基于5G 技术的智慧化矿山建设研究.pdf
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1、基于5G+技术的智慧化矿山建设研究李新,葛祥吉,刘更庆,李仕宾(充矿能源集团股份有限公司东滩煤矿,山东济宁2 7 3 50 0)摘要:为提升矿山建设自动化和智能化水平,促进智慧化矿山建设,本文基于5G技术的应用优势,研究了5G+技术在煤矿生产中的应用,并探讨了5G智慧矿山建设主要用到的部分关键技术。关键词:5G;优势;智慧矿山;应用中图分类号:TD655.3;TD675G与4 G相比,表现为为各领域中信息化、智能化提供强有力的技术支持,其性能具有稳定性,在网速、带宽等方面具有性能优势。而且5G技术的开发应用也为我国的制造业、建筑业、矿业的智能化发展提供了战略支撑。煤炭业作为传统产业,在我国能源
2、产业中处于支柱地位,但是由于早期技术的落后,管理模式和技术手段较为落后,不仅容易发生安全事故,还会出现严重的污染问题,降低生产效率,提高成本。为促进煤矿业的改革,使其适应时代的发展,要借助5G时代大潮,为企业的健康持续发展提供动力。1智慧矿山建设中5G技术应用优势回溯我国煤矿业的发展历史,可以发现通信技术及信息化的普及与煤矿业的发展状况息息相关。在20世纪8 0 年代,信息通信技术还不是很普及,因此通话技术并没有被广泛应用在煤矿业的开采和发展中,这个时期的矿区开采方式主要以普采、炮采为主;在2 0 世纪9 0 年代后,移动通信技术发展更加成熟,2 G、3 G 技术被开发并广泛应用,作为传统产业
3、的工业也尝试与移动通信技术进行结合,随着信息技术的应用,煤炭开采方式从传统方式转变为半自动化综采模式;2 1世纪,信息网络的快速发展,4 G快速地在全国范围内普及,在这样的时代背景下,移动通信技术在煤矿业中的作用越来越重要,自动化、数字化开采模式的建立和应用,都离不开移动通信科技的支持。随着5G技术的发展,以及新型城市概念的提出,我国经济在经历了改革开放后的积累和发展后,创造智能制造的智慧城市与园区已经被越来越多的人认可,也成为我国建设发展的方向,在这种大趋势下,我国煤矿业也在向着自动化与智能化方向不断奋斗,这一目标的实现更需要有5G技术加持。把5G文献标识码:B文章编号:10 0 8-0 1
4、55(2 0 2 3)13-0 12 7-0 3技术运用于矿区的开采工作中,可以大幅度提高工作效率,而新型科学技术的应用也有利于减少矿区的人力资源和开支,并提高企业的收益。5G技术应用在矿山建设中的优势,表现在以下两方面:第一,5G技术与4 G技术相比,有更快的速度、更短的延迟和更好的稳定性,可以有效解决网络中经常出现的延迟问题;第二,为增强通信的连续稳定性,可以将“网络切片”这一新型架构运用到通信中。这里的网络切片架构指的是在通用设备上安装独立的网络结构,在该网络切片上的用户可以根据自身需求,如所属行业的特点和业务等各方面的特殊需求等,创建具有特殊性的网络环境,并将此作为煤矿业数字化建设的基
5、础。2智慧矿山建设中5G技术应用场景2.15G+无人驾驶在传统的煤矿作业模式中,对矿区车队驾驶员的要求极为严格,能够符合从业要求和能力的人员数量有限。不仅如此,由于矿区的工作环境和地形复杂、崎岖,驾驶矿车也存在很大危险。随着5G与煤矿生产工作的结合,无人驾驶技术在矿区得到普及。采矿作业中经常用到的运输车、铲运机等逐步普及了无人驾驶技术,在5G技术的加持下对井下情况进行三维绘图,并将图片信息传送至车辆,从而使无人驾驶车辆在井下能够很好地行驶。5G技术的全覆盖,使煤矿可以进行实时通信,这些都促使着煤矿向着智慧矿区不断迈进。在车辆进行运输、开采的过程中,车上的物资情况、车辆信息等都可以运用5G技术进
6、行收集汇总,并通过煤矿内设置的大量基站作为数据传输点,将数据传输至各下属单位,再借助计算机对数据进行进一步处理,并及时反馈给车辆,从而为车辆的安全运输保驾护航,将安全事故隐患降到最低,图1展示了无人驾驶汽车的运行原理。127所装设的5G传输模组,促进巡检期间能够实现自动采服务器交换机轨旁无线AP轨旁无线AP5G传输模组5G传输模组变轨系统图1无人驾驶系统原理图现在,国内的许多矿山都使用无人驾驶,比如黄陵矿业集团通过集成光纤、工业环网、5G和WiFi等技术,研发出了无人驾驶系统,而且所研发的无人驾驶系统与本矿山的真实状况相契合,并在很多地点上使用了无人驾驶机车,包括卸矿站、溜井等。再如,平煤八矿
7、通过MEC边缘计算平台将无人驾驶系统使用到矿用卡车上,通过集成网络定位、无人驾驶、智能调度、应急管理和设备监测等功能,提高了矿用卡车的安全性与运输效率 2 2.2远程控制与5G的应用煤矿创造的经济效益和矿山开采水平有很大联系,就目前的矿井开采状况来说,由于空气污染、设备有较大噪音、环境较为恶劣等因素,严重影响井下作业人员的人身安全。以此背景为前提,矿山若想开采的安全,那么就要基于远程控制,改善作业环境,避免安全事故对工作人员造成影响。而且,由控制方、通信网络及受控方三方面构成远程控制系统,控制方控制指令的下达可以通过通信网络,可受控方执行的行为动作主要依据的是指令。但是通信网络是否能可靠与稳定
8、的运行是直接由通信技术的使用来决定的。如果将有限网络当做网络部署方式,且网络部署属于远程控制,虽然远程控制的网络部署方式所具有的可靠性满足有关需求,可因为不能灵活部署,不能充分应用到矿山的远程控制中。这时,可以使用5G技术,将5G技术所具有的低时延和大带宽的优势作为远程控制的依据,保证在开采作业的过程中,井上和井下的交互不间断,基于远程控制,全方位控制开采现场。将5G智能巡检机器人的使用当做案例,图2 就是其原理图,能够实时传递开采期间的监控视频、环境参数、红外成像等数据信息,并将井上的控制中心当做载体进行存储与整合。远程控制的巡检机器人,以确定使用特性为前提,通过SDN/NFV架构与切片编排
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