陳 斯

（中煤科工集團南京設計研究院有限公司，江蘇 南京 210031）

中國礦產(chǎn)資源的開采走過了原始階段、機械階段、數(shù)字階段。隨著近兩年國內(nèi)市場的回暖，科技的發(fā)展，在煤礦企業(yè)和移動事業(yè)發(fā)展的背景下，跨向智慧的一步，并在技術(shù)開發(fā)與應用實踐中，致力于智慧礦山的長遠建設[1-3]。

1 智慧礦山建設的發(fā)展背景

煤炭是我國重要能源之一，瓦斯、粉塵、透水、火災、冒頂事故等都是安全事故的主要誘因，安全生產(chǎn)問題一直是礦山開采的最大威脅。我國近幾年出現(xiàn)了“用工荒”問題，礦企出現(xiàn)嚴重的招工困難問題，隨著人口老齡化的加劇，這種情況也愈發(fā)的嚴重。各個煤炭集團想要解決這個問題，提出了減人增效、機械化換人的目標。2010 年，智慧礦山概念從發(fā)達國家傳入我國，在礦業(yè)引起了震動并積極的探索。

智慧礦山是將人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、機器人、智能裝備等與現(xiàn)代煤炭開發(fā)利用深度融合，形成全面感知、實時互聯(lián)、分析決策、自主學習、動態(tài)預測、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)，實現(xiàn)煤礦開拓、采掘、運輸、通風、洗選、安全保障、經(jīng)營管理等過程的智能化運行。

目前是智慧礦山建設發(fā)展的初級階段，工作存在研發(fā)滯后于企業(yè)發(fā)展需求、智能化建設技術(shù)標準與規(guī)范缺失、技術(shù)裝備保障不足、研發(fā)平臺不健全、高端人才匱乏以及煤礦企業(yè)的建設規(guī)劃水平參差不齊，智能化項目管控不到位，重投入輕效益，各單位和專業(yè)化系統(tǒng)獨成體系，個別系統(tǒng)形成信息“孤島”或是數(shù)字“鴻溝”，導致難以全面實現(xiàn)信息共享和高效集成運作等問題[2]。2020 年2 月國家發(fā)展改革委、能源局等8 個部委聯(lián)合印發(fā)《關于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見》，加快推動煤礦智能化發(fā)展，使得建設智慧礦山是發(fā)展的趨勢。

2 “5G技術(shù)”在智慧礦山建設中的應用實證分析

5G 技術(shù)是第五代通信技術(shù)的縮寫，是繼4G 之后的延伸。5G 技術(shù)以其大帶寬、低延時和光連接的優(yōu)勢打通了不同應用場景信息高效交互的統(tǒng)統(tǒng)，有利于重塑傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，助力數(shù)字化轉(zhuǎn)型，和移動應用的深度融合，創(chuàng)新應用和服務[3]。

建設智慧礦山的前提基礎是礦山數(shù)字化，離不開數(shù)據(jù)和信息的高效融合，5G 技術(shù)適合礦山發(fā)展需求。一是礦山位置比較偏僻，網(wǎng)絡信號不好，因此需要單獨建網(wǎng)，5G 建網(wǎng)便捷；二是大部分工程機械處于移動狀態(tài)，礦山經(jīng)常要爆破作業(yè)，全用光纖部署網(wǎng)絡很不現(xiàn)實；三是礦山包括“采、掘、運、風、水、電”六大生產(chǎn)環(huán)節(jié)，系統(tǒng)多傳輸數(shù)據(jù)量大，智能化控制需求增多，5G網(wǎng)速快、超低延時的特質(zhì)給予了保證。因此5G 技術(shù)加持，可有效提升智能開采、智能掘進等場景控制水平和監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸可靠性、可維護性，智慧礦山更高效、更安全。

礦山5G 網(wǎng)絡試點應用建設中滲透結(jié)合人工智能AI、精確傳感技術(shù)、海量數(shù)據(jù)存儲和互操作、地理信息系統(tǒng)和云技術(shù)；推進工業(yè)網(wǎng)絡平臺建設，實現(xiàn)遠程集中控制、業(yè)務系統(tǒng)、工控系統(tǒng)網(wǎng)絡資源共享等，保證各系統(tǒng)可實現(xiàn)主動感知、自動分析以及快速處理，最終達到少人化、無人化作業(yè)。未來煤礦建設主要包括智慧生產(chǎn)系統(tǒng)建設、智慧生產(chǎn)及管理系統(tǒng)建設、智慧安全決策系統(tǒng)建設三個方面。如今行業(yè)內(nèi)建成了“有人巡視、無人值守”的智能化開采工作面、智能化皮帶集控系統(tǒng)、智能化排水自動化系統(tǒng)、智能電力監(jiān)控系統(tǒng)等[4]。

具體應用案例及其相關成就和技術(shù)創(chuàng)新點如表1 所示。

3 “5G技術(shù)”在智慧礦山建設中的前景

作為物聯(lián)網(wǎng)應用的一個重要領域，實現(xiàn)對真實礦山整體及相關現(xiàn)象的可視化、數(shù)字化及智能化，將感知技術(shù)、傳輸技術(shù)、智能技術(shù)、信息技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、現(xiàn)代信息管理技術(shù)等與現(xiàn)代機械加工技術(shù)緊密結(jié)合，將“5G 技術(shù)”融入礦山建設，通過智能信息技術(shù)的應用，形成了思考、反應和行動能力大大提升的層面，實現(xiàn)物物、物人、人人的全面信息集成和響應能力[4]。

（1）井下組網(wǎng)：在井下復雜環(huán)境下采用有線光纖+5G 微基站模式。大巷長度長、布置設備少，敷設條件好采用有線光纖；采煤工作面布置有采煤機、可彎曲刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機、乳化液泵站、可伸縮膠帶輸送機、液壓支架、機電設備列車等，掘進面布置掘進機、掘進轉(zhuǎn)載機、膠帶輸送機等，設備眾多且隨工作面移動的場所采用5G 基站。以有線與無線相結(jié)合，搭建快速的井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)，提高采礦作業(yè)遠程操控精準度、視頻清晰度，提升生產(chǎn)效率。

（2）井下需要進行多系統(tǒng)融合，5G 中將對多種通信方法提供了一個統(tǒng)一的接入平臺[6]。通過標準接口API 接入系統(tǒng)并保持系統(tǒng)獨立，又利用新型技術(shù)如射頻識別技術(shù)、紅外感應技術(shù)、全球定位技術(shù)、激光掃描技術(shù)等各裝置，實時信息進行交換和通信。用戶通過統(tǒng)一的跨平臺身份認證方法，實現(xiàn)用戶通信的無縫連接服務[5]。

（3）井下設備需本質(zhì)安全防爆型，加快建設合格井下5G 基站，推動我國智能礦山發(fā)展、智能化新模式。

表1 具體相關成就及技術(shù)創(chuàng)新

4 結(jié)語

“5G 技術(shù)”在智慧礦山建設中的應用，從大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)等新技術(shù)到制造技術(shù)的融合發(fā)展中，整體上以工業(yè)化、自動化、智能化技術(shù)，驅(qū)動了礦山的行業(yè)發(fā)展。在設備安全、工作組織、應用領域、資本競爭乃至未來系統(tǒng)化競爭格局中，充分打破了以往的人工挖礦、機械開采的弊端，在礦山開采未來的競爭中具有廣泛的應用前景。但探索工業(yè)與信息通信業(yè)融合創(chuàng)新、互促提升的創(chuàng)新發(fā)展之路仍舊任重而道遠。