5G技術(shù)在煤礦智能化建設(shè)的應(yīng)用

5G技術(shù)在煤礦智能化建設(shè)的應(yīng)用

2.瓦斯災(zāi)害監(jiān)控與應(yīng)急技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400037）Summary：5G技術(shù)在礦井中的運(yùn)用，將有力地促進(jìn)煤礦的綠色、開放、共享、高質(zhì)量的發(fā)展,使煤炭行業(yè)由“阻塞領(lǐng)域”向“領(lǐng)跑領(lǐng)域”的跨越。5G礦井的智能化建設(shè)，對(duì)煤炭企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行信息化管理，實(shí)現(xiàn)向縱深發(fā)展具有重要意義。5G技術(shù)的出現(xiàn)，是煤礦企業(yè)自主研發(fā)的一項(xiàng)信息化管理，也是煤礦生產(chǎn)效率更新的引領(lǐng)者。基于此，本文將對(duì)5G技術(shù)在煤礦智能化建設(shè)的應(yīng)用進(jìn)行了探討研究，對(duì)相關(guān)煤炭企業(yè)觀測(cè)落實(shí)國家能源局、國家礦山安全監(jiān)察局關(guān)于印發(fā)《煤礦智能化建設(shè)指南（2021年版）》的通知（國能發(fā)煤炭規(guī)﹝2021﹞29號(hào)）文件的要求具有積極指導(dǎo)意義，以供參考。Keys：5G技術(shù)；煤礦智能化建設(shè)；應(yīng)用引言5G技術(shù)的融合應(yīng)用有助于推動(dòng)我國智慧電網(wǎng)、智能制造、智慧園區(qū)、智慧礦山等戰(zhàn)略的逐步實(shí)現(xiàn)。作為我國支柱型產(chǎn)業(yè)之一，煤礦業(yè)發(fā)展受到早期管理粗放、模式不合理、技術(shù)手段滯后等方面的影響，不僅存在較大安全隱患，同時(shí)存在污染性強(qiáng)、成本高、低效率等問題。為保證煤礦業(yè)發(fā)展契合當(dāng)前社會(huì)發(fā)展需求，亟需借助5G技術(shù)來推進(jìn)智慧礦山建設(shè)，以此在優(yōu)化礦山開采作業(yè)現(xiàn)狀的同時(shí)，為我國煤礦事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供助力。15G技術(shù)的優(yōu)勢(shì)新一代科學(xué)數(shù)據(jù)技術(shù),包含5G?人工智能?大數(shù)據(jù)?云計(jì)算等技術(shù),對(duì)促進(jìn)數(shù)據(jù)技術(shù)在各方面的運(yùn)用具有關(guān)鍵性的作用?第五代通信技術(shù)之所以被稱為一個(gè)革命性的通信技術(shù),其典型的特點(diǎn)是推動(dòng)社會(huì)體制與工業(yè)生態(tài)的不斷更新?5G除了具備基礎(chǔ)通信技術(shù)能力之外,還將推進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)?新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展,實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)和超低延時(shí),將會(huì)帶來革命性的革新?5G技術(shù)逐步實(shí)現(xiàn)了人與物?物與物之間的聯(lián)系?在能源產(chǎn)業(yè)方面,5G能夠促進(jìn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)?物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,加快服務(wù)業(yè)智能化?數(shù)字化?智能化的轉(zhuǎn)型?礦井智能化的初步探索與5G技術(shù)的應(yīng)用是同步的,以前的技術(shù)無法解決礦井的問題,而隨著5G技術(shù)的不斷完善以及礦井智能化的不斷建設(shè),必將衍化出越來越多的自主創(chuàng)新應(yīng)用?新的創(chuàng)新項(xiàng)目利用感知終端收集大量的數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)?分析,利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)?虛擬現(xiàn)實(shí)?超高清視頻?云端等技術(shù),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作?場(chǎng)景模擬?情況檢測(cè)等多個(gè)智能化所需求的功能,改變了煤礦傳統(tǒng)式的人機(jī)交互技術(shù);對(duì)于所涉及到的APP?感應(yīng)器和數(shù)據(jù)連接的物理機(jī)器設(shè)備,使物與物之間可開展數(shù)據(jù)傳輸,將煤礦和物理技術(shù)及時(shí)的融合到互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)或智能控制系統(tǒng)的體系中?5G技術(shù)最顯著的特點(diǎn)是帶寬大?延遲低?連接廣,這3大特點(diǎn)正好適合礦井智能化的發(fā)展,需要更多的數(shù)據(jù)信息連接,更大的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)帶寬,更低的延遲控制,為礦井智能化開采提供了可靠的支撐?2煤礦智能化現(xiàn)狀以國能神東煤炭有限公司為例，從1988年起，該公司以生產(chǎn)信息化為重點(diǎn)，經(jīng)過基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、成熟軟件應(yīng)用、系統(tǒng)融合等發(fā)展階段，構(gòu)建了統(tǒng)一調(diào)度、有線無線融合的一體化移動(dòng)通信系統(tǒng)。移動(dòng)通信系統(tǒng)經(jīng)歷了四個(gè)階段?？梢钥闯?，科學(xué)技術(shù)應(yīng)用不足是煤礦智能化發(fā)展過程中面臨的主要問題。a)現(xiàn)階段相關(guān)硬件設(shè)備不齊全，導(dǎo)致煤礦智能化推進(jìn)困難。5G通信技術(shù)僅作為試點(diǎn)技術(shù)在煤礦中嘗試應(yīng)用，無法大規(guī)模投入生產(chǎn)，以及煤礦對(duì)自身需要認(rèn)知不足，在煤礦智能化建設(shè)階段未全面配置相關(guān)軟件設(shè)施，導(dǎo)致智能軟件與企業(yè)實(shí)際需要不匹配，未能切實(shí)解決企業(yè)實(shí)際問題，未發(fā)揮應(yīng)有功能。b)礦井環(huán)境復(fù)雜，傳感器種類復(fù)雜多樣，但難以集成，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法集中處理，難以系統(tǒng)化處理，分析利用率低。c)考慮煤炭行業(yè)的特殊性，衛(wèi)星信號(hào)無法到達(dá)井下深處且井下網(wǎng)絡(luò)情況復(fù)雜，無線網(wǎng)、以太網(wǎng)多網(wǎng)并存，無法實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)互通，難以發(fā)揮其及時(shí)性、智能性等優(yōu)勢(shì)，因此需要信號(hào)更為穩(wěn)定、質(zhì)量更優(yōu)且能實(shí)現(xiàn)單一網(wǎng)絡(luò)覆蓋井下，實(shí)現(xiàn)多設(shè)備互通的通信技術(shù)。35G技術(shù)在煤礦智能化建設(shè)的應(yīng)用3.1數(shù)據(jù)分析結(jié)構(gòu)的架設(shè)數(shù)據(jù)采集及傳輸從宏觀上分為兩塊：子系統(tǒng)端的采集計(jì)算模塊以及礦端的匯總、計(jì)算、展示模塊。子系統(tǒng)端采集計(jì)算程序作為一個(gè)獨(dú)立的小工具進(jìn)行安裝部署配置運(yùn)行。子系統(tǒng)端匯總、計(jì)算、展示作為一個(gè)整體形成一個(gè)業(yè)務(wù)子系統(tǒng)。子系統(tǒng)端將從第三方系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過結(jié)構(gòu)化處理和部分計(jì)算后傳輸?shù)降V端，礦端對(duì)子系統(tǒng)端下發(fā)部分配置數(shù)據(jù)，以供子系統(tǒng)端計(jì)算所需。a)采集端結(jié)構(gòu)。采集端由配置及本地?cái)?shù)據(jù)展示工具、采集器模塊、本地?cái)?shù)據(jù)緩存模塊、計(jì)算單元模塊、上傳程序模塊，以及礦端數(shù)據(jù)上傳接口和礦端配置數(shù)據(jù)接收接口組成。b)采集器。采集器負(fù)責(zé)獲取第三方或外部的數(shù)據(jù)內(nèi)容，對(duì)接的數(shù)據(jù)包括OPCServer軟件、第三方系統(tǒng)生成并傳輸?shù)奖镜氐奈谋疚募?shù)據(jù)、從第三方數(shù)據(jù)庫直接讀取的數(shù)據(jù)以及其他類型的數(shù)據(jù)。采集器內(nèi)部包含了OPCClient模塊、文件變動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊和相應(yīng)的文本格式檢測(cè)模塊及文本協(xié)議解析模塊。c)本地?cái)?shù)據(jù)緩存。本地?cái)?shù)據(jù)緩存分為原始數(shù)據(jù)區(qū)、中間數(shù)據(jù)區(qū)和結(jié)果數(shù)據(jù)區(qū)。所有從采集器過來的數(shù)據(jù)都先存入原始數(shù)據(jù)區(qū)。3.25G+遠(yuǎn)程控制礦山開采水平與煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益創(chuàng)造之間存在密切關(guān)聯(lián)，縱觀礦山開采現(xiàn)狀，在條件復(fù)雜惡劣、設(shè)備噪音較大、空氣污染等因素的影響下，使得相關(guān)人員在井下作業(yè)時(shí)受到較大人身健康威脅，且礦山安全事故無法得到有效控制。在此背景下，礦山要想實(shí)現(xiàn)智慧化、高效化、安全化開采作業(yè)，需以遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)為基礎(chǔ)前提，以此在改善人員作業(yè)環(huán)境的同時(shí)，避免工作人員受到開采安全事故的威脅與影響。通常情況下，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)組成涉及到受控方、通信網(wǎng)絡(luò)與控制方三部分，其中控制方需以通信網(wǎng)絡(luò)為載體下達(dá)控制指令，而受控方則根據(jù)指令進(jìn)行行為動(dòng)作的執(zhí)行。而通信網(wǎng)絡(luò)能否實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，受到通信技術(shù)應(yīng)用的直接影響。若以有線網(wǎng)絡(luò)作為遠(yuǎn)程控制的網(wǎng)絡(luò)部署模式，盡管其網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性符合要求，但因部署缺乏靈活性，無法在礦山遠(yuǎn)程控制中得到有效應(yīng)用。對(duì)此可充分發(fā)揮5G技術(shù)大帶寬、低時(shí)延優(yōu)勢(shì)為遠(yuǎn)程控制提供技術(shù)支撐，確保在開采作業(yè)期間井上與井下可保持實(shí)時(shí)交互，依托于遠(yuǎn)程控制做到對(duì)開采現(xiàn)場(chǎng)的全面監(jiān)控。以5G智能巡檢機(jī)器人的應(yīng)用為例，可在開采作業(yè)過程中將采集到的紅外成像、環(huán)境參數(shù)以及監(jiān)控視頻等類型數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)傳遞，并以井上控制中心為載體全面整合與存儲(chǔ)。3.3多系統(tǒng)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)技術(shù)當(dāng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)到井下工作場(chǎng)所的異常數(shù)據(jù)時(shí)，通過4G/5G和光纖環(huán)網(wǎng)將異常數(shù)據(jù)上報(bào)到地面控制機(jī)房，觸發(fā)調(diào)度臺(tái)上的聲光報(bào)警系統(tǒng)，調(diào)度人員可以通過精準(zhǔn)定位系統(tǒng)快速定位當(dāng)前處于危險(xiǎn)區(qū)域的工作人員，通過定位卡下發(fā)報(bào)警信息，應(yīng)急廣播系統(tǒng)播放特定的音頻或喊話，視頻監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)取危險(xiǎn)區(qū)域的實(shí)時(shí)視頻，調(diào)度臺(tái)可通過強(qiáng)拆、強(qiáng)插、監(jiān)聽等操作管理危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)任何通話，通過語音或短信等方式下發(fā)危險(xiǎn)通知，信息引導(dǎo)發(fā)布系統(tǒng)播放指定報(bào)警信息及逃生線路指南，引導(dǎo)工作人員快速撤離。結(jié)束語煤礦5G融合通信管理平臺(tái)利用5G通信系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)將程控調(diào)度系統(tǒng)?數(shù)字廣播系統(tǒng)?視頻監(jiān)控系統(tǒng)和人車定位系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，使井上井下統(tǒng)一通信，智能聯(lián)動(dòng)，加強(qiáng)了多系統(tǒng)協(xié)同合作能力，提高了井下安全保障、企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控能力，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備、運(yùn)行、生產(chǎn)、經(jīng)營管理的互聯(lián)，整體提升煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率和靈活性。Reference[1]王輝.5G技術(shù)在煤礦智能化中的應(yīng)用分析[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì),2022(23):145-147.[2]錢柄旭.5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在煤礦智能化的應(yīng)用[J].中國信息化,2022(11):92-93.[3