良?xì)夂颍嬖谝欢ǖ倪\(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)。為保證礦山井下開采作業(yè)處于安全、可靠運(yùn)輸，提升整個(gè)運(yùn)輸生產(chǎn)效率，我國當(dāng)下加大各類無人駕駛礦用卡車的應(yīng)用，其是多學(xué)科融合的最終成果，除車輛自身達(dá)成智能化，應(yīng)結(jié)合實(shí)際狀況動(dòng)態(tài)化、及時(shí)性開展信息處理。5G網(wǎng)絡(luò)初期設(shè)計(jì)便將無人駕駛應(yīng)用為核心場景，其可解決通信實(shí)時(shí)性的難點(diǎn)，智慧礦山建設(shè)架構(gòu)建設(shè)下，5G通信網(wǎng)絡(luò)作為無人駕駛礦用卡車關(guān)鍵技術(shù)，保證無人駕駛礦用卡車應(yīng)用可靠性及安全性。5G網(wǎng)絡(luò)為井下通信網(wǎng)絡(luò)提供充足的帶寬、精準(zhǔn)定位能力，促使井下車輛精準(zhǔn)定位、安全監(jiān)測等功能。

2.3 5G+超高清視頻

井下開采安全始終作為全部工作的生命線，需對其加以重視，井下作業(yè)實(shí)施范圍較大，涉及人員較多，選取傳統(tǒng)人管人的檢查模式，選用專業(yè)化人員定期開展巡檢，耗損人工成本較高，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)巡查工作。超高清視頻技術(shù)處于當(dāng)下背景下持續(xù)性完善和成熟，其相較于常規(guī)性的視頻自身視頻清晰度、暢通性較佳，是先進(jìn)技術(shù)集成的表現(xiàn)，建立完善的、動(dòng)態(tài)化智慧礦山監(jiān)管系統(tǒng)，獲取較佳的超清視頻技術(shù)，對現(xiàn)場管理實(shí)現(xiàn)全天候巡查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的隱患，自動(dòng)化提出警報(bào)，呈現(xiàn)相應(yīng)的處理策略保證各類隱患及時(shí)消除。5G網(wǎng)絡(luò)具備高速率、大寬帶的優(yōu)勢，符合超高視頻高質(zhì)量傳輸?shù)年P(guān)鍵要求，實(shí)現(xiàn)全生命周期監(jiān)控和管理，逐步擴(kuò)大監(jiān)管范圍和面積，在提高管理效率的基礎(chǔ)上，減少各類成本支出。企業(yè)利用5G無線網(wǎng)傳輸高清視頻至平臺(tái)，可自動(dòng)化辨識(shí)各類關(guān)鍵活動(dòng)，通過分析視頻圖象，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場災(zāi)害、人員操作違規(guī)等現(xiàn)象，提高礦井開采作業(yè)水平。

2.4 5G+無人機(jī)

無人機(jī)是當(dāng)下新型的技術(shù)載體，普遍用于地理測繪、安全巡檢等領(lǐng)域中，獲取較佳的應(yīng)用成效。礦區(qū)井下安全生產(chǎn)過程中，礦區(qū)內(nèi)部地理環(huán)境、條件等具有一定的復(fù)雜性，監(jiān)控難以實(shí)現(xiàn)無死角監(jiān)測，充分將無人機(jī)與視頻監(jiān)控設(shè)備聯(lián)合，可構(gòu)建一體化巡檢體系。5G無人機(jī)將采集的數(shù)據(jù)信息，可聯(lián)合大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，面向全方位覆蓋的智能化安全監(jiān)控系統(tǒng)的補(bǔ)充和延伸手段。

2.5 5G+智能傳感

礦區(qū)實(shí)際開展生產(chǎn)活動(dòng)具有一定的綜合性、復(fù)雜性，特別是井下開采作業(yè)，實(shí)際操作環(huán)境較為惡劣，存在多個(gè)安全隱患，充分利用智能化手段，最大限度發(fā)揮傳感器的作用，對現(xiàn)場溫濕度等進(jìn)行實(shí)時(shí)收集，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)異常狀況，精準(zhǔn)估測存在的不足和風(fēng)險(xiǎn)，為后續(xù)故障的排查和處理提供參考。井下布設(shè)大量傳感器通信難度較大，通過“5G+智能傳感”選用低耗傳感器和5G通信技術(shù)，最大限度凸顯5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)際高效化傳輸?shù)奶卣骱蛢?yōu)勢，將井下傳感器自動(dòng)化收集等信息傳輸平臺(tái)內(nèi)，借力各類先進(jìn)的技術(shù)對數(shù)據(jù)資源展開系統(tǒng)性分析，估測不同種類安全風(fēng)險(xiǎn)，顯著提升智慧化礦山安全生產(chǎn)水平，尤其是保證整個(gè)井下開采安全性。

3 智慧化礦山建設(shè)中5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)

5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)作為井下開采工作實(shí)施的基礎(chǔ)和前提，其主要構(gòu)成主要為無線網(wǎng)、傳輸網(wǎng)等，無線網(wǎng)切面可實(shí)現(xiàn)多元化場景，以業(yè)務(wù)和資源實(shí)際基本需求為核心，自由、靈活對整個(gè)切片做好劃分。5G傳輸網(wǎng)切片最具典型的優(yōu)勢是軟硬切片，針對不同種類業(yè)務(wù)進(jìn)行合理化配置，積極選取SR隧道技術(shù)可保證軟隔離切片等技術(shù)重復(fù)性使用，將其用于安全要求較低、延時(shí)不敏感的業(yè)務(wù)開展場景中，獲取較佳的應(yīng)用成效，5G核心網(wǎng)積極獨(dú)立支持媒體面、控制面單一化使用方式。結(jié)合不同業(yè)務(wù)工作實(shí)施的基本要求，合理應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，礦山井下開采具有一定的復(fù)雜性，可按照整個(gè)業(yè)務(wù)實(shí)際流向逐步建立專項(xiàng)5G網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合常規(guī)移動(dòng)終端數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，分配網(wǎng)絡(luò)切片標(biāo)示為公網(wǎng)切片，利用整個(gè)運(yùn)營商公網(wǎng)進(jìn)行訪問核心互聯(lián)網(wǎng)；針對礦區(qū)內(nèi)自動(dòng)化駕駛、無人機(jī)操作等活動(dòng)實(shí)施，可積極配置專項(xiàng)的礦區(qū)專網(wǎng)切片，保證整個(gè)業(yè)務(wù)持續(xù)性升級和優(yōu)化，促使最終獲取數(shù)據(jù)更具安全性、可靠性。

3.2 超大寬帶技術(shù)

超大寬帶技術(shù)是5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)下最為核心的技術(shù)，其可充分結(jié)合實(shí)際狀況開展工作，保證礦山選用超高視頻等技術(shù)高效化應(yīng)用，智慧礦山正式建立完善的5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)建議從多視角著手，寬帶自身工作速度大幅度提升，回傳接入層顯著增強(qiáng)和提升，其中50GE選用PAM編碼技術(shù)，重新使用25G光芯片，以較低成本實(shí)現(xiàn)速率翻倍目標(biāo)；充分以FlexE接口綁定技術(shù)，將若干個(gè)100GE接口實(shí)現(xiàn)通路，保證寬帶選取更具自由化、靈活化。網(wǎng)絡(luò)不同環(huán)節(jié)款待是發(fā)揮5G網(wǎng)絡(luò)的核心能力，相較于整個(gè)4G網(wǎng)絡(luò)其自身多方面功能顯著增強(qiáng)和提升，智慧礦山以5G網(wǎng)絡(luò)為核心背景，掌握業(yè)務(wù)應(yīng)用需求和場景，保證各類應(yīng)用更具針對性和專項(xiàng)性，降低網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用成本支出。

3.3 超低時(shí)延技術(shù)

遠(yuǎn)程化控制各類機(jī)械設(shè)備，無人駕駛礦用卡車等現(xiàn)代化、智能化，作為現(xiàn)下生產(chǎn)核心代表，對5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用提出新的要求和挑戰(zhàn)，傳輸網(wǎng)時(shí)延實(shí)際構(gòu)成包含光纖時(shí)延、設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)等，前者主要以光纖作為傳播介質(zhì)，實(shí)際傳輸時(shí)間和效率有待提升，為縮短整個(gè)延時(shí)建議提出可行性較高策略和方法，是不斷優(yōu)化和調(diào)整網(wǎng)絡(luò)途徑的方法和策略。國內(nèi)外多個(gè)研究學(xué)者加大空芯光纖技術(shù)實(shí)際開發(fā)和研究，保證信息傳播效率顯著提升，從本質(zhì)層面降低實(shí)際傳輸時(shí)延，但實(shí)際距離實(shí)用化仍存在一定差距。5G傳輸設(shè)備應(yīng)用過程中，可選取先進(jìn)的技術(shù)和方法，將原有單一節(jié)點(diǎn)時(shí)延降低至微秒，顯著提升其工作效率，結(jié)合智慧化礦產(chǎn)用于實(shí)踐項(xiàng)目中，建立完善的5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)，將網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、設(shè)備節(jié)點(diǎn)等多個(gè)層面為核心，保證時(shí)延最優(yōu)化。

4 基于5G技術(shù)智慧礦山應(yīng)用前景

4.1 井下可視化界面應(yīng)用

井下作業(yè)進(jìn)行監(jiān)控可視化，是智慧化礦山達(dá)成數(shù)字化、智能化的核心和切入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)可視化目標(biāo)對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)寬帶提出更高的要求，應(yīng)保證其穩(wěn)定性、安全性達(dá)標(biāo)。5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需符合上述要求，提高實(shí)際數(shù)據(jù)信息傳輸效率及質(zhì)量，礦井下布設(shè)合理的監(jiān)測設(shè)備，將其用于動(dòng)態(tài)化采集相關(guān)井下不同工作崗位的相關(guān)信息，對各類設(shè)備工作狀況自由合理調(diào)整和優(yōu)化，建立完善、真實(shí)的三維化工作場景，呈現(xiàn)清晰的監(jiān)控畫面，實(shí)現(xiàn)井下作業(yè)全過程閉環(huán)控制，全方位明晰井下作業(yè)實(shí)施狀況。

4.2 遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警的應(yīng)用

礦山具備先進(jìn)的井下監(jiān)控系統(tǒng)，有助于結(jié)合井下實(shí)際工作狀況，對其開展全方位、動(dòng)態(tài)化監(jiān)測，但內(nèi)部數(shù)據(jù)管理建議從不同子系統(tǒng)提取工作實(shí)施畫面，將數(shù)據(jù)反饋傳輸至數(shù)據(jù)庫內(nèi)完成自動(dòng)化存儲(chǔ)和處理，對井下場景進(jìn)行全方位監(jiān)控。該監(jiān)控方式具有滯后性，合理化應(yīng)用5G組網(wǎng)技術(shù)，將各系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫與整體數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接，保證數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)共享和交換，是達(dá)成遠(yuǎn)程化監(jiān)控和預(yù)警的前提。智慧化礦山通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可從本質(zhì)層面確保監(jiān)控終端工作實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量銜接，井下監(jiān)控點(diǎn)預(yù)先發(fā)送警示后，內(nèi)部子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)化發(fā)送相應(yīng)的指令，積極選取先進(jìn)的跟蹤技術(shù)，逐步向管理平臺(tái)持續(xù)性輸入相應(yīng)的警報(bào)、監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，自動(dòng)化開啟監(jiān)控設(shè)備和范圍內(nèi)多元化隱藏信息，將其持續(xù)性傳輸至管理平臺(tái)，管理平臺(tái)與管理終端相連接的手機(jī)觸動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)后，及時(shí)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信息，監(jiān)控人員可通過移動(dòng)終端動(dòng)態(tài)化獲取井下作業(yè)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，完成對井下三維場景動(dòng)態(tài)、遠(yuǎn)程化監(jiān)控。

4.3 大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用

各類先進(jìn)技術(shù)的興起和發(fā)展，大數(shù)據(jù)挖掘和分析技術(shù)作為智慧礦山重要的基礎(chǔ)技術(shù)，其對整個(gè)井下作業(yè)的實(shí)施十分關(guān)鍵。礦井形成安全隱患并非是單一因素決定，處于多重因素作用下產(chǎn)生，分析礦山安全隱患時(shí)，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為大數(shù)據(jù)深度挖掘和分析提供新的平臺(tái)，促使信息傳輸更具便捷性、可靠性，實(shí)現(xiàn)對不同子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)化數(shù)據(jù)收集和匯總展開精準(zhǔn)性分析，根據(jù)分析的結(jié)果自動(dòng)化判定報(bào)警真實(shí)性、準(zhǔn)確位置，進(jìn)而綜合評估作業(yè)區(qū)域內(nèi)瓦斯或其他災(zāi)害的危險(xiǎn)性。

5 結(jié)語

礦山開采逐步從原有粗放式管理轉(zhuǎn)變?yōu)榫?xì)化，各類先進(jìn)技術(shù)的興起和應(yīng)用，為智慧化礦山建立注入活力，逐步實(shí)現(xiàn)礦山開采少人化、無人化，5G技術(shù)憑借自身優(yōu)勢，賦能智慧礦山目標(biāo)的達(dá)成，積極構(gòu)建相應(yīng)的應(yīng)用場景，減少現(xiàn)場作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高礦山開采水平。