＊武喜章

（太原煤氣化龍泉能源發(fā)展有限公司 山西 030303）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和進(jìn)步，煤礦行業(yè)發(fā)展速度也在不斷增快。在煤炭采掘時(shí)期，需要積極地創(chuàng)新各項(xiàng)核心的技術(shù)，持續(xù)地提升工業(yè)信息化水平，促進(jìn)自身的產(chǎn)業(yè)升級(jí)。本文分析了5G技術(shù)背景下煤礦智能化開采技術(shù)，創(chuàng)新傳統(tǒng)采掘方式和信息化管理，5G技術(shù)的應(yīng)用可以給煤炭企業(yè)帶來更多的效益，促進(jìn)煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1.智能化建設(shè)時(shí)期存在的問題

(1)信息孤島問題

在進(jìn)行煤礦智能化建設(shè)的時(shí)候，要防止產(chǎn)生信息孤島的情況。由于生產(chǎn)工藝種類較多，進(jìn)而容易產(chǎn)生局部自動(dòng)化的獨(dú)立島。獨(dú)立島中自動(dòng)化水平較高，不過各個(gè)島之間的聯(lián)系較少，存在的關(guān)系比較弱，難以有效地完成信息的共享，在信息管理時(shí)期需要借助人力資源來落實(shí)，進(jìn)而無法充分地顯示出基礎(chǔ)自動(dòng)化的作用。如今現(xiàn)代電子信息技術(shù)發(fā)展速度持續(xù)增快，在生產(chǎn)和經(jīng)營管理時(shí)期，都開始積極地完成人工向自動(dòng)化的轉(zhuǎn)型，存在的要求也在持續(xù)提升，相關(guān)的數(shù)據(jù)信息變得越來越多。相關(guān)的自動(dòng)化不能夠是獨(dú)立島形式的機(jī)電一體化，需要做到完整統(tǒng)一的整體。

(2)標(biāo)準(zhǔn)化問題

為了提升機(jī)電自動(dòng)化程度，就需要先保障煤礦生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化。生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)過程的標(biāo)準(zhǔn)化是自動(dòng)化的主要保障，在設(shè)置礦山自動(dòng)化系統(tǒng)的時(shí)候，需要確保系統(tǒng)具備高質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)化程度。例如皮帶自動(dòng)化，要是沒有合理的措施來應(yīng)對(duì)皮帶問題，對(duì)于皮帶的集中控制會(huì)受到一定的影響，各個(gè)皮帶轉(zhuǎn)載點(diǎn)的人員沒有及時(shí)地進(jìn)行撤除，還是需要時(shí)刻處于自身的崗位中，要及時(shí)地減少損失，防止由于大塊和異物等問題造成皮帶損傷或者是堵塞的情況?，F(xiàn)階段皮帶異物識(shí)別系統(tǒng)得到了社會(huì)各界的高度重視，這個(gè)系統(tǒng)能夠幫助工作人員在崗位上進(jìn)行監(jiān)控，如果產(chǎn)生問題還是需要讓工作人員來進(jìn)行維護(hù)。因此需要在源頭進(jìn)行控制，選擇合理的方法來防止大塊的煤炭和異物在皮帶上運(yùn)行。其中可以選擇標(biāo)準(zhǔn)化的割煤措施來防止產(chǎn)生大塊的情況，選擇標(biāo)準(zhǔn)化的工作流程也能夠更好地保障煤炭質(zhì)量。所以在開展自動(dòng)化建設(shè)的時(shí)候，需要先仔細(xì)地分析標(biāo)準(zhǔn)化工作的實(shí)際情況，避免造成消極的影響。

(3)管理問題

在建設(shè)煤礦智能化的時(shí)候，礦山?jīng)Q策層沒有一個(gè)清楚的理念，智能化建設(shè)過于形式化，雖然我國政府部門都開始積極地設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)來促進(jìn)智能化礦山建設(shè)的順利進(jìn)行，不過在企業(yè)中的落實(shí)效果較差，沒有一個(gè)整體的規(guī)劃建設(shè)方向，自動(dòng)化系統(tǒng)過于獨(dú)立，各個(gè)部門之間的職能存在重合的情況，信息共享能力較差，如此也難以發(fā)揮智能化礦山的作用和價(jià)值。在建設(shè)智能化礦山的過程中，需要正確整合各個(gè)部門，礦山智能化包括較多的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，因此需要促進(jìn)各個(gè)系統(tǒng)的信息共享，給生產(chǎn)和經(jīng)營管理決策提供更加全面的信息。對(duì)于各個(gè)部門來說要積極地進(jìn)行整合，建設(shè)統(tǒng)一的調(diào)度指揮管理中心，隨著智能化礦山的持續(xù)推廣，越來越多的人員開始重視管理工作，研究相關(guān)的管理問題，使得礦山生產(chǎn)質(zhì)量可以得到更加可靠的保障。

2.5G技術(shù)及優(yōu)勢(shì)

5G技術(shù)，也就是第5代移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)。與以往的第2代、第3代、第4代等單一的無線接入技術(shù)相比，5G技術(shù)有著特殊優(yōu)勢(shì)，是全新的無線接入技術(shù)高度融合的重要技術(shù)類別，也是現(xiàn)階段最新的通信技術(shù)類型，在全世界范圍內(nèi)受到了社會(huì)各界人士的廣泛關(guān)注。在5G技術(shù)的應(yīng)用過程中，5G技術(shù)能夠應(yīng)對(duì)多樣化場景下極端的、各式各樣的差異化性能需求，用各式各樣的技術(shù)糅合解決傳統(tǒng)模式下某單一技術(shù)為基礎(chǔ)的所有場景解決方案存在的不足。也就是說，5G技術(shù)創(chuàng)新來源于5G技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)兩方面的高效融合，在無線技術(shù)領(lǐng)域，大規(guī)模的天線陣列技術(shù)、多址技術(shù)、全頻譜接入技術(shù)等成為5G關(guān)鍵技術(shù)的重要內(nèi)容，而在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化架構(gòu)的模式，已然受到5G技術(shù)創(chuàng)新升級(jí)研究人員的關(guān)注與重視。此外，基于5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的濾波正交頻分復(fù)用技術(shù)甚至靈活雙工技術(shù)、終端直通技術(shù)等也成為5G技術(shù)的關(guān)鍵內(nèi)容。5G技術(shù)的應(yīng)用使得第5代網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的性能得到大幅度優(yōu)化和提升。與前幾代無線通信技術(shù)相比，5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)具有頻譜更寬、時(shí)延更低、可靠性更強(qiáng)、安全性更高、傳輸速率更快以及傳輸容量更大等諸多優(yōu)勢(shì)。

3.以5G技術(shù)的煤礦智能化開采技術(shù)的具體內(nèi)容

(1)通信技術(shù)發(fā)展和煤礦開采的關(guān)系

對(duì)于煤炭行業(yè)來說煤礦開采技術(shù)和實(shí)踐是比較重要的，煤礦生產(chǎn)的智能化和自動(dòng)化程度也在不斷提升，通過對(duì)煤礦開采行業(yè)發(fā)展情況的分析可以看出，通信技術(shù)直接影響技術(shù)升級(jí)，于通信技術(shù)的使用有助于促進(jìn)開采技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能化的無人開采。在多源傳輸和融合控制時(shí)期，對(duì)于先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)得到了相關(guān)企業(yè)的高度重視，達(dá)到自主創(chuàng)新的目的。

(2)以5G技術(shù)為基礎(chǔ)的智能化開采發(fā)展形勢(shì)

采煤技術(shù)是煤礦生產(chǎn)作業(yè)時(shí)期的重要技術(shù)，通過使用這項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)能夠促進(jìn)煤礦生產(chǎn)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。在煤礦開采時(shí)期，借助5G技術(shù)生態(tài)，可以促進(jìn)智能化無人開采技術(shù)的推廣和使用，技術(shù)突破的主要方向就是多源數(shù)據(jù)的融合和精準(zhǔn)的定位，保障煤礦智能化開采技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

①由于存在較多的影響因素，井下綜合開采作業(yè)面和掘進(jìn)作業(yè)面會(huì)受到較大的影響，所以通過使用5G技術(shù)可以更好地部署性能良好的傳感器，獲取更加全面的數(shù)據(jù)信息。在當(dāng)前時(shí)期，借助5G技術(shù)，可以正確布置大量高清攝像頭的信息回轉(zhuǎn)，獲取更加高清的視頻信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)于工作面環(huán)境的分析，保障工作人員的人身安全。其中可以給各項(xiàng)設(shè)備的使用提供一定的參考，而且能夠?yàn)橹悄軟Q策以及控制提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

②5G技術(shù)的主要特點(diǎn)就是可靠性較高，延遲較低，采煤機(jī)在運(yùn)行的時(shí)候，為了控制采煤機(jī)的速度和姿態(tài)，增強(qiáng)煤巖識(shí)別能力，各項(xiàng)動(dòng)作和判定需要在邏輯控制程序中完成，空口時(shí)延以及端對(duì)端時(shí)延需要達(dá)到毫秒的級(jí)別，要有著較高的可靠性。在煤礦開采時(shí)期通過使用5G技術(shù)，可以提升設(shè)備運(yùn)行的準(zhǔn)確性和可靠性，使得各項(xiàng)設(shè)備在使用的過程中實(shí)現(xiàn)智能聯(lián)動(dòng)。

③在使用5G網(wǎng)絡(luò)的過程中，可以選擇借助切片技術(shù)完成對(duì)于物理網(wǎng)絡(luò)的分隔，建立多個(gè)單獨(dú)存在的虛擬網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)可以適用于煤礦智能化開采的不同場景，在這個(gè)時(shí)期，借助移動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)，可以保障煤炭開采更加順利地進(jìn)行。

4.5G技術(shù)下煤礦智能化的具體使用

(1)以5G技術(shù)為基礎(chǔ)的精確定位和應(yīng)用服務(wù)

煤礦行業(yè)在進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)營的時(shí)候，井下定位操作就是以藍(lán)牙和超寬帶等無線傳輸技術(shù)來進(jìn)行各項(xiàng)工作。這部分無線傳輸技術(shù)切換時(shí)間比較長，覆蓋的范圍有限，寬度不高，在運(yùn)行的時(shí)候難以避免產(chǎn)生這些問題。因此在生產(chǎn)經(jīng)營的時(shí)候，容易影響到定位的準(zhǔn)確性，工作人員無法做出正確的判斷和合理的決策。由于這些工作需要設(shè)置有關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施，定位信息的實(shí)時(shí)性難以得到保障。5G技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)就是延時(shí)低，以5G技術(shù)為基礎(chǔ)的井下定位工作，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定位，獲取精確度更高的信息，可以幫助工作人員做出合理的判斷和決策，進(jìn)而促進(jìn)煤炭行業(yè)的發(fā)展。在這個(gè)時(shí)期，相關(guān)的服務(wù)系統(tǒng)也需要重視對(duì)于5G技術(shù)的使用，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和有效的管理，增強(qiáng)對(duì)于井下車輛的管理，提升開采推進(jìn)的準(zhǔn)確性。如此以5G技術(shù)為基礎(chǔ)的精確定位和應(yīng)用服務(wù)不僅能夠保障煤炭行業(yè)的高效運(yùn)行，而且可以顯著減少整體的生產(chǎn)成本。

(2)以5G技術(shù)為基礎(chǔ)的井下遠(yuǎn)程維護(hù)操作

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，在井下遠(yuǎn)程監(jiān)控和運(yùn)營維護(hù)時(shí)期，無線技術(shù)得到了廣泛的使用。在未來發(fā)展過程中，煤礦井下裝備設(shè)備將更加完善，整體的智能化程度也會(huì)顯著提升。其中傳統(tǒng)的運(yùn)營維護(hù)工作，相關(guān)的工作人員難以獨(dú)立完成井下維修工作，為了保障運(yùn)營維護(hù)工作的順利進(jìn)行，需要聘請(qǐng)專家來負(fù)責(zé)，經(jīng)過專家的遠(yuǎn)程協(xié)助，幫助工作人員來實(shí)時(shí)的操作，共同完成工作任務(wù)。5G技術(shù)有著較多的優(yōu)勢(shì)，可以把井下現(xiàn)場的音頻信息及時(shí)地傳遞給遠(yuǎn)端的專家，給遠(yuǎn)端的專家提供更加清楚的信息。不僅如此，也能夠把有關(guān)的虛擬模型圖像傳遞到現(xiàn)場設(shè)備中開展虛擬操作，借助虛擬交互遠(yuǎn)程專家和現(xiàn)場工作人員實(shí)現(xiàn)同步的操作。在特殊的情況下，能夠選擇借助智能的機(jī)器人幫助工作人員在井下開展運(yùn)營維護(hù)工作。

(3)以5G技術(shù)為基礎(chǔ)的井下安全巡檢和防護(hù)工作

井下安全防護(hù)工作直接影響著工作人員的生命安全和煤礦工作區(qū)的財(cái)產(chǎn)安全，為了保障煤礦行業(yè)保持良好的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，就需要正確進(jìn)行井下安全巡檢防護(hù)工作。使用5G技術(shù)能夠在井下實(shí)現(xiàn)精確的實(shí)時(shí)定位，借助高速數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)的情況，而且會(huì)選擇借助端對(duì)端物聯(lián)來增強(qiáng)巡檢效果，進(jìn)行全面的防護(hù)。例如選擇使用5G網(wǎng)絡(luò)來準(zhǔn)確地定位井下的工作人員和設(shè)施設(shè)備，之后把各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)傳遞給有關(guān)的部門和工作人員。該系統(tǒng)具備主動(dòng)推送功能，能夠針對(duì)移動(dòng)終端設(shè)備開展自動(dòng)識(shí)別操作，按照相關(guān)的需求來把信息數(shù)據(jù)傳遞給相關(guān)的部門，保障井下安全巡檢防護(hù)工作能夠更加順利地進(jìn)行。能夠看出，在井下安全巡檢防護(hù)時(shí)期，借助5G技術(shù)可以提升整體工作的安全性和可靠性，而且能夠帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。

(4)以5G技術(shù)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)遠(yuǎn)程控制

在開展井下工作的時(shí)候，經(jīng)營人員可以掌握的大多數(shù)信息主要來自數(shù)據(jù)的上傳下達(dá)，相關(guān)的指令層層傳遞給有關(guān)的部門。對(duì)于5G技術(shù)的使用，能夠幫助各部門獲取更加準(zhǔn)確的信息，保障信息傳遞的實(shí)時(shí)性，而且可以增強(qiáng)對(duì)于各個(gè)部門工作的監(jiān)督和管理，掌握井下生產(chǎn)的實(shí)際情況，及時(shí)地找出存在的各項(xiàng)問題，選擇合理的措施進(jìn)行應(yīng)對(duì)，保障井下工作安全，進(jìn)而促進(jìn)煤礦行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。

(5)以5G技術(shù)為基礎(chǔ)的綜采工作面應(yīng)用

常規(guī)綜采工作面設(shè)備通常包括：采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架、轉(zhuǎn)載機(jī)及超前支架、視頻監(jiān)控等，除去安全監(jiān)測、人員定位、通風(fēng)、供水、供風(fēng)等系統(tǒng)，總設(shè)備數(shù)量仍將數(shù)以幾百計(jì)。因此，為實(shí)現(xiàn)綜采工作面設(shè)備聯(lián)機(jī)集中控制、故障監(jiān)測、遠(yuǎn)程精確控制、自動(dòng)化運(yùn)行等系統(tǒng)功能，需要對(duì)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，在更短的時(shí)間內(nèi)完成各個(gè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。

高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)與5G通信技術(shù)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是實(shí)時(shí)采集和傳輸綜采設(shè)備運(yùn)行情況，目前井下常用的防爆攝像機(jī)性能較差，在煤礦井下惡劣的生產(chǎn)條件下，經(jīng)常出現(xiàn)被煤塵覆蓋降低清晰度和照射范圍的情況，不能全面展現(xiàn)工作面實(shí)時(shí)情況，且維護(hù)起來費(fèi)時(shí)費(fèi)力。煤礦井下綜采工作面光線復(fù)雜昏暗、粉塵懸浮、溫濕度較大，近年來隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，4k高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)逐漸成為行業(yè)熱點(diǎn)，但4k高清攝像機(jī)需要更高的網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬（一般情況下4k圖像需要6～8Mb/s的帶寬，經(jīng)不同的編碼格式編碼后可降低帶寬需求），無論是RF射頻信號(hào)、WiFi還是4G均難以滿足高清視頻的帶寬需求。5G作為更先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，完全能夠滿足高清視頻監(jiān)控圖像傳輸?shù)男枨?。以華為5G CPE終端設(shè)備Pro版為例，數(shù)據(jù)傳輸上行峰值：250Mb/s；下行峰值：1.65Gb/s，在滿足高清視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下，仍有足夠的帶寬支持通話、視頻、數(shù)據(jù)交換、遠(yuǎn)程控制等多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

利用5G建立綜采工作面“一張網(wǎng)”。綜采工作面設(shè)備眾多，各個(gè)功能的綜合自動(dòng)化子系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，互不關(guān)聯(lián)，每個(gè)系統(tǒng)都是獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)量大且情況復(fù)雜。煤礦井下工作面采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)等各個(gè)綜合自動(dòng)化子系統(tǒng)都建有單獨(dú)的局域網(wǎng)絡(luò)，很難進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，為綜合自動(dòng)化集成平臺(tái)建設(shè)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程精準(zhǔn)控制，多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)、預(yù)警報(bào)警等戰(zhàn)略目標(biāo)造成困難。

綜采工作面的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)通常采用環(huán)形或樹形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種類型的結(jié)構(gòu)布線容易，增加設(shè)備方便，但傳輸效率受限于傳輸介質(zhì)容量，故障診斷和隔離比較困難。煤礦井下綜采工作面自動(dòng)化、智能化就需要對(duì)傳統(tǒng)的井下網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造，建立以5G為核心的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，對(duì)綜采工作面視頻監(jiān)控系統(tǒng)、采煤機(jī)控制系統(tǒng)、刮板機(jī)控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)載機(jī)控制系統(tǒng)等進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)整合。5G技術(shù)網(wǎng)絡(luò)兼容性強(qiáng)，能夠在不改變?cè)芯戮W(wǎng)絡(luò)條件的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)改造，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)建設(shè)更新?lián)Q代成本，避免資源浪費(fèi)，提升管理效率。

建設(shè)“一張網(wǎng)”需要對(duì)不同的系統(tǒng)進(jìn)行融合（見圖1），提高數(shù)據(jù)傳輸和交換效率。通過在綜采工作面建設(shè)5G基站達(dá)到上接井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)，下接綜采工作面綜合自動(dòng)化和高清視頻監(jiān)控等系統(tǒng)如圖1所示，完成對(duì)井下綜采工作面的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，實(shí)現(xiàn)對(duì)綜采工作面視頻數(shù)據(jù)的無線采集監(jiān)測和對(duì)綜采工作面液壓支架、采煤機(jī)、刮板機(jī)的數(shù)據(jù)無線采集和遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)工作面各個(gè)系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)、連續(xù)、高效、安全運(yùn)行，釋放人力，降低成本。

圖1 綜采工作面“一張網(wǎng)”

5.結(jié)束語

現(xiàn)階段煤礦業(yè)發(fā)展速度持續(xù)增快，從傳統(tǒng)的人工開采發(fā)展成了智能化的煤礦開采，煤礦行業(yè)的科學(xué)水平也在不斷提升，在煤礦行業(yè)發(fā)展時(shí)期，要想更好地應(yīng)對(duì)各項(xiàng)機(jī)遇和挑戰(zhàn)，就需要合理地使用5G技術(shù)。通過5G技術(shù)的使用，增強(qiáng)煤礦生產(chǎn)經(jīng)營能力和安全監(jiān)管能力，提升煤礦行業(yè)的生產(chǎn)效率，保障煤礦安全的安全發(fā)展。