“5G 技术”在智慧矿山建设中的应用

陈 斯

（中煤科工集团南京设计研究院有限公司，江苏 南京 210031）

中国矿产资源的开采走过了原始阶段、机械阶段、数字阶段。随着近两年国内市场的回暖，科技的发展，在煤矿企业和移动事业发展的背景下，跨向智慧的一步，并在技术开发与应用实践中，致力于智慧矿山的长远建设[1-3]。

1 智慧矿山建设的发展背景

煤炭是我国重要能源之一，瓦斯、粉尘、透水、火灾、冒顶事故等都是安全事故的主要诱因，安全生产问题一直是矿山开采的最大威胁。我国近几年出现了“用工荒”问题，矿企出现严重的招工困难问题，随着人口老龄化的加剧，这种情况也愈发的严重。各个煤炭集团想要解决这个问题，提出了减人增效、机械化换人的目标。2010 年，智慧矿山概念从发达国家传入我国，在矿业引起了震动并积极的探索。

智慧矿山是将人工智能、工业物联网、云计算、大数据、机器人、智能装备等与现代煤炭开发利用深度融合，形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统，实现煤矿开拓、采掘、运输、通风、洗选、安全保障、经营管理等过程的智能化运行。

目前是智慧矿山建设发展的初级阶段，工作存在研发滞后于企业发展需求、智能化建设技术标准与规范缺失、技术装备保障不足、研发平台不健全、高端人才匮乏以及煤矿企业的建设规划水平参差不齐，智能化项目管控不到位，重投入轻效益，各单位和专业化系统独成体系，个别系统形成信息“孤岛”或是数字“鸿沟”，导致难以全面实现信息共享和高效集成运作等问题[2]。2020 年2 月国家发展改革委、能源局等8 个部委联合印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，加快推动煤矿智能化发展，使得建设智慧矿山是发展的趋势。

2 “5G技术”在智慧矿山建设中的应用实证分析

5G 技术是第五代通信技术的缩写，是继4G 之后的延伸。5G 技术以其大带宽、低延时和光连接的优势打通了不同应用场景信息高效交互的统统，有利于重塑传统产业发展，助力数字化转型，和移动应用的深度融合，创新应用和服务[3]。

建设智慧矿山的前提基础是矿山数字化，离不开数据和信息的高效融合，5G 技术适合矿山发展需求。一是矿山位置比较偏僻，网络信号不好，因此需要单独建网，5G 建网便捷；二是大部分工程机械处于移动状态，矿山经常要爆破作业，全用光纤部署网络很不现实；三是矿山包括“采、掘、运、风、水、电”六大生产环节，系统多传输数据量大，智能化控制需求增多，5G网速快、超低延时的特质给予了保证。因此5G 技术加持，可有效提升智能开采、智能掘进等场景控制水平和监测数据传输可靠性、可维护性，智慧矿山更高效、更安全。

矿山5G 网络试点应用建设中渗透结合人工智能AI、精确传感技术、海量数据存储和互操作、地理信息系统和云技术；推进工业网络平台建设，实现远程集中控制、业务系统、工控系统网络资源共享等，保证各系统可实现主动感知、自动分析以及快速处理，最终达到少人化、无人化作业。未来煤矿建设主要包括智慧生产系统建设、智慧生产及管理系统建设、智慧安全决策系统建设三个方面。如今行业内建成了“有人巡视、无人值守”的智能化开采工作面、智能化皮带集控系统、智能化排水自动化系统、智能电力监控系统等[4]。

具体应用案例及其相关成就和技术创新点如表1 所示。

3 “5G技术”在智慧矿山建设中的前景

作为物联网应用的一个重要领域，实现对真实矿山整体及相关现象的可视化、数字化及智能化，将感知技术、传输技术、智能技术、信息技术、现代控制技术、现代信息管理技术等与现代机械加工技术紧密结合，将“5G 技术”融入矿山建设，通过智能信息技术的应用，形成了思考、反应和行动能力大大提升的层面，实现物物、物人、人人的全面信息集成和响应能力[4]。

（1）井下组网：在井下复杂环境下采用有线光纤+5G 微基站模式。大巷长度长、布置设备少，敷设条件好采用有线光纤；采煤工作面布置有采煤机、可弯曲刮板输送机、转载机、破碎机、乳化液泵站、可伸缩胶带输送机、液压支架、机电设备列车等，掘进面布置掘进机、掘进转载机、胶带输送机等，设备众多且随工作面移动的场所采用5G 基站。以有线与无线相结合，搭建快速的井下工业环网，提高采矿作业远程操控精准度、视频清晰度，提升生产效率。

（2）井下需要进行多系统融合，5G 中将对多种通信方法提供了一个统一的接入平台[6]。通过标准接口API 接入系统并保持系统独立，又利用新型技术如射频识别技术、红外感应技术、全球定位技术、激光扫描技术等各装置，实时信息进行交换和通信。用户通过统一的跨平台身份认证方法，实现用户通信的无缝连接服务[5]。

（3）井下设备需本质安全防爆型，加快建设合格井下5G 基站，推动我国智能矿山发展、智能化新模式。

表1 具体相关成就及技术创新

4 结语

“5G 技术”在智慧矿山建设中的应用，从大数据、云计算、移动互联等新技术到制造技术的融合发展中，整体上以工业化、自动化、智能化技术，驱动了矿山的行业发展。在设备安全、工作组织、应用领域、资本竞争乃至未来系统化竞争格局中，充分打破了以往的人工挖矿、机械开采的弊端，在矿山开采未来的竞争中具有广泛的应用前景。但探索工业与信息通信业融合创新、互促提升的创新发展之路仍旧任重而道远。