5G技術在煤礦智能化建設的應用

5G技術在煤礦智能化建設的應用

2.瓦斯災害監(jiān)控與應急技術國家重點實驗室，重慶400037）Summary：5G技術在礦井中的運用，將有力地促進煤礦的綠色、開放、共享、高質量的發(fā)展,使煤炭行業(yè)由“阻塞領域”向“領跑領域”的跨越。5G礦井的智能化建設，對煤炭企業(yè)生產數據進行信息化管理，實現向縱深發(fā)展具有重要意義。5G技術的出現，是煤礦企業(yè)自主研發(fā)的一項信息化管理，也是煤礦生產效率更新的引領者。基于此，本文將對5G技術在煤礦智能化建設的應用進行了探討研究，對相關煤炭企業(yè)觀測落實國家能源局、國家礦山安全監(jiān)察局關于印發(fā)《煤礦智能化建設指南（2021年版）》的通知（國能發(fā)煤炭規(guī)﹝2021﹞29號）文件的要求具有積極指導意義，以供參考。Keys：5G技術；煤礦智能化建設；應用引言5G技術的融合應用有助于推動我國智慧電網、智能制造、智慧園區(qū)、智慧礦山等戰(zhàn)略的逐步實現。作為我國支柱型產業(yè)之一，煤礦業(yè)發(fā)展受到早期管理粗放、模式不合理、技術手段滯后等方面的影響，不僅存在較大安全隱患，同時存在污染性強、成本高、低效率等問題。為保證煤礦業(yè)發(fā)展契合當前社會發(fā)展需求，亟需借助5G技術來推進智慧礦山建設，以此在優(yōu)化礦山開采作業(yè)現狀的同時，為我國煤礦事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供助力。15G技術的優(yōu)勢新一代科學數據技術,包含5G?人工智能?大數據?云計算等技術,對促進數據技術在各方面的運用具有關鍵性的作用?第五代通信技術之所以被稱為一個革命性的通信技術,其典型的特點是推動社會體制與工業(yè)生態(tài)的不斷更新?5G除了具備基礎通信技術能力之外,還將推進數字經濟?新型基礎設施建設的發(fā)展,實現物聯網和超低延時,將會帶來革命性的革新?5G技術逐步實現了人與物?物與物之間的聯系?在能源產業(yè)方面,5G能夠促進工業(yè)物聯網?物聯網技術的發(fā)展,加快服務業(yè)智能化?數字化?智能化的轉型?礦井智能化的初步探索與5G技術的應用是同步的,以前的技術無法解決礦井的問題,而隨著5G技術的不斷完善以及礦井智能化的不斷建設,必將衍化出越來越多的自主創(chuàng)新應用?新的創(chuàng)新項目利用感知終端收集大量的數據,進行數據統計?分析,利用增強現實?虛擬現實?超高清視頻?云端等技術,實現遠程操作?場景模擬?情況檢測等多個智能化所需求的功能,改變了煤礦傳統式的人機交互技術;對于所涉及到的APP?感應器和數據連接的物理機器設備,使物與物之間可開展數據傳輸,將煤礦和物理技術及時的融合到互聯網技術或智能控制系統的體系中?5G技術最顯著的特點是帶寬大?延遲低?連接廣,這3大特點正好適合礦井智能化的發(fā)展,需要更多的數據信息連接,更大的數據傳輸網絡帶寬,更低的延遲控制,為礦井智能化開采提供了可靠的支撐?2煤礦智能化現狀以國能神東煤炭有限公司為例，從1988年起，該公司以生產信息化為重點，經過基礎網絡建設、成熟軟件應用、系統融合等發(fā)展階段，構建了統一調度、有線無線融合的一體化移動通信系統。移動通信系統經歷了四個階段?？梢钥闯?，科學技術應用不足是煤礦智能化發(fā)展過程中面臨的主要問題。a)現階段相關硬件設備不齊全，導致煤礦智能化推進困難。5G通信技術僅作為試點技術在煤礦中嘗試應用，無法大規(guī)模投入生產，以及煤礦對自身需要認知不足，在煤礦智能化建設階段未全面配置相關軟件設施，導致智能軟件與企業(yè)實際需要不匹配，未能切實解決企業(yè)實際問題，未發(fā)揮應有功能。b)礦井環(huán)境復雜，傳感器種類復雜多樣，但難以集成，導致數據無法集中處理，難以系統化處理，分析利用率低。c)考慮煤炭行業(yè)的特殊性，衛(wèi)星信號無法到達井下深處且井下網絡情況復雜，無線網、以太網多網并存，無法實現多網互通，難以發(fā)揮其及時性、智能性等優(yōu)勢，因此需要信號更為穩(wěn)定、質量更優(yōu)且能實現單一網絡覆蓋井下，實現多設備互通的通信技術。35G技術在煤礦智能化建設的應用3.1數據分析結構的架設數據采集及傳輸從宏觀上分為兩塊：子系統端的采集計算模塊以及礦端的匯總、計算、展示模塊。子系統端采集計算程序作為一個獨立的小工具進行安裝部署配置運行。子系統端匯總、計算、展示作為一個整體形成一個業(yè)務子系統。子系統端將從第三方系統采集到的數據經過結構化處理和部分計算后傳輸到礦端，礦端對子系統端下發(fā)部分配置數據，以供子系統端計算所需。a)采集端結構。采集端由配置及本地數據展示工具、采集器模塊、本地數據緩存模塊、計算單元模塊、上傳程序模塊，以及礦端數據上傳接口和礦端配置數據接收接口組成。b)采集器。采集器負責獲取第三方或外部的數據內容，對接的數據包括OPCServer軟件、第三方系統生成并傳輸到本地的文本文件數據、從第三方數據庫直接讀取的數據以及其他類型的數據。采集器內部包含了OPCClient模塊、文件變動監(jiān)測模塊和相應的文本格式檢測模塊及文本協議解析模塊。c)本地數據緩存。本地數據緩存分為原始數據區(qū)、中間數據區(qū)和結果數據區(qū)。所有從采集器過來的數據都先存入原始數據區(qū)。3.25G+遠程控制礦山開采水平與煤礦企業(yè)經濟效益創(chuàng)造之間存在密切關聯，縱觀礦山開采現狀，在條件復雜惡劣、設備噪音較大、空氣污染等因素的影響下，使得相關人員在井下作業(yè)時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，礦山要想實現智慧化、高效化、安全化開采作業(yè)，需以遠程控制的實現為基礎前提，以此在改善人員作業(yè)環(huán)境的同時，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，遠程控制系統組成涉及到受控方、通信網絡與控制方三部分，其中控制方需以通信網絡為載體下達控制指令，而受控方則根據指令進行行為動作的執(zhí)行。而通信網絡能否實現穩(wěn)定、可靠運行，受到通信技術應用的直接影響。若以有線網絡作為遠程控制的網絡部署模式，盡管其網絡傳輸可靠性符合要求，但因部署缺乏靈活性，無法在礦山遠程控制中得到有效應用。對此可充分發(fā)揮5G技術大帶寬、低時延優(yōu)勢為遠程控制提供技術支撐，確保在開采作業(yè)期間井上與井下可保持實時交互，依托于遠程控制做到對開采現場的全面監(jiān)控。以5G智能巡檢機器人的應用為例，可在開采作業(yè)過程中將采集到的紅外成像、環(huán)境參數以及監(jiān)控視頻等類型數據信息進行實時傳遞，并以井上控制中心為載體全面整合與存儲。3.3多系統應急聯動技術當監(jiān)測監(jiān)控系統檢測到井下工作場所的異常數據時，通過4G/5G和光纖環(huán)網將異常數據上報到地面控制機房，觸發(fā)調度臺上的聲光報警系統，調度人員可以通過精準定位系統快速定位當前處于危險區(qū)域的工作人員，通過定位卡下發(fā)報警信息，應急廣播系統播放特定的音頻或喊話，視頻監(jiān)控系統調取危險區(qū)域的實時視頻，調度臺可通過強拆、強插、監(jiān)聽等操作管理危險區(qū)域內任何通話，通過語音或短信等方式下發(fā)危險通知，信息引導發(fā)布系統播放指定報警信息及逃生線路指南，引導工作人員快速撤離。結束語煤礦5G融合通信管理平臺利用5G通信系統優(yōu)勢將程控調度系統?數字廣播系統?視頻監(jiān)控系統和人車定位系統進行有機結合，使井上井下統一通信，智能聯動，加強了多系統協同合作能力，提高了井下安全保障、企業(yè)風險管控能力，實現了設備、運行、生產、經營管理的互聯，整體提升煤礦企業(yè)的生產效率和靈活性。Reference[1]王輝.5G技術在煤礦智能化中的應用分析[J].內蒙古煤炭經濟,2022(23):145-147.[2]錢柄旭.5G通信網絡技術在煤礦智能化的應用[J].中國信息化,2022(11):92-93.[3