煤矿智能开采初级阶段问题分析与5G应用关键技术

朱文刚

摘要：随着科学技术的不断发展，各个行业都发生了极大的变化，智能化技术对于各行各业都带来了新的机遇与挑战。智能化技术在煤矿产业的应用处于初级阶段，是煤炭产业变革的一个新的方向，是煤炭行业高质量发展的核心技术。煤矿产业的智能化发展主要方向是数据高效传输与有效利用，当前煤矿智能化面临的问题主要是感知设备的可靠接入、智能终端低延时控制、大容量数据的高速传输等。为了进一步推动煤矿产业智能化开采的发展，本文着重分析了制约当前煤矿产业智能化发展进程的问题，详细的阐述了5G智能化关键技术在煤矿产业中的应用。

关键词：煤矿智能化;开采;5G技术;平台建设;

随着5G技术的研发与应用，5G技术在各行各业都取得了突破性的进展。煤矿产业的智能化在之前就已经提出，并且为了此目标而奋斗，5G技术的到来为煤矿产业智能化带来了曙光。但是，5G技术在煤矿产业智能化中起到什么作用，如何能够将5G技术更好的应用到智能化开采中，是当前迫切需要解决的问题。

一、当前煤炭智能化开采存在的问题

（一）智能化开采的局限性明显

煤矿产业智能化通过多年的探索与实践已经取得了初步的成果，获得了诸多宝贵的经验，主要有无人开采技术、人-机协同巡视技术、智能化开采装备的研发等，但是，智能化开采技术仍然处于初级阶段。智能化开采技术主要从三个方面叙述：感知环节、决策环节、执行环节。

目前，现有的传感器可靠性差，容易损坏，且难以更换，感知的数据严重缺乏。而智能化开采主要依靠大量的感知数据。互联网技术虽然在一定程度解决了这个问题，但是大量传感器的无线实时传输、数据流量的管理等依然存在问题。煤矿智能化的开采系统是由诸多子系统组成的，不具备系统间联动能力和全局掌控的能力，不利于智能化开采。某些执行机构依靠软件无法精准的控制，新技术和装备的使用不够深入，使用中经常需要维修，各个独立的子系统之间关联匹配难度较大，不利于智能化开采的发展。

（二）智能化技术保障差

智能化开采的基础是设备安全可靠，并且要达到自动化、信息化，但是，当前诸多基础工艺、关键元部件、材料、精细化检测、运行维护、控制软件等存在问题。调查研究发现，诸多煤矿企业的机械化开采非常普遍，但是水平有限，设备的可靠性差，需要进一步提高。智能化是建立在大数据传输为基础的，需要远程监控得到可靠的数据，当前是4G网络传输，难以满足快速传输的要求，5G技术的到来，正好解决了这一需求。当前智能化开采等位置服务系统欠缺，未来若是想要连续作业，需要配置路径规划管控系统和导航硬件系统。

（三）煤矿企业的工业控制软件自主性差

虽然目前国内对于智能化制造、人工智能的重视程度非常高，但是忽略了一个非常重要的工业基础——工业控制软件。前段时间，国外对国内华为等公司取消软件授权，这件事应该引起国内的重视，若是煤矿产业的控制软件被控，那么我国的能源安全将面临巨大的、潜藏的危险。因此，煤炭以及其它行业的工业控制软件必须要做到可以自主控制。

（四）煤矿智能化技术应用缺乏沉淀

煤矿产业应用的新技术主要有：人工智能化、云数据、移动互联网、大数据、物联网、区块链等，从目前煤矿产业的实际应用情况来看，技术持有方缺乏行业相关专业知识，而应用方缺乏对技术的深入认识，两方缺乏深入的交流和磨合，最终导致技术的研发与实际应用不足难以产生新的知识。例如，对现有的大数据算法研究的人有很多，但是真正能够踏踏实实的获取数据的人较少，进一步深入的研究信号源的特征获取精确的数据的人更是凤毛麟角，从海量的数据中清洗数据的人几乎没有。5G技术作为一种新的基础技术，为其它技术的发展起到了高效、互联互通的作用，但如何应用到煤矿产业中还需要一步步的实践。

二、5G技术在煤矿智能化应用中的关键作用

根据前期的煤矿设计经验，5G技术在煤矿智能化开采的应用主要以以下五方面为主。①顶级专业的设计系统。5G系统在应用时需要考虑地面应用需要、井下需要、内外网的安全需要，建立好核心的网络构架，匹配好各个基站与应用场景之间的关系，规划好终端形式。②灵活配置多种网络融合。5G网络技术与其它网络技术之间并无矛盾，应该是互补关系，合理的利用资源，使得信息高效互联互通。③严格控制各个转换环节。5G在延时方面具有天生的优势，信号通路的路由器会增加延时，因此，延时的应用场景要严谨的控制转换的各个环节和数量。④优先考虑工业控制安全。工业控制场景必须通过光纤直接连接各基站和承载网，不能采用跳转的方法，同时在网络安全和网络切片设计时要着重思考工业控制网。⑤垂直应用。5G设计主要有三大应用场景：大宽带的应用、广连接的应用、低延时的应用，煤矿企业5G技术的应用可以根据这三大特点进行单一或者组合开发，充分发挥5G优势。

三、5G技术平台建设的关键技术

1.微服务体系构建

微服务主要应用于单体。单体应用于一般同业务逻辑重复，应用的边界不够清晰，功能归属较为混乱，单体应用的增加会使得开发、部署、测试与维护变得异常困难。因此，需要重新部署与规划各个系统的公共服务，只获取所需要的数据，整个控制系统简化，提升系统运行的效率。

2.边缘计算的应用

边缘计算主要是为了快速的服务响应与更加安全的数据保护。煤矿行业存在着大量的实时应用场景，对于安全的要求特别高，若在未来大规模的应用智能设备，多数计算与决策将在终端完成，就需要应用5G技术将煤矿的生产系统、管理控制系统重新规划与梳理，打造更加安全的智能应用。

3.网络切片的应用

网络切片是5G技术的核心价值所在，以共享无线网络、传输网络、核心网络为基础，对特定的业务提供精准的服务。煤矿产业的场景较为复杂，拥有几百个子系统，且各个系统的需求差异较大，采用网络切片技术可以减少网络建设的成本，提高网络智能化水平，保持业务分隔，充分的保障业务的安全。

4.5G智能终端的研发

5G智能化的根基是5G技术的智能终端，为了确保5G技术的成熟，国家予以重视，并且大力支持，为5G技术服务实体经济奠定坚固的基础。但国内的技术积累不够，场景的应用模糊。因此，煤矿行业需要积累智能手持终端、无人运输车、虚拟开采等技术，逐渐形成自己的核心技术，为智能化开采服务。

5.5G应用场景的算法与软件研发

智能化开采与以往的机械化开采是一个质的飞跃，将原始数据提取并凝练成“信息”，而不是原始的“信号”，通过感知提前制定计划，而不是实时决策控制，这个过程中算法与软件的研发特别重要，这是未来智能化的基本要求，也是当前面临的巨大挑战。

结束语

综上所述，5G技术在煤矿智能化的研发与应用还有很长的一段路要走，用好5G技术，能够更好的推动煤矿产业智能化的进程。

参考文献

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