基于5G技术的煤矿智能化开采关键技术探索

韦跃辉

随着当前时代的发展，5G技术已经成为我国重要的战略部署之一，在我国的发展之中起着重要的作用，其中非常关键的一个部分就是智能化的建设。煤矿作为重要的工业原料，在开采的过程中，需要大量的环节布置，因此需要做好对其智能化方面的布置，可以有效提升煤矿的生产效率，实现煤矿的发展和进步，所以本文主要对5G技术时代下，煤矿的发展进行分析，希望对相关的从业人员有一定的参考。

5G技术 煤矿智能化 关键技术 煤矿开采

WEI Yuehui

（Zhengzhou Coal Electrical Machinery and Electrical Equipment Management Center Communication Branch， Zhengzhou， Henan Province， 452371 China）

With the development of the current era， 5G technology has become one of the important strategic deployment in China， which plays an important role in China’s development， and one of the key parts is the intelligent construction. Coal mine as an important industrial raw material， in the process of mining， needs a large number of link layout， therefore， it needs to do a good job in its intelligent layout， which can effectively enhance the production efficiency of coal mine， and realize the development and progress of coal mine， so this paper mainly on the 5G technology era， the development of coal mine analysis， hope to have a certain reference to the relevant practitioners.

5G technology; Coal mine intellectualization; Key technology; Coal mining

当前世界上最经济的能源是煤炭，在未来的一段时间内，煤矿的发展直接关系到我国的进步，对于我国发展有着至关重要的作用，因此在这样的情况下，我国加快了智能化开采工作的建设。由于5G技术的出现以及发展，对我国当前的智能化进步有着非常强的推动作用，是实现我国发展的关键所在，因此在这样的情况下，如何解决当前5G智能化煤矿开采的关键技术问题，是实现煤矿智能化发展的重点，也是实现煤矿进步的有效手段，只有解决这个问题，才可以保证我国煤矿的长期发展，实现我国能源方面的进步。

随着智能化建设的推进，煤矿生产各环节将逐步实现远程控制，各系统设备操控将由井下转移到地面，煤矿日常生产将主要依靠智能操控中心、智能技术支持中心和智能运维队伍协作完成，实现煤矿由“高危生产”向“本质安全”转变、由“规模产量”向“质量效益”转变、由“劳动密集”向“技术创新”转变、由“传统开采”向“智能开采”转变，从而实现煤炭行业的高质量发展。煤矿智能化有利于提高生产效率、实现精准勘探，还能够延伸煤炭企业产业链，打造煤矿智能装备和煤矿机器人研发制造等新产业。开展煤矿智能化建设是贯彻落实“四个革命、一个合作”能源安全新战略的重要举措。

智慧煤矿的总目标是带领煤矿构建科学完善的智慧系统，实现整体运营的智能化、绿色化开采和利用。智慧煤矿最基本的煤炭加工要求：数字化、信息化。理论上需要解决的问题是：数字化煤矿多源异构数据之间关系的统一表达;采矿系统的作用机理、姿态智能控制和复杂环境的理论基础;矿山设备组的健康状况及维护措施。

在建设智慧煤矿的过程中，包括8个智能化生产经营系统。首先要搭建的是一个承载生产经营系统的智能云平台。MOS系统综合管理运营平台是一个智慧矿山。从根本上说，它是一个感知综合矿山信息、建设、展示和应用智慧矿山的平台。利用煤矿配套的子系统、传感器和智能设备获取数据，利用业务逻辑功能和多需求通信进行大数据分析和云计算处理。人事管理等应用功能属于内置系统的建设。确保智慧煤矿科学有效发展的首要条件是做好智慧煤矿顶层设计。智慧煤矿建设从一套标准体系出发，建立感知网络，构建高速数据通道，形成大数据应用中心和多业务云服务平台。

采用智能视频技术，充分利用计算机网络和逻辑控制技术，实时信息数据采集、处理综合应用，提高企业资源和资金的利用效率，降低成本支出，是企业创新和发展的一个重大方向。因此在当前的发展中，需要保证可视化系统的发展，只有以此为基础，才可以完成斜井带式输送在线安全监控系统、带式输送机视频分析控制系统，并结合综合自动化系统，实现安全生产视频监控主生产系统关键节点，实现安全生产关键环节的智能化可视化管理。在异物检测的基础上，可以检测并报警带式输送机尾部是否有煤。在实际的使用中，一旦发现存在不对的情况，能够及时报警或者调整，这样也是系统的自检能力，保证当前的机组运行正常，对于机组而言，使用这样的方式可以极大地提升当前的运行效率，实现对自动化管理工作的加强。

建立基于大数据的矿山安全生产云服务平台。研究基于大数据时空行为分析等技术，提供高可靠、高擴展、高访问性能的多矿大数据存储模式。基于大数据分析的矿难备灾、演进、应急全过程反演，实现了矿井安全生产环境的“透明化”，在煤矿灾害早期发现和预防领域取得突破。通过基于云计算的统一服务平台，实现矿山安全生产信息的跨区域实时远程监控和共享服务。这方面主要涉及云计算、大数据与物联网聚合、数据发现与搜索等技术。基于分布式计算技术，建立综采工作面大数据云计算框架，开发竞争专家分析决策、支持多种数据类型的数据分析引擎，开发标准算法库和扩展接口，实现大数据云计算和数据对外交互。而且物联网云计算模式可以依靠5G技术实现远程的快速分析和控制，有效地提升了当前对于矿山安全概率，实现了矿山的发展和进步。

为保证煤矿科学有序开采，按质保量完成掘进设备的推广，需要对开采设备的空间位置和作业路径进行准确定位和测量。现实中，由于地下空间封闭复杂，电磁干扰严重，缺乏卫星导航引导，设备难以准确定位导航。精确的定位技术可以保证在开采的过程中，实时跟踪监控，可将地下各区域的人员、设备情况及时、准确地反映到地面计算机系统，使管理人员可以随时掌握井下人员、设备的分布情况，便于更合理地调度管理。同时，可以利用报警提示功能，通过设置员工进井时间，超时可向进井人员报警。此外，还可以在一些重要的地下室和危险场所（盲道等）设置电子围栏，对员工的出入权限进行管理。如果未经授权的人员进入，就会发出警报，达到安全、可靠的目的。该系统可在恶劣环境下24h正常工作，有利于抢险救灾。发生事故时，可立即利用计算机查询事故现场人员位置分布、被困人员人数、遇险人员疏散路线等信息，为事故救援提供科学依据。

在地下使用三维技术，可以有效地了解地下的情况，对未来发生的事情做出有效的预测，实现对地下情况的有效监控。在5G技术发展之后，信息本身传输的量有了质的飞跃，这样的好处就是在实施的过程中，能够有效地对地下的情况进行真实的反馈，从而建立起完善的三维影像，这样就能够及时根据地下情况的变化而调整当前的开采方法等，实现有效的管理和控制，促进智能化开采技术的实施。

矿山生产系统规模庞大复杂，生产过程中会产生大量数据，需要进行分析。由于目前技术的缺乏，难以提取科学有效的数据，分析挖掘过程中数据的关联规律，无法应用于智能挖掘和控制。

人工智能是使计算机模拟某些人类思维过程和智能行为（例如学习、推理、思维、计划等）的学科，主要包括通过计算机实现智能，制造类似于人脑智能的计算机的原理，因此该计算机可以实现更高级别的应用程序。人工智能将涉及计算机科学、心理学、哲学和语言学。可以说，几乎所有自然科学和社会科学学科都远远超出了计算机科学的范围。人工智能与思维科学之间的关系就是实践与理论之间的关系。人工智能处于思维科学及其应用分支的技术应用水平。从思维的角度来看，人工智能不仅限于逻辑思维，而且只有通过形象思考和启发思维，才能促进人工智能的突破性发展。数学通常被视为许多学科的基础科学，其已进入语言和思维领域，因此人工智能的主题也可借用数学工具。数学不仅在标准逻辑、模糊数学等领域中发挥作用，将其引入人工智能学科，它们将相互促进，发展更快。具备这样技术的智能，在当前很多领域中都可以进行使用，其中煤矿的开采就是一个类别，但是矿井下的情况复杂多变，需要智能机器人能够根据实际的情况做出有效的判断，才可以投入到生产之中，这就需要5G技术协调辅助，在一些复杂的情况下，实现有效的规划，从而完成开采工作，在这样的情况下，才可以实现智能化技术的有效推广和实施。

在开挖工作中，开挖支护问题没有得到合理解决。科学合理地推进支护工作机械化快速发展，可以解决开挖工作的关键问题。为了更好、更科学地处理这个关键问题，必须突破两个关键点：一是开挖临时支护作业技术;二是钻孔、锚固、注浆一次作业过程。一方面，发展灵活的自移动临时支撑系统，为设置永久支撑滞后创造条件;另一方面，开发新型钻孔锚杆注入、一次性锚杆安装或边挖边自动钻孔装载系统，统一分散的开挖支护生产流程，满足开挖支护工作并行快速的要求。

综采工作面分布式多机协同控制技术及系统开发的关键点如下。第一，建立统一坐标系综采设备组的姿态模型和位置关系运动学模型。第二，综采工作面分布式多机共控原理及算法。第三，改进俯仰采矿等复杂条件下液压支架自动跟随移动技术和装置。第四，开发具有快速响应特性的智能供液系统。

想要实现上述的研究和发展，需要重视以下4个重点。第一是各种类型、时间尺度的围岩环境数据和数据插值算法及软件，分层建立数据特征库。第二是为了拓宽学习的深度和广度，建立智能挖掘控制行为模式推理决策算法和软件。第三是围岩环境和设备运行趋势的推理算法和软件。第四是建立完善的挖掘大数据推送措施和制度。

一是传感技术的研发。传感器是承担智慧机器人的眼睛功能，对智慧机器人的使用起到很好的作用，因此在当前的设计之中，必须重视对于传感器的设计，让传感器能够和软件共同作用，从而让采矿机器人能够感知声光、物体以及外部环境等，并且能够针对这些情况做出相应的判断，保证在多变的外部环境中能够更好地适应。二是地下环境中传感器、数据通信和多源传感数据的融合与定位技术。三是复杂井下环境下不同种类综采设备的同声传译与集成。

为建立和完善我国煤炭资源和产能布局，改变煤炭资源开发基本产业政策中传统的开采方式和产能装备势在必行。在改变原有煤矿生产经营模式的基础上，统一智能煤矿和智能采矿方案，维护系统云服务，组建智能专业的采矿团队，解决煤矿人才与管理运营水平的不平衡问题，同时加强市场服务;在加快推进智能煤矿和智能采矿技术标准和运营管理规范建设的同时，建立安全章程制度，更好地推进智能无人采矿，缩短智能无人采矿技术装备更新换代的时间。

信息技术主要是通信网络技术，在我国未来的发展之中，5G技术必然会在众多的行业中加以运用，因此在实际的使用之中，5G技术的优势就是能够及时对问题进行反馈，比4G网络的传输速度快数百倍。5G技术有四大重要特点，即高速度、泛在网、低功耗、低时延，这使得远程操作机器人成为可能，从而可有效地改善地下的环境，实现地下工作的进步和发展。

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综上所述，在当前的时代之中，煤矿的开采工作本身事关重大，且涉及到很多人的生命财产安全，因此需要做好完全的准备，才可以实施地下煤矿的建设工作，保证当前的开采工作能够顺利有效的实施，达到预期的作用，推动我国能源事业的发展。

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