5G技术在智能化煤矿建设中的应用研究

摘 要 ：智能化是现代煤炭发展的核心技术，将人工智能、工业物联网、云计算、大数据、机器人、5G通信技术等与现代煤炭深度融合，形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统，对矿井生产管理全过程进行智能化管控。本文阐述了龙滩煤矿5G技术智能化建设，用“一张网”的网络架构，不同子系统及场景应用，推动煤矿工作方式的变革，取得了良好的实践经验，为煤矿智能化发展提供一种有益探索。

关键词：5G技术，智能化煤矿，通讯网络

1  前言

智能化矿山建设需要技术先进、业务全面、功能强大、性能稳定的5G通信系统平台做支撑，该技术具有高带宽、低时延、大规模设备连接等特性，为煤矿井下设备群的“万物互联”提供了通道，实现矿井全范围通信网络覆盖、对井下设备和环境数据进行全方位采集和传输、精准可靠的实现设备控制，满足井下网络数据传输需求；5G技术将全面推动矿山行业信息化、自动化、智能化等技术的融合，提高煤矿安全保障能力，推动能源技术革命、促进煤炭工业智能化转型升级。

2  项目背景

龙滩煤矿智能化建设已有智能综合管控平台和数据中心，可实现多部门、多专业、多管理层面的数据集中应用、交互共享和决策支持，实现煤矿地质勘探、巷道掘进、煤炭开采、主辅运输、通风排水、供液供电、安全防控等业务系统的数据融合、分析决策与智能联动控制，井上下各系统实现“监测、控制、管理”的一体化及智能联动控制。矿井智能化的前提需要可靠的通信网络作为保障，保证各系统协同优化、风险快速响应、决策精准高效，决定建设5G网络多场景、多功能应用，通过“一张网”的网络架构，为全面建设智能矿山打下坚实的网络通讯基础。

3  5G技术方案

3.1  5G移动通信网络系统

3.1.1  5G移动通信网络由NE分流服务器、地面万兆交换机设备、时钟服务器、矿用隔爆型基站控制器（BBU设备）、矿用隔爆型波分复用器（PB设备）、矿用隔爆兼本安型无线基站（PRRU设备）、矿用本安型信号转换器（CPE）、矿用本安型手机等系统设备构成。NE分流服务器功能主要是提供矿山专网内部转发和公网网络连接，使用联通核心网进行井下无线网络的注册和控制、业务的鉴权、语音和数据的交换等功能。地面万兆环网交换机（IP RAN设备）的主要作用是形成井下高速可靠的万兆工业网，能够满足5G大带宽应用需要的同时，提供现有业务系统数据接口（以太网、RS485等接口）。IP RAN设备向上连接地面的核心交换网，向下连接基站控制器（BBU）。

3.1.2  网络设备布置

（1）地面机房设万兆交换机设备、分流服务器、网管服务器、基站控制器、防火墙。新增4个2.6G的5G小区，覆盖地上部分。

（2）井下5G网络覆盖310水平面、450水平面、394水平面及采掘工作面的5G无线通信专网覆盖，井下5G信号覆盖半径不小于200米的原则，井下安装5G基站90台，保证辅运、皮带运输大巷、综采、掘进面、变电所、避难硐室等规划区域的信号覆盖。

3.2  采煤工作面5G布置

3.2.1  综采面设备改造，安装5G无线通信系统后，对采煤机进行5G化改造，实现采煤机配套设备信息采集、显示、数据汇总、人机对话操作、各子系统智能协调联动运行。同时在液压支架处、顺槽、采煤机两端等场所摄像头进行5G化改造。

3.2.2  采煤工作面单独搭建5G无线通信统，独立安装4台基站，和地面基站单独组网，实现和矿山内网隔离。改造后可实现采煤机设备参数上传以及视频上传，液压支架和刮板机视频可通过5G网络无线传输，实现井上或远程高效操作。

3.3  人员精准定位系统

人员精确定位系统实现井下30cm（静态）的精准定位，使用真实比例的全数字矿图，实现井下场景的真实还原。主要实现人员实时定位、车辆实时定位、轨迹跟踪、考勤及出入井管理、井口智能安检、人员唯一性识别、一键求救、违章行为检测及报警、区域管理、统计报表等管理功能。

3.4  辅助运输智能管控系统

采用5G+UWB精准定位技术相结合的方式对电机车进行定位，配备了车载视频、语音通话、应急呼救装置，主要运输线路道岔实现远程控制和机车接近自动控制功能，具有接近车场口现场语音报警功能。

3.5  智能视频管理系统

系统支持视频配置接入、视频处理、视频监控、异常分析、视频存储等常用功能。为用户提供基于人工智能技术的智能视频分析功能，根据提供的视频标签信息智能地对视频内容进行学习，实现对视频的智能分类管理和根据视频内容的智能检索功能。基于AI分析的隐患感知及报警技术包含固定场所、主运输系统、辅助运输系统违禁区域入侵识别，主运输皮带空载、异物、大块煤算法识别。

4  效果

5G技术智能化矿井建设，通过“一张网”的网络架构，把井下工作现场、抽象数据直接提取至地面；矿井主要通风机、带式输送机、给煤机等设备实现按需负载和智能变速运行，查找故障直接定位；通过无线传感技术，感知综采、掘进等系统的感知盲区和智能视频管理系统分析人员受伤状态、违章作业行为、环境异常等情况，降低了事故发生率，减少了事故带来的损失。5G技术推动了龙滩煤矿工作方式变革，提升了经济效益，保障了职工生产安全，促进了企业更发的发展。

5  结语

井下5G技术的应用最大程度地节省投资并有效利用现有设备，采用多模基站，具备5G基站的连续覆盖、矿井无线高速传输功能，实现煤矿井下5G智能化场景应用，推进智能化矿山建设。构建5G承载网，井下人员精准定位、辅助运输管控系统、智能视频管理系统、主运皮带和变电所的智能集中控制及机器人巡检、智能化采掘设备远程协同控制等场景，对于减少井下作业人数，提升安全生产管理水平，具有重大的现实意义和客观的经济价值。