5G技术在智能化煤矿中的应用

摘要：5G技术的快速普及，在为人们日常生活提供便利的同时，也可为工业生产自动化发展助力，加快了煤矿企业生产的智能化进程。5G技术兼具速率高、时延低等诸多优势，能够高效地进行信息传输与处理。该文在简要概述5G技术的基础上，以金鸡滩煤矿为具体案例，总结梳理该技术在智能化煤矿中所能发挥的作用，进而从安全监测、运输、辅助操作、能源管理以及安全监测等方面，具体探索5G技术在智能化煤矿中的应用策略。

关键词：5G通信技术；智能化煤矿；应用

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.09.054

中图分类号：TN 929.5 文献标志码：B 文章编码：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，国家发展改革委等7个部门联合印发了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，为煤矿生产企业发展提供了有力的政策支持，同时也使我国的煤矿智能化速度明显加快，煤矿生产效率及生产安全水平显著提升，对周边环境的污染和破坏明显减少，煤矿人员工作环境也得以显著改善。但不容忽视的是，智能化煤矿建设在信号传输、远传操作等方面还面临诸多问题。而5G技术的有效应用，不仅能为煤矿构建稳定且高效的信号网络，还有助于降低煤矿开采难度，进一步提升煤矿的智能化水平。在此背景下，山东能源集团在金鸡滩煤矿的建设中，加大了在资金、人员、技术设备等方面的投入，通过适当应用5G等先进技术，打造国家Ⅰ类中级智能化示范煤矿，取得了较为显著的建设成果，并荣获了“鲁班奖”“双十佳煤矿”以及“绿色矿山突出贡献奖”等诸多荣誉。

1 5G技术概述

5G技术即第五代移动通信技术，相较于4G及其他通信技术，其主要特点如下。一是高速率。在理想状态下，5G网络的信息传输速度能够超过20 Gbps，是4G网络的100倍以上，将其运用到日常生活中，用户能够在几秒钟时间内完成对一部高清电影的下载、在玩网络游戏时不会出现缓冲难题。二是低延迟。在基于4G技术的数据传输中，往往会有几十毫秒的延迟时间。相比之下，5G网络的延迟时间得以大幅缩短，通常仅需几毫秒或更少，这种进步看似微不足道，但在汽车自动驾驶、远程医疗等领域意义重大。三是大连接。它可以通过为大量用户提供通信服务，使大量用户同时将通信设备连接到网络中，有助于各设备之间实现高效且便捷的数据共享，这为物联网的发展铺垫了有力基础[1]。此外，5G技术中还包含网络切片技术，能够通过对网络资源的适当划分，将其灵活分配到多个虚拟网络中，从而防止网络拥堵，同时还可根据用户的差异化需求，为用户提供个性化服务。

2 5G技术在智能化煤矿中的作用

煤矿生产涉及事项较多，生产系统较为复杂，要确保各项智能化、信息化技术得到充分利用，各部门间能够协调配合，就需要便捷高效的通信技术加持。5G技术的引入，能够为煤矿生产的各部门之间搭建宽阔且便捷的信息沟通平台，同时也能为技术融合提供通畅的渠道，为煤矿智能化发展提供更强力的支持[2]。

2.1 有助于传感器等设备的互联

煤矿智能化生产通常需要运用大量的传感器，并且种类较多，采用各种煤矿生产相关的数据信息。通过对5G技术的有效运用，实现不同传感器之间的互联，使其能够实现优势融合，为传感器的安装及应用铺垫良好基础，这也是保障煤矿智能化运行的关键[3]。通过应用传感器，煤矿生产管理者能够动态且精准地了解机械设备运转情况，对煤矿现场及周边环境加以监控和分析，并基于安全数据对煤矿生产安全性加以客观评价[4]。

2.2 有助于煤矿各子系统信息的融合

在煤矿智能化生产中，通常需要运用到多个不同的系统，而且涉及许多通信协议，这些协议的类型划分又较为复杂，因此在实际运行过程中，这些系统软件时常会出现矛盾[5]。5G技术的引入，能够为大数据在煤矿生产中的应用提供有力支持，通过三维模型的构建，管理者利用网络终端设备便能够获取并浏览海量的生产信息，并将其作为重要依据，对煤矿生产设备的运行情况做出准确且合理的判断。

2.3 有助于煤矿生产的智能控制

煤矿通常位于偏远地区，所处的地质环境比较复杂，导致生产作业难度相对较高，同时也加大了煤矿生产的管理难度，实践中，时常会有员工无法严格按照规范要求进行施工，增加了煤矿生产的安全隐患[6]。在5G技术的加持下，煤矿生产能够更好地实现远程控制，以此来替代部分人工采掘工作，在显著减轻人工压力、降低生产成本的同时，还可提升煤矿生产安全性。

2.4 有助于加强煤矿综合管控

为便于生产管理，煤矿企业通常会将管理工作具体划分为多个子系统，但各子系统之间时常相互独立，难以实现良好的协作配合。利用5G技术能够建立综合管理系统，实现对不同部门、不同系统的巧妙融合，将其构建成为统一的整体，以便各系统的数据资源能够实现共享和整合，使管理者能够做出更加科学且全面的指挥调度，再将现场管理职责具体划分到每个部门、每个岗位，以此来强化工作人员的责任意识，同时也有助于管理者掌控全局，对现场情况做出更准确的分析判断，提升对煤矿生产过程的管理水平。

3 5G技术在智能化煤矿中的具体应用

3.1 在煤矿安全监测中的应用

在煤矿生产过程中，安全始终是第一要素。煤矿企业可将5G技术应用到煤矿环境监测中，充分利用其高速率、低延迟等优势，动态且高效地获取各种与煤矿安全有关的数据信息，如矿井内温湿度、有害气体浓度等，还有矿井外的气象、噪声、地质环境等相关信息。安全管理人员可依据这些信息，对煤矿生产安全性进行分析，并结合煤矿现场实际情况，制定具体的安全生产规程。通过具体的数据分析，对各类生产安全风险进行量化评估。煤矿企业还可基于5G技术构建煤矿安全预警系统，以此来实现对煤矿现场安全性的动态评估，并在发现煤矿安全风险后，及时向管理人员发出预警信号，以便其及时做出有效的应对策略，尽可能将煤矿安全风险控制在萌芽阶段[7]。在此方面，金鸡滩煤矿通过对5G技术的有效运用，广泛收集煤矿安全生产相关信息，并基于这些信息对员工进行考核评比，不仅减少了生产中的安全隐患，同时增强了工人的安全意识，在保障矿场安全方面发挥了显著作用。

3.2 在煤矿运输中的应用

在运输作业方面，煤矿企业可在5G技术的支持下，加快打造智能运输系统，对运煤车辆进行远程控制，实现对车辆的精细化调度管理。如金鸡滩煤矿通过对此类技术的有效运用，使矿井回采率超过90.0%，从而达到高效开采的效果。具体来看，煤矿企业首先要采购充足的传感器及控制器，并将其连接到5G网络，并将其安装到运煤车辆上，从而实现对车辆的动态监控。操作人员仅需通过监控设备甚至手机App，便能够全面查看每辆运煤车的运行状态，并在不受空间限制的情况下，远程对车辆的启动、停止、变速等情况加以灵活的调度，还可以根据生产需求及时变更车辆行驶路线，在显著提升运输效率的同时，减少车辆拥堵的风险，还有助于避免车辆绕道。不仅如此，而且操作人员还应做好对车辆行驶数据的收集，对其行驶速度、行驶稳定性等情况加以分析判断，及时发现Xgg5krviriZG3s/s+tWBhw==其运行过程中的各种故障隐患，尽快进行维修或保养，以保障运煤车的运输效率及稳定性。此外，在对运煤车辆进行远程监控时，操作人员应认真观察车辆的行驶环境，避免车辆与工作人员或其他人员发生碰撞，进一步保障运煤过程的稳定性与安全性。

3.3 在辅助操作方面的应用

为进一步提升煤矿采掘的自动化程度，提升作业效率，煤矿生产企业可将5G技术与采掘设备相结合，在各种传感、控制、执行等仪器的支持下，将煤矿采掘设备接入5G网络，以便操作人员对设备进行远程监控，并使其能够保持自动运行。结合金鸡滩煤矿的实践经验来看，在以往的炮采工作面中，往往需要60余名工人同时作业，在经过优化升级后，综采工作面对于工人数量的需求明显减少，但仍需要30余人参与作业，而在将5G技术引入后，对连采机进刀、落煤以及扫底等环节进行自动化处理，仅需几个人就足以完成操控工作，这一方面能够减轻工作人员的任务量，缓解其工作压力；另一方面也能够减少人工对煤矿采掘的干预，大幅降低煤矿采掘的事故风险。在此基础上，管理人员可利用采掘设备运行数据，通过数据分析来及时发现设备运行中潜在的各种异常风险，并在识别到设备故障问题后，尽快安排专业人员前往维修，以保障采掘过程安全，同时还可延长采掘设备的使用寿命。

3.4 在能源管理中的应用

煤矿生产过程中需要消耗大量能源。如何实现降本增效，一直都是煤矿生产工作中的重要问题。在5G技术的支持下，金鸡滩煤矿加快落实“绿色开采、低碳发展”的理念，并通过应用智能降尘系统，对生产区域内的扬尘加以动态监测及控制。将矸石作为制砖原料，使其利用率达到100%。以此为借鉴，煤矿生产企业在应用5G技术时，应对煤矿生产过程进行系统梳理，应用传感器、监控设备，对每个生产环节中的能源消耗情况加以完整的统计归纳，具体包括矿井作业中涉及的通风、排水、用电等数据，再经5G网络将其传输至数据中心，以便为后续的能源配置优化提供重要依据。在此基础上，煤矿管理者应总结煤矿能源消耗在不同季节、不同时间呈现的规律与特点，对各类设备的能源消耗、作用发挥、使用效率等情况加以综合分析，通过对比，筛选出性能佳、能耗低的生产设备，节能理念融入煤矿生产计划中，以此来达到煤矿生产节能增效的目的。在对生产方案加以优化后，还应利用5G技术监控能源消耗情况，将其与生产方案进行实时对比，以便及时查找出能源消耗过多的具体原因，并督促相关责任人员及时加以调整，从而促进煤矿企业的绿色可持续发展。

3.5 在安全防控方面的应用

为保障煤矿生产过程的安全性，煤矿企业在应用5G技术时，不仅要将其应用于煤矿现场安全监测中，还应将其融入智能安全系统中，以增强煤矿企业对于各类安全隐患的防控能力。为此，煤矿企业要采购充足且高清的视频监控设备及各类报警软件，根据生产需要将其安装到现场各个角落，从而实现对煤矿作业现场的全覆盖。煤矿企业还应充分发挥5G技术的优势，对接收到的各类安全数据加以实时分析，以此来提升煤矿安全管理的效率及质量。此外，煤矿生产企业还可利用5G技术全面梳理煤矿现场安全的历史数据，对各种安全隐患加以归纳和分类，并且对其发生规律及特点加以分析，进而利用5G技术强大的信息处理能力，广泛收集有效的煤矿安全风险应对方法，并结合煤矿现实情况，构建成熟且完善的煤矿安全应急处理方案，具体划分各部门的安全监督及管理职责，以便在发现安全隐患后，能够由具体的责任部门或责任人员尽快采用有效策略解决该问题，确保煤矿生产安全。

4 结束语

5G技术在智能化煤矿中的应用有助于煤矿生产企业做好安全监测，提升煤矿运输效率和能源管理水平。希望在金鸡滩煤矿成功经验的示范带动下，能够有更多煤矿生产企业认识到5G技术的优势作用，并将其充分运用到煤矿生产管理中，推动我国煤矿智能化发展。

参考文献

[1] 呼书迪．5G技术在智能化煤矿领域的应用前景[J]．内蒙古煤炭经济，2023（23）：175-177．

[2] 张荣华．5G通信技术在智能化煤矿中的应用研究[J]．低碳世界，2023，13（11）：85-87．

[3] 王海钢．煤矿5G智能化应用实践关键技术研究[J]．矿业安全与环保，2023，50（5）：94-98．

[4] 贺晓峰，廖志伟．信息化背景下煤矿智能化建设路径探索[J]．中国煤炭，2023，49（S2）：8-12．

[5] 张昊．5G技术在煤矿智能化建设的应用[J]．内蒙古煤炭经济，2023（19）：139-141．

[6] 崔萌，王越，张小霞，等．5G技术在煤矿智能化建设的应用[J]．内蒙古煤炭经济，2023（19）：160-162．

[7] 夏蒙健，丁震．5G技术在煤矿智能化建设的应用[J]．工矿自动化，2023，49（S1）：4-6．