摘要：5G技術(shù)的快速普及，在為人們?nèi)粘Ｉ钐峁┍憷耐瑫r(shí)，也可為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化發(fā)展助力，加快了煤礦企業(yè)生產(chǎn)的智能化進(jìn)程。5G技術(shù)兼具速率高、時(shí)延低等諸多優(yōu)勢(shì)，能夠高效地進(jìn)行信息傳輸與處理。該文在簡(jiǎn)要概述5G技術(shù)的基礎(chǔ)上，以金雞灘煤礦為具體案例，總結(jié)梳理該技術(shù)在智能化煤礦中所能發(fā)揮的作用，進(jìn)而從安全監(jiān)測(cè)、運(yùn)輸、輔助操作、能源管理以及安全監(jiān)測(cè)等方面，具體探索5G技術(shù)在智能化煤礦中的應(yīng)用策略。

關(guān)鍵詞：5G通信技術(shù)；智能化煤礦；應(yīng)用

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.09.054

中圖分類號(hào)：TN 929.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編碼：1672-7274（2024）09-0-03

The Application of 5G Communication Technology in Intelligent Coal Mines

ZHAO Guozhi1， YU Jianhui1， XU Yanyun1， CHEN Jiayu1， SONG Jie1， XUE Shengli2

（1. Yankuang Energy Group Co.， Ltd.， Jining 273500， China;

2. Shenzhen Zhenyou Technology Co.， Ltd.， Shenzhen 518000， China）

Abstract： The rapid popularization of 5G communication technology not only provides convenience for people's daily lives， but also provides assistance for industrial production automation， accelerating the intelligent process of coal mining enterprises' production. 5G communication technology has many advantages such as high speed and low latency， which can efficiently transmit and process information. Based on a brief overview of 5G communication technology， this article takes Jinjitan Coal Mine as a specific case， summarizes and sorts out the role that this technology can play in intelligent coal mines， and then explores the application strategies of 5G communication technology in intelligent coal mines from the aspects of safety monitoring， transportation， auxiliary operation， energy management， and safety monitoring.

Keywords： 5G communication technology; intelligent coal mines; application

2020年初，國(guó)家發(fā)展改革委等7個(gè)部門聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，為煤礦生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展提供了有力的政策支持，同時(shí)也使我國(guó)的煤礦智能化速度明顯加快，煤礦生產(chǎn)效率及生產(chǎn)安全水平顯著提升，對(duì)周邊環(huán)境的污染和破壞明顯減少，煤礦人員工作環(huán)境也得以顯著改善。但不容忽視的是，智能化煤礦建設(shè)在信號(hào)傳輸、遠(yuǎn)傳操作等方面還面臨諸多問題。而5G技術(shù)的有效應(yīng)用，不僅能為煤礦構(gòu)建穩(wěn)定且高效的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，還有助于降低煤礦開采難度，進(jìn)一步提升煤礦的智能化水平。在此背景下，山東能源集團(tuán)在金雞灘煤礦的建設(shè)中，加大了在資金、人員、技術(shù)設(shè)備等方面的投入，通過適當(dāng)應(yīng)用5G等先進(jìn)技術(shù)，打造國(guó)家Ⅰ類中級(jí)智能化示范煤礦，取得了較為顯著的建設(shè)成果，并榮獲了“魯班獎(jiǎng)”“雙十佳煤礦”以及“綠色礦山突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”等諸多榮譽(yù)。

1 5G技術(shù)概述

5G技術(shù)即第五代移動(dòng)通信技術(shù)，相較于4G及其他通信技術(shù)，其主要特點(diǎn)如下。一是高速率。在理想狀態(tài)下，5G網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸速度能夠超過20 Gbps，是4G網(wǎng)絡(luò)的100倍以上，將其運(yùn)用到日常生活中，用戶能夠在幾秒鐘時(shí)間內(nèi)完成對(duì)一部高清電影的下載、在玩網(wǎng)絡(luò)游戲時(shí)不會(huì)出現(xiàn)緩沖難題。二是低延遲。在基于4G技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸中，往往會(huì)有幾十毫秒的延遲時(shí)間。相比之下，5G網(wǎng)絡(luò)的延遲時(shí)間得以大幅縮短，通常僅需幾毫秒或更少，這種進(jìn)步看似微不足道，但在汽車自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療等領(lǐng)域意義重大。三是大連接。它可以通過為大量用戶提供通信服務(wù)，使大量用戶同時(shí)將通信設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)中，有助于各設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)高效且便捷的數(shù)據(jù)共享，這為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展鋪墊了有力基礎(chǔ)[1]。此外，5G技術(shù)中還包含網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，能夠通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的適當(dāng)劃分，將其靈活分配到多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)中，從而防止網(wǎng)絡(luò)擁堵，同時(shí)還可根據(jù)用戶的差異化需求，為用戶提供個(gè)性化服務(wù)。

2 5G技術(shù)在智能化煤礦中的作用

煤礦生產(chǎn)涉及事項(xiàng)較多，生產(chǎn)系統(tǒng)較為復(fù)雜，要確保各項(xiàng)智能化、信息化技術(shù)得到充分利用，各部門間能夠協(xié)調(diào)配合，就需要便捷高效的通信技術(shù)加持。5G技術(shù)的引入，能夠?yàn)槊旱V生產(chǎn)的各部門之間搭建寬闊且便捷的信息溝通平臺(tái)，同時(shí)也能為技術(shù)融合提供通暢的渠道，為煤礦智能化發(fā)展提供更強(qiáng)力的支持[2]。

2.1 有助于傳感器等設(shè)備的互聯(lián)

煤礦智能化生產(chǎn)通常需要運(yùn)用大量的傳感器，并且種類較多，采用各種煤礦生產(chǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。通過對(duì)5G技術(shù)的有效運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)不同傳感器之間的互聯(lián)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)勢(shì)融合，為傳感器的安裝及應(yīng)用鋪墊良好基礎(chǔ)，這也是保障煤礦智能化運(yùn)行的關(guān)鍵[3]。通過應(yīng)用傳感器，煤礦生產(chǎn)管理者能夠動(dòng)態(tài)且精準(zhǔn)地了解機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，對(duì)煤礦現(xiàn)場(chǎng)及周邊環(huán)境加以監(jiān)控和分析，并基于安全數(shù)據(jù)對(duì)煤礦生產(chǎn)安全性加以客觀評(píng)價(jià)[4]。

2.2 有助于煤礦各子系統(tǒng)信息的融合

在煤礦智能化生產(chǎn)中，通常需要運(yùn)用到多個(gè)不同的系統(tǒng)，而且涉及許多通信協(xié)議，這些協(xié)議的類型劃分又較為復(fù)雜，因此在實(shí)際運(yùn)行過程中，這些系統(tǒng)軟件時(shí)常會(huì)出現(xiàn)矛盾[5]。5G技術(shù)的引入，能夠?yàn)榇髷?shù)據(jù)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用提供有力支持，通過三維模型的構(gòu)建，管理者利用網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備便能夠獲取并瀏覽海量的生產(chǎn)信息，并將其作為重要依據(jù)，對(duì)煤礦生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行情況做出準(zhǔn)確且合理的判斷。

2.3 有助于煤礦生產(chǎn)的智能控制

煤礦通常位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，所處的地質(zhì)環(huán)境比較復(fù)雜，導(dǎo)致生產(chǎn)作業(yè)難度相對(duì)較高，同時(shí)也加大了煤礦生產(chǎn)的管理難度，實(shí)踐中，時(shí)常會(huì)有員工無法嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行施工，增加了煤礦生產(chǎn)的安全隱患[6]。在5G技術(shù)的加持下，煤礦生產(chǎn)能夠更好地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，以此來替代部分人工采掘工作，在顯著減輕人工壓力、降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，還可提升煤礦生產(chǎn)安全性。

2.4 有助于加強(qiáng)煤礦綜合管控

為便于生產(chǎn)管理，煤礦企業(yè)通常會(huì)將管理工作具體劃分為多個(gè)子系統(tǒng)，但各子系統(tǒng)之間時(shí)常相互獨(dú)立，難以實(shí)現(xiàn)良好的協(xié)作配合。利用5G技術(shù)能夠建立綜合管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同部門、不同系統(tǒng)的巧妙融合，將其構(gòu)建成為統(tǒng)一的整體，以便各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源能夠?qū)崿F(xiàn)共享和整合，使管理者能夠做出更加科學(xué)且全面的指揮調(diào)度，再將現(xiàn)場(chǎng)管理職責(zé)具體劃分到每個(gè)部門、每個(gè)崗位，以此來強(qiáng)化工作人員的責(zé)任意識(shí)，同時(shí)也有助于管理者掌控全局，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況做出更準(zhǔn)確的分析判斷，提升對(duì)煤礦生產(chǎn)過程的管理水平。

3 5G技術(shù)在智能化煤礦中的具體應(yīng)用

3.1 在煤礦安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

在煤礦生產(chǎn)過程中，安全始終是第一要素。煤礦企業(yè)可將5G技術(shù)應(yīng)用到煤礦環(huán)境監(jiān)測(cè)中，充分利用其高速率、低延遲等優(yōu)勢(shì)，動(dòng)態(tài)且高效地獲取各種與煤礦安全有關(guān)的數(shù)據(jù)信息，如礦井內(nèi)溫濕度、有害氣體濃度等，還有礦井外的氣象、噪聲、地質(zhì)環(huán)境等相關(guān)信息。安全管理人員可依據(jù)這些信息，對(duì)煤礦生產(chǎn)安全性進(jìn)行分析，并結(jié)合煤礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，制定具體的安全生產(chǎn)規(guī)程。通過具體的數(shù)據(jù)分析，對(duì)各類生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化評(píng)估。煤礦企業(yè)還可基于5G技術(shù)構(gòu)建煤礦安全預(yù)警系統(tǒng)，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦現(xiàn)場(chǎng)安全性的動(dòng)態(tài)評(píng)估，并在發(fā)現(xiàn)煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)后，及時(shí)向管理人員發(fā)出預(yù)警信號(hào)，以便其及時(shí)做出有效的應(yīng)對(duì)策略，盡可能將煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)控制在萌芽階段[7]。在此方面，金雞灘煤礦通過對(duì)5G技術(shù)的有效運(yùn)用，廣泛收集煤礦安全生產(chǎn)相關(guān)信息，并基于這些信息對(duì)員工進(jìn)行考核評(píng)比，不僅減少了生產(chǎn)中的安全隱患，同時(shí)增強(qiáng)了工人的安全意識(shí)，在保障礦場(chǎng)安全方面發(fā)揮了顯著作用。

3.2 在煤礦運(yùn)輸中的應(yīng)用

在運(yùn)輸作業(yè)方面，煤礦企業(yè)可在5G技術(shù)的支持下，加快打造智能運(yùn)輸系統(tǒng)，對(duì)運(yùn)煤車輛進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的精細(xì)化調(diào)度管理。如金雞灘煤礦通過對(duì)此類技術(shù)的有效運(yùn)用，使礦井回采率超過90.0%，從而達(dá)到高效開采的效果。具體來看，煤礦企業(yè)首先要采購充足的傳感器及控制器，并將其連接到5G網(wǎng)絡(luò)，并將其安裝到運(yùn)煤車輛上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。操作人員僅需通過監(jiān)控設(shè)備甚至手機(jī)App，便能夠全面查看每輛運(yùn)煤車的運(yùn)行狀態(tài)，并在不受空間限制的情況下，遠(yuǎn)程對(duì)車輛的啟動(dòng)、停止、變速等情況加以靈活的調(diào)度，還可以根據(jù)生產(chǎn)需求及時(shí)變更車輛行駛路線，在顯著提升運(yùn)輸效率的同時(shí)，減少車輛擁堵的風(fēng)險(xiǎn)，還有助于避免車輛繞道。不僅如此，而且操作人員還應(yīng)做好對(duì)車輛行駛數(shù)據(jù)的收集，對(duì)其行駛速度、行駛穩(wěn)定性等情況加以分析判斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)Xgg5krviriZG3s/s+tWBhw==其運(yùn)行過程中的各種故障隱患，盡快進(jìn)行維修或保養(yǎng)，以保障運(yùn)煤車的運(yùn)輸效率及穩(wěn)定性。此外，在對(duì)運(yùn)煤車輛進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控時(shí)，操作人員應(yīng)認(rèn)真觀察車輛的行駛環(huán)境，避免車輛與工作人員或其他人員發(fā)生碰撞，進(jìn)一步保障運(yùn)煤過程的穩(wěn)定性與安全性。

3.3 在輔助操作方面的應(yīng)用

為進(jìn)一步提升煤礦采掘的自動(dòng)化程度，提升作業(yè)效率，煤礦生產(chǎn)企業(yè)可將5G技術(shù)與采掘設(shè)備相結(jié)合，在各種傳感、控制、執(zhí)行等儀器的支持下，將煤礦采掘設(shè)備接入5G網(wǎng)絡(luò)，以便操作人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，并使其能夠保持自動(dòng)運(yùn)行。結(jié)合金雞灘煤礦的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，在以往的炮采工作面中，往往需要60余名工人同時(shí)作業(yè)，在經(jīng)過優(yōu)化升級(jí)后，綜采工作面對(duì)于工人數(shù)量的需求明顯減少，但仍需要30余人參與作業(yè)，而在將5G技術(shù)引入后，對(duì)連采機(jī)進(jìn)刀、落煤以及掃底等環(huán)節(jié)進(jìn)行自動(dòng)化處理，僅需幾個(gè)人就足以完成操控工作，這一方面能夠減輕工作人員的任務(wù)量，緩解其工作壓力；另一方面也能夠減少人工對(duì)煤礦采掘的干預(yù)，大幅降低煤礦采掘的事故風(fēng)險(xiǎn)。在此基礎(chǔ)上，管理人員可利用采掘設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析來及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中潛在的各種異常風(fēng)險(xiǎn)，并在識(shí)別到設(shè)備故障問題后，盡快安排專業(yè)人員前往維修，以保障采掘過程安全，同時(shí)還可延長(zhǎng)采掘設(shè)備的使用壽命。

3.4 在能源管理中的應(yīng)用

煤礦生產(chǎn)過程中需要消耗大量能源。如何實(shí)現(xiàn)降本增效，一直都是煤礦生產(chǎn)工作中的重要問題。在5G技術(shù)的支持下，金雞灘煤礦加快落實(shí)“綠色開采、低碳發(fā)展”的理念，并通過應(yīng)用智能降塵系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的揚(yáng)塵加以動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及控制。將矸石作為制磚原料，使其利用率達(dá)到100%。以此為借鑒，煤礦生產(chǎn)企業(yè)在應(yīng)用5G技術(shù)時(shí)，應(yīng)對(duì)煤礦生產(chǎn)過程進(jìn)行系統(tǒng)梳理，應(yīng)用傳感器、監(jiān)控設(shè)備，對(duì)每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的能源消耗情況加以完整的統(tǒng)計(jì)歸納，具體包括礦井作業(yè)中涉及的通風(fēng)、排水、用電等數(shù)據(jù)，再經(jīng)5G網(wǎng)絡(luò)將其傳輸至數(shù)據(jù)中心，以便為后續(xù)的能源配置優(yōu)化提供重要依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，煤礦管理者應(yīng)總結(jié)煤礦能源消耗在不同季節(jié)、不同時(shí)間呈現(xiàn)的規(guī)律與特點(diǎn)，對(duì)各類設(shè)備的能源消耗、作用發(fā)揮、使用效率等情況加以綜合分析，通過對(duì)比，篩選出性能佳、能耗低的生產(chǎn)設(shè)備，節(jié)能理念融入煤礦生產(chǎn)計(jì)劃中，以此來達(dá)到煤礦生產(chǎn)節(jié)能增效的目的。在對(duì)生產(chǎn)方案加以優(yōu)化后，還應(yīng)利用5G技術(shù)監(jiān)控能源消耗情況，將其與生產(chǎn)方案進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比，以便及時(shí)查找出能源消耗過多的具體原因，并督促相關(guān)責(zé)任人員及時(shí)加以調(diào)整，從而促進(jìn)煤礦企業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。

3.5 在安全防控方面的應(yīng)用

為保障煤礦生產(chǎn)過程的安全性，煤礦企業(yè)在應(yīng)用5G技術(shù)時(shí)，不僅要將其應(yīng)用于煤礦現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)測(cè)中，還應(yīng)將其融入智能安全系統(tǒng)中，以增強(qiáng)煤礦企業(yè)對(duì)于各類安全隱患的防控能力。為此，煤礦企業(yè)要采購充足且高清的視頻監(jiān)控設(shè)備及各類報(bào)警軟件，根據(jù)生產(chǎn)需要將其安裝到現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)角落，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的全覆蓋。煤礦企業(yè)還應(yīng)充分發(fā)揮5G技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)接收到的各類安全數(shù)據(jù)加以實(shí)時(shí)分析，以此來提升煤礦安全管理的效率及質(zhì)量。此外，煤礦生產(chǎn)企業(yè)還可利用5G技術(shù)全面梳理煤礦現(xiàn)場(chǎng)安全的歷史數(shù)據(jù)，對(duì)各種安全隱患加以歸納和分類，并且對(duì)其發(fā)生規(guī)律及特點(diǎn)加以分析，進(jìn)而利用5G技術(shù)強(qiáng)大的信息處理能力，廣泛收集有效的煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)方法，并結(jié)合煤礦現(xiàn)實(shí)情況，構(gòu)建成熟且完善的煤礦安全應(yīng)急處理方案，具體劃分各部門的安全監(jiān)督及管理職責(zé)，以便在發(fā)現(xiàn)安全隱患后，能夠由具體的責(zé)任部門或責(zé)任人員盡快采用有效策略解決該問題，確保煤礦生產(chǎn)安全。

4 結(jié)束語

5G技術(shù)在智能化煤礦中的應(yīng)用有助于煤礦生產(chǎn)企業(yè)做好安全監(jiān)測(cè)，提升煤礦運(yùn)輸效率和能源管理水平。希望在金雞灘煤礦成功經(jīng)驗(yàn)的示范帶動(dòng)下，能夠有更多煤礦生產(chǎn)企業(yè)認(rèn)識(shí)到5G技術(shù)的優(yōu)勢(shì)作用，并將其充分運(yùn)用到煤礦生產(chǎn)管理中，推動(dòng)我國(guó)煤礦智能化發(fā)展。

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