陳 斯

（中煤科工集團(tuán)南京設(shè)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(jī)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(yīng)用實(shí)踐中，致力于智慧礦山的長遠(yuǎn)建設(shè)[1-3]。

1 智慧礦山建設(shè)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(zāi)、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(yán)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(yán)重。各個煤炭集團(tuán)想要解決這個問題，提出了減人增效、機(jī)械化換人的目標(biāo)。2010 年，智慧礦山概念從發(fā)達(dá)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(jī)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(shí)時互聯(lián)、分析決策、自主學(xué)習(xí)、動態(tài)預(yù)測、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煤礦開拓、采掘、運(yùn)輸、通風(fēng)、洗選、安全保障、經(jīng)營管理等過程的智能化運(yùn)行。

目前是智慧礦山建設(shè)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(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(shè)規(guī)劃水平參差不齊，智能化項(xiàng)目管控不到位，重投入輕效益，各單位和專業(yè)化系統(tǒng)獨(dú)成體系，個別系統(tǒng)形成信息“孤島”或是數(shù)字“鴻溝”，導(dǎo)致難以全面實(shí)現(xiàn)信息共享和高效集成運(yùn)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(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，加快推動煤礦智能化發(fā)展，使得建設(shè)智慧礦山是發(fā)展的趨勢。

2 “5G技術(shù)”在智慧礦山建設(shè)中的應(yīng)用實(shí)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(yīng)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(yīng)用的深度融合，創(chuàng)新應(yīng)用和服務(wù)[3]。

建設(shè)智慧礦山的前提基礎(chǔ)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(luò)信號不好，因此需要單獨(dú)建網(wǎng)，5G 建網(wǎng)便捷；二是大部分工程機(jī)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(luò)很不現(xiàn)實(shí)；三是礦山包括“采、掘、運(yùn)、風(fēng)、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(jìn)等場景控制水平和監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸可靠性、可維護(hù)性，智慧礦山更高效、更安全。

礦山5G 網(wǎng)絡(luò)試點(diǎn)應(yīng)用建設(shè)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(jìn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、工控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)資源共享等，保證各系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)主動感知、自動分析以及快速處理，最終達(dá)到少人化、無人化作業(yè)。未來煤礦建設(shè)主要包括智慧生產(chǎn)系統(tǒng)建設(shè)、智慧生產(chǎn)及管理系統(tǒng)建設(shè)、智慧安全決策系統(tǒng)建設(shè)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(yīng)用案例及其相關(guān)成就和技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)如表1 所示。

3 “5G技術(shù)”在智慧礦山建設(shè)中的前景

作為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)對真實(shí)礦山整體及相關(guān)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(jī)械加工技術(shù)緊密結(jié)合，將“5G 技術(shù)”融入礦山建設(shè)，通過智能信息技術(shù)的應(yīng)用，形成了思考、反應(yīng)和行動能力大大提升的層面，實(shí)現(xiàn)物物、物人、人人的全面信息集成和響應(yīng)能力[4]。

（1）井下組網(wǎng)：在井下復(fù)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(shè)備少，敷設(shè)條件好采用有線光纖；采煤工作面布置有采煤機(jī)、可彎曲刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、乳化液泵站、可伸縮膠帶輸送機(jī)、液壓支架、機(jī)電設(shè)備列車等，掘進(jìn)面布置掘進(jìn)機(jī)、掘進(jìn)轉(zhuǎn)載機(jī)、膠帶輸送機(jī)等，設(shè)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(yuǎn)程操控精準(zhǔn)度、視頻清晰度，提升生產(chǎn)效率。

（2）井下需要進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)接口API 接入系統(tǒng)并保持系統(tǒng)獨(dú)立，又利用新型技術(shù)如射頻識別技術(shù)、紅外感應(yīng)技術(shù)、全球定位技術(shù)、激光掃描技術(shù)等各裝置，實(shí)時信息進(jìn)行交換和通信。用戶通過統(tǒng)一的跨平臺身份認(rèn)證方法，實(shí)現(xiàn)用戶通信的無縫連接服務(wù)[5]。

（3）井下設(shè)備需本質(zhì)安全防爆型，加快建設(shè)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(guān)成就及技術(shù)創(chuàng)新

4 結(jié)語

“5G 技術(shù)”在智慧礦山建設(shè)中的應(yīng)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(shè)備安全、工作組織、應(yīng)用領(lǐng)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(jī)械開采的弊端，在礦山開采未來的競爭中具有廣泛的應(yīng)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(yuǎn)。