探討5G技術在煤礦智能化建設的應用

摘""要：隨著我國信息技術的發展，煤礦行業也在加快智能化建設，5G技術作為移動通信技術現階段最先進的技術，其以高速率、低延時以及高可靠性等優勢，被廣泛應用于煤礦行業智能化建設中?；诖?，對5G技術在煤礦智能化建設的應用進行研究，通過分析其目前應用現狀，總結其在煤礦智能化建設中存在的挑戰，并以此提出了相應的可行性措施，以期為相關部門提供參考。

關鍵詞：5G技術""煤礦智能化建設""網絡安全""移動邊緣計算

中圖分類號：TD65

Exploring"the"Application"of"5G"Technology"in"the"Intelligent"Construction"of"Coal"Mines

WANG"Yang

Shaanxi"Huadian"Yuheng"Coal"Electricity"Co.，"Ltd.，"Yulin，"Shaanxi"Province，719000"China

Abstract："With"the"development"of"information"technology"in"China，"the"coal"mining"industry"is"also"accelerating"its"intelligent"construction."As"the"most"advanced"mobile"communication"technology"at"present，"5G"technology"is"widely"used"in"the"intelligent"construction"of"the"coal"mining"industry"due"to"its"advantages"of"high"speed，"low"latency，"and"high"reliability."Based"on"this，"research"is"conducted"on"the"application"of"5G"technology"in"the"intelligent"construction"of"coal"mines."By"analyzing"its"current"application"status，"the"challenges"it"faces"in"the"intelligent"construction"of"coal"mines"are"summarized，"and"corresponding"feasible"measures"are"proposed"based"on"this，"expecting"to"provide"reference"for"relevant"departments.

Key"Words："5G"technology;"Intelligent"construction"of"coal"mines;"Network"security;"Mobile"edge"computing

煤礦作為我國主要的基礎能源，對于我國社會生產力與經濟的發展都有著非常重要的影響。然而，煤礦行業的安全事故一直都是制約和困擾其發展的主要因素，雖然在煤礦開采、掘進等過程中都提前做了安全事故防范，但是依然被頻繁地爆出安全事故。信息技術的發展給煤礦行業帶來了發展方向，通過智能化的建設，不僅可以提高生產效率，還可以強化其安全保障，進而促進了煤礦企業的可持續發展。5G技術的應用給煤礦智能化建設提供了技術支持，但是在具體的應用過程中，其還面臨著成本高、建設周期長、網絡安全等問題，影響著智能化建設質量[1]。本文對5G技術在煤礦智能化建設中的應用進行深入的探討和分析。

1""5G技術的基本概述

5G技術是最新一代蜂窩移動通信技術，它是由國際電信聯盟組織（International"Telecommunication"Union）制定的移動通信標準，正式名稱為IMT-2020。5G技術不是一個單一的無線接入技術，也不全是全新的無線接入技術，其是新舊無線接入技術的融合，具備高速率、低時延、多連接等特點。其中：高速率，即數據傳輸速率峰值速率達到10～20"Gbit/s，可以滿足高清視頻、虛擬現實等大數據量傳輸的需求；低延時，即空中接口時延低至1"ms，能夠滿足自動駕駛、遠程醫療等實時應用的需求；多連接，即具備百萬連接/平方公里的設備連接能力，為物聯網通信提供了強大支持。將其應用在煤礦行業中，不僅可以保障其生產安全，還能提高其生產效率，更能促進煤礦行業的智能化轉型。

2""5G技術在煤礦智能化建設中的應用

2.1""智能化煤礦系統的建設

基于5G技術在煤礦智能化建設中，首先就要對煤礦的整體架構進行設計。該系統是一個扁平式的架構，主要包含場景化應用、綜合管控以及監測控制3個模塊。其中：場景化應用主要就是提供定位導航服務，其還分為配煤調度、智能開采、智能掘進、煤流平衡、物料運輸、電力監測、通風聯動、瓦斯監測以及人員違章9個模塊；綜合管控主要就是提供網絡服務，其又分為綜合決策、生產調度、采購銷售、安全管控、人才培訓、遠程遠維7個模塊；監測控制主要是提供現場化敏捷控制微服務，其可以對采煤機、刮板輸送機、液壓支架、帶式輸送機、轉載機、掘進機進行位置、姿態、速度、溫度、壓力、流量、瓦斯、粉塵、通風等進行監測和控制。該系統的建設，不僅實現了煤礦生產、運輸等智能化，還通過對煤礦內部環境和設備的全天候監測和智能分析，提高了煤礦安全生產的準確性和可靠性，減少了事故的發生[2]。

2.2""移動邊緣計算

移動邊緣計算就是指利用5G技術的優勢，在移動網絡邊緣提供IT服務和云端計算功能，其通過將計算和存儲資源部署在網絡邊緣的節點上，實現數據的本地化處理和存儲，從而減少數據傳輸的延遲，提高網絡性能。移動邊緣計算在5G技術的支持下，可以通過邊緣算法對攝像頭采集到的數據進行分析，以便對不同的設備進行精準的定位、實時的控制，然后再利用5G技術強大的數據傳輸能力，將信息快速地傳輸，進而實現煤礦作業中的實時遠程控制。并且，在實時監測中，如果發現任何異常情況，都會通過移動邊緣計算發出報警，這樣可以幫助煤礦相關人員提前預警潛在的安全風險，從而最大限度地保障了礦工的安全。以煤礦的生產運輸為例，移動邊緣計算可以通過皮帶磨損、皮帶跑偏、皮帶異物、皮帶堵料、皮帶撕裂等算法對煤礦皮帶運輸系統進行實時監測，實時掌握煤礦生產運輸狀態。

2.3""無人駕駛

無人駕駛技術主要包括線控礦卡、智能云控平臺、無人駕駛系統、協同作業系統等關鍵組成部分，這些技術在5G技術的協同工作，使得礦用車輛能夠自主感知環境、規劃路徑、避障和完成作業任務。煤礦無人駕駛車輛配備了多種傳感器，如激光雷達、攝像頭、毫米波雷達等，通過開發5G通信基站和實時控制器，能夠實現對礦山環境的全面感知。通過多模態使用“BEV+Transformer+OCC”高階方案，提高了系統的準確性和魯棒性，確保在各種環境下都能準確檢測和識別各類車輛及障礙物，即使在惡劣環境下，系統能夠準確識別和應對各種安全隱患，保障無人駕駛車輛全天候高效作業。5G通信基站是煤礦智能化建設的基礎，應用過程中，通過基于5G技術的通信網絡的建設，可以讓數據進行快速的傳輸和處理，以保證信息的實時性和準確性，通過協同作業系統，還可以實現對超大規模全礦的有人+無人礦卡的混編、混行調度，大大提高了生產效率。例如：黑岱溝露天煤礦就是以5G技術，通過無人駕駛來加強智能化的建設，目前已累計開通了48座5G基站，有47臺礦用卡車實現了無人駕駛，日均出煤量達4.5萬t，原煤回采率提高了20.8%，僅去年一年就增加收益2.964億元，累計運輸6.2萬車次，里程高達28.3萬km，完成剝離量691.5萬m3，有效提高了煤礦整體的作業效率[3]。

2.4""遠程協同運維

煤礦井下作業環境比較復雜，工作空間也比較狹小，且其井下的設備、系統等需要定期地進行調整和優化。傳統的認識，就是依靠人工，通過安排專門的人員定期對設備、系統進行檢測和維修，煤礦智能化的建設，就可以利用5G技術建設遠程控制系統，由機械取代人工來對井下的設備進行維修和養護，有效地保證了井下人員的工作安全。遠程控制系統還可以通過圖像識別技術對煤礦的視頻監測畫面進行分析，進行人員行為識別、設備狀態識別、環境風險識別、安全著裝識別。其中：人員行為識別包括吸引識別、睡崗識別、離崗識別、人員聚集識別、人員摔倒識別、危險區域人員闖入識別、打電話識別；設備狀態識別主要就是皮帶磨損、偏低跑偏、異物識別；環境風險識別主要就是爆破警戒、煙霧火焰識別、裸土識別；安全著裝識別主要就是安全帽識別、皮膚裸露識別等，通過人員行為算法，遠程協同運維，可以實時判斷其是否有違規行為，并第一時間進行報警或采取必要的救援措施，從而最大限度地保障井下作業安全。

2.5""切片技術

切片技術基于5G技術可以根據煤礦的具體需求，定制出適合其業務特點的網絡切片。例如：針對煤礦井下通信環境復雜、設備眾多、數據流量大等特點，可以定制出高帶寬、低時延、高可靠性的網絡切片，實現網絡功能的虛擬化和軟件定義，使網絡配置更加靈活、易于擴展。以智能采掘和生產控制為例，利用切片技術，可以實現關鍵大型煤機裝備對5G通信的支持，從而開發基于煤礦5G網絡的生產實時性控制平臺。該平臺基于三維模型，實時地展示煤礦開采工作面成套裝備的姿態和動作，并對關鍵的設備運行參數、生產數據等進行實時收集，以圖表、曲線、柱形等方式進行1∶1展示，而且通過固定視角多場景模塊化組合、分屏展示、自由漫游等不同的展示方式，可以直觀地觀看這些數據，進而實現了直觀、高效的人機交互體驗[4]。

基于5G的網絡切片技術還可以實現井下可視化通信、實時高清視頻傳輸、環境監測數據采集等功能，從而滿足環境監測與安全防護的海量高清視頻數據承載需求，并且實時監測礦井內的關鍵數據，如瓦斯含量、水位、一氧化碳含量等，在數據超過預設標準時觸發聲光報警器，提高生產安全性。煤礦可以研制支持5G高精度定位技術的基站、終端及礦用傳輸等設備，實現井下人員及裝備定位與信息實時交互，滿足井下巡檢需要，5G切片技術助力煤礦實現井下裝備和人員的實時定位，通過智能終端的主動推送功能自動識別其他移動終端設備并按需推送相關信息，實現井下信息的泛在感知和共享，有效促進了煤礦企業的智能化建設。煤礦智能化系統涉及多個業務場景，如采煤、通風、排水等，每個場景對網絡性能的需求都有所不同，5G網絡切片技術可以為煤礦智能化系統提供定制化的網絡服務，根據不同業務場景的需求進行網絡配置和優化，以滿足各種業務場景對網絡性能的需求，提高系統的整體性能。在安全性保障方面，5G網絡切片技術的邏輯隔離特性使不同業務之間的數據互不干擾，有效避免了數據泄露和攻擊的風險。同時，結合加密和認證技術，可以進一步保障數據傳輸的安全性，確保煤礦智能化系統的穩定運行[5]。

3""對5G技術在煤礦智能化建設中應用的思考

隨著科技的不斷進步，煤礦智能化已經成為推動行業高質量發展的關鍵力量，其中，5G技術的應用為煤礦智能化注入了新的活力，其不僅提升了數據傳輸的效率和穩定性，還推動了煤礦智能化向更高層次發展。

3.1""定制化服務

煤礦生產環境復雜多變，不同礦區、不同作業面對于數據傳輸的需求各異，隨著5G技術的深入應用，設計人員可以根據煤礦生產的具體需求，定制出符合其特定需求的網絡切片。這種精細化的服務定制，使數據傳輸更為高效、穩定，滿足了煤礦生產對數據傳輸的個性化需求。例如：無人化采煤技術，結合5G切片技術，設計人員可以實時調整預置參數，以適應煤層厚度、走向的變化，確保無人化采煤的常態化運行。

3.2""智能化升級

通過5G技術的靈活配置，可以實現煤礦生產過程中的自動化、智能化升級。例如：在塔然高勒煤礦的智能裝車系統中，通過5G切片技術，可以實現全流程智能化裝車，自動識別列車車次、車號、車皮型號等信息，提高裝車速度與質量，滿足不同煤炭品種裝車轉運的專業化、大型化、高效環保的物流需求。寺河礦在推進智能化轉型的過程中，也充分利用了5G技術，實現了生產控制系統的快速適配和升級。

3.3""安全性提升

通過5G技術的隔離性，可以確保煤礦生產數據的安全性，防止數據泄露和攻擊，保障煤礦生產的穩定運行。在復雜的煤礦生產環境中，這種安全性的提升尤為重要，它提供了堅實的保障，使得煤礦企業可以更加放心地推進煤礦智能化建設。

4nbsp;"結語

綜上所述，5G技術在煤礦智能化建設中發揮著重要作用，不僅提高了煤礦的生產效率、安全性和環保性，還推動了煤炭行業的轉型升級。5G移動邊緣計算、網絡片切等技術在煤礦作業場景的應用為煤礦帶來了定制化、高效化的網絡服務，支持了煤礦在智能采掘、環境監測、巡檢安防和無人駕駛等多個方面的應用，提高了煤礦生產的安全性和效率。隨著5G技術的進一步發展和完善，其在煤礦領域的應用前景將更加廣闊，也會促進煤礦行業智能化的發展，進而實現國家礦山安全監察局提出的“到2026年智能化礦山產能占比不低于60%，智能化工作面常態化運行率不低于80%，打造一批單班作業人員不超50人的智能化礦山”的目的。

參考文獻

[1]李方見，吉升陽，劉紀芳，等.5G技術在智能化煤礦建設中的應用研究[J].煤，2024，33（7）：82-84，92.

[2]焦穩鋒，王飛，趙朋.5G技術在煤礦智能化中的應用研究[J].內蒙古煤炭經濟，2024（10）：129-131.

[3]王周，張濤，薛成冰，等.5G通信技術在智能化煤礦的應用研究[J].數字通信世界，2024（5）：108-110.

[4]孫婧.5G技術在煤礦智能化建設中的應用[J].能源與節能，2024（4）：22-24，42.

[5]呼書迪.5G技術在智能化煤礦領域的應用前景[J].內蒙古煤炭經濟，2023（23）：175-177.