5G通信技术在智能化煤矿的应用与研究

5G通信技术在智能化煤矿的应用与研究

刘鹏哲

身份证号：41010519840530023X

摘要：现阶段，随着科学技术的不断进步，把新的信息技术和传统的煤炭工业生产紧密地联系在一起，是一项重要的工作。5G煤矿智能化是以5G作为安全出口，运用人工智能技术、互联网大数据、雾计算、云计算、工业互联网等技术手段，融合煤矿采、掘、运、支等传统工艺，建成具备开采智能化、生产加工自动化技术、管理信息化专业能力的矿山开采。5G矿井的智能化建设，对煤炭企业生产数据进行信息化管理，实现向纵深发展具有重要意义。5G技术的出现，是煤矿企业自主研发的一项信息化管理，也是煤矿生产效率更新的引领者。因此，5G技术对煤矿智能化建设是不可缺少的一部分，讨论5G煤矿智能化，对于推动意识的变化，推动煤炭工业的生产转型，具有十分关键的现实意义。

关键词：5G通信技术；智能化煤矿；应用研究

引言

煤炭行业是中国传统行业中至关重要的一环，随着中国科学技术的蓬勃发展，各种新兴技术在煤矿中不断应用且显著提升了生产效率与员工安全性。由于Wi-Fi技术与4G通信技术受限于自身传输效率无法适配新兴技术，严重影响了设备的日常使用，而5G通信技术凭借广连接、低时延等特点有效解决了煤矿开采难度大、信号传输不稳定、远程操作高延迟等难题，且为新技术提供了稳定、高效、快速的信号网络。

15G技术的优势

新一代科学数据技术，包含5G、人工智能、大数据、云计算等技术，对促进数据技术在各方面的运用具有关键性的作用。第五代通信技术之所以被称为一个革命性的通信技术，其典型的特点是推动社会体制与工业生态的不断更新。5G除了具备基础通信技术能力之外，还将推进数字经济、新型基础设施建设的发展，实现物联网和超低延时，将会带来革命性的革新。5G技术逐步实现了人与物、物与物之间的联系。

在能源产业方面，5G能够促进工业物联网、物联网技术的发展，加快服务业智能化、数字化、智能化的转型。矿井智能化的初步探索与5G技术的应用是同步的，以前的技术无法解决矿井的问题，而随着5G技术的不断完善以及矿井智能化的不断建设，必将衍化出越来越多的自主创新应用。新的创新项目利用感知终端收集大量的数据，进行数据统计、分析，利用增强现实、虚拟现实、超高清视频、云端等技术，实现远程操作、场景模拟、情况检测等多个智能化所需求的功能，改变了煤矿传统式的人机交互技术；对于所涉及到的APP、感应器和数据连接的物理机器设备，使物与物之间可开展数据传输，将煤矿和物理技术及时的融合到互联网技术或智能控制系统的体系中。5G技术最显著的特点是带宽大、延迟低、连接广，这３大特点正好适合矿井智能化的发展，需要更多的数据信息连接，更大的数据传输网络带宽，更低的延迟控制，为矿井智能化开采提供了可靠的支撑。

25G技术在煤矿智能化中应用的必要性

5G技术的应用场景主要为增强移动宽带(eMBB)、超可靠低宽带(urLLC)、海量机器通信(mMTC)三个方面。其中，eMBB能够满足煤矿超高清视频的传输需求;urLLC能够满足无人采矿车、无人采掘机等智能设备之的通信需求;mMTC能够满足多种煤矿安全监测与传感器的数据采集需求。因此，5G技术在煤矿智能化开采中占据十分重要的地位，不仅可以有效推进煤矿的智能化进程，还在一定程度上增强了煤矿智能化设备间的通信传输能力。在传统煤矿的无线通信中，主要将4G与WiFi作为相应的网络架构，此种网络架构不能支持煤矿智能化开采的数据传输。

相较而言，5G技术的突破相对较多，关键技术包括:①高频通信;②大规模天线阵列(MIMO);③超密集组网(UDN);④设备到设备之间的通信(D2D);⑤网络切片技术等。其中，高频通信能够满足5G中的大带宽与高速率业务，如超高清视频传输、虚拟现实等;MIMO能够有效提升系统容量，并且可以将波束控制在相对较窄的范围内，在一定程度上弥补了高频段传输造成的路损;UDN可以通过虚拟化方式消除频繁切换产生的同频干扰;D2D能够减少蜂窝基站的负担，降低设备与设备之间的传输延时;网络切片技术能够对物理网络中的带宽进行分割，构建多个虚拟的端到端网络，在一定程度上提升不同场景的业务服务质量。

35G通信技术在智能化煤矿中的应用

3.1矿井5G无线通信系统架构

为显著推进煤矿智能化进程，推动5G通信技术应用，提高井下通信信号质量，实现多网互联等要求，将采用矿井5G无线通信系统。该系统分为地上与井下两部分，地上采用AAU（ActiveAntennaUnit，有源天线单元）实现地面信号覆盖，通过IrDA（InfraredDataAssociation，红外接口）与BBU（BuildingBasebandUnit，室内基带处理单元）相连接构成矿井5G无线通信系统地上部分，井下则采用PicoRRU（RemoteRadioUnit，遥控发射单元）井下基站技术实现井下5G无线网络覆盖，通过井下HUB（集线器）单元对井下基站进行汇总，与地上BBU相连接，进而构成完整的矿井5G无线通信系统。矿井5G无线通信系统为煤矿井下作业人员、环境监测与开采设备实现“万物互联，一网一站”提供了稳定、高质量、低时延的通信网络，催生煤矿企业不断创新发展，推动煤矿智能化建设，进一步保证煤矿安全作业生产。

3.2基于5G无线通信系统的设备远程操控

开采设备远程操作是煤矿智能化的重要组成部分，由于实现设备远程操作对网络延迟具有极高的要求且井下信号传播差、通信线路长，设备远程操作迟迟不能推进。而5G无线通信系统所提供的高稳定与低时延的通信网络为井下设备远程操作提供了可能。同时，伴随井下作业的开展，采煤机、液压机等设备的实时状态参数、环境传感器不间断采集环境信息、高清摄像头对工作面实时采集信息等复杂庞大的井下数据必须依靠5G无线通信系统的高带宽、低时延、高安全性等特点，才可以实现人员在地面实时跟踪井下的智能远程操作。

3.3综采智能化建设

采煤工作面智能化建设包含顺槽辅控核心和工作面智能化建设２个层面。顺槽辅控核心建设主要进行工业生产互联网构建、集控室硬件软件建设以及煤机、三机、支撑架、泵房、组合开关、移变集中化展现与操纵，同时完成矿压、煤机部位、割煤刀量及运送煤流等数据信息开展跨系统软件多层次剖析，进而指导工作面预料来压规律性。矿井工作面智能化建设的关键在于液压支架的跟机以及煤机的自主切割。液压支架自动化关键是利用自动查找煤机位置，启动支撑架的跟架过程，实现全自动移架、推溜和收打护帮板。煤机自主割煤是一种基于智能技术的自动预测算法，在煤机上安装相位传感器、采高传感器、摇摆传感器、结合十二工步切煤工艺，实现采煤机的自主生产。

3.4供电智能化建设

目前，供电系统的智能化建设已经全面实现自动化和远程监控，并全部实现无人值守。其中变电室采用智能巡检机器人，定时进行安全巡检，并对变电室高压开关柜运行状态和周边环境进行监控，解决静止短视频存在的监控盲区问题。采用自动化技术，当某台高压开关柜出现故障时，智能机器人会主动走到柜子前进行巡查。当对高压开关柜重合闸操作时，可以进行人脸识别，取代传统的操作票，同时可自动记录高压柜运行状态，对事故进行现场恢复和追踪。当检测到有害气体超限时，可自行断开开关，真正实现替代人工巡检的功能。

结语

随着煤矿智能化的开展以及5G通信技术在煤炭行业的进一步普及，5G通信技术将成为推动煤矿智能化进程的一大助力。通过5G通信技术的增强移动宽带、超高可靠低时延通信、海量机器类通信，能够更好地满足煤矿生产的实时性需求，让更多的智能设备应用于煤矿生产中，从而有效推动智能化煤矿建设。煤炭行业应充分结合企业实际、智能化煤矿需求，科学合理地推进5G通信网络部署。

参考文献

［１］　韩哲．５Ｇ是煤矿智能化的关键［Ｊ］．煤炭技术，２０２１，４０（６）：１５６－１５９．

［２］任文清，高小强．智能矿山建设实践及关键技术［Ｊ］．工矿自动化，２０２１，４７（２）：１１６－１２０．