天地（常州）自动化股份有限公司 江苏省常州市 213000
摘要：科学技术的快速发展推动我国快速进入现代化发展阶段，给我国各行业的发展带来新的机遇，新一代信息通信技术（ICT）的发展助推了工业领域的自动化、信息化和智能化系统广泛应用，加快了传统矿业领域的数字化转型和智能化升级的进度。目前，采矿行业的安全和环境压力越来越大，从业者的老龄化和招工难成为制约企业发展的主要问题。第五代通信技术（5G）的大带宽、高可靠和广连接的技术特点为矿山领域的智能化系统建设提供了更典型的应用场景。
关键词：5G技术；智能矿山；研究及应用
引言
我国经济建设的不断进步使得我国人们生活水平和生活质量不断提高，对于能源的需求也是与日俱增。矿山智能化是工业高质量发展的重要保障，5G技术的出现，强化融合了人工智能、物联网、边缘计算、大数据等技术，加速了传统行业的转型发展。
1智能矿山建设实施体系建立
智能化矿山建设的核心为数字化，亦即数字化矿山。“数字化矿山”（DigitalMine）是以信息化技术为基础，计算机、互联网为手段，对真实矿山本体、开发及运行过程属性数据进行数字化存储、传输、表述和深加工从而实现整体数字化再现的“虚拟矿山”。完整、适宜的具体客观条件的数字矿山建设实施体系为智能化矿山建设的主要内容，包括以数字采矿软件系统平台为基础的地质、测量、采矿、通风、品质控制的技术协同方面的数字矿山研发中心，以生产过程数据集成与管理、分析、安全监管与集成，并为决策提供数据支撑的智能管控中心，以智能设备制造与数据采集为主的智能制造中心及以数字矿山规划和虚拟实训为主的规划服务中心的建设与应用。在数字矿山领域，建立以矿山物联网为基础，涵盖生产与安全技术、过程管控、科学化精细化管理、虚拟教学4大层面，包括安全监管、技术及生产协同、虚拟实训、智能开采、三维安全生产管控等平台在内的六大平台建设。其中技术协同平台包括数字采矿软件、生产技术协同平台和通风、露天配矿、生产计划编制、放矿管理等系统；智能开采系统包括无轨设备远程控制、铲运机定位与计量、露天卡车调度、电机车无人驾驶等系统，从而为大型矿山采矿、选矿实现数字化、安全信息化、无人化、智能化提供支持。
25G关键技术
5G通信性能的提升不能单靠一种技术，需要多种技术相互配合才能实现，关键技术大致分为无线传输技术和网络技术两类。无线传输技术包括大规模天线、毫米波、波束成形、全双工、增强多载波、灵活双工、超密集组网、低时延高可靠、M2M、D2D、频谱共享等；网络技术包括网络切片技术、边缘计算技术、面向服务的网络体系架构等。1.大规模天线（MassiveMIMO）。4G基站只能支持十几根天线，5G基站可支持上百根天线。这些天线通过MassiveMIMO技术形成大规模天线阵列，可以同时向更多的用户发送和接收信号，从而将移动网络的容量提升数10倍甚至更大。2.毫米波（mmWave）。无线电波频率在30-300GHz之间，波长范围1-10mm，大致位于微波与远红外波相交叠的波长范围，兼具2种波谱的特点。5G使用毫米波频段，频谱带宽较4G可翻10倍，传输速率也将更快。
35G技术的智能矿山研究及应用
3.1系统平台特色、主要功能及运用场景
1.地质应用。主要功能包括建立地质工程数据库，在矿山生产实践中，可利用矿体模型创建品位模型等块段模型。同时可进行储量计算，生成动态储量报告；2.测量应用。既支持传统采用经纬仪测量的支距法测量数据的导入，也支持采用全站仪测量的断面法、腰线法、三维激光扫描仪测量数据的快速导入，自动生成采场现状坡顶线、坡底线、三维采场现状模型；根据每月的测量验收也可自动计算每月的采矿量、矿石平均品位、剥岩量及剥采比等。
3.地下采矿。实现包括：中心线、巷道净断面、巷道边线、联通巷道或非联通巷道自动标注；实现开采储量、品位、金属量和贫化率、损失率指标的精确计算；实现生产计划的自动编制、动画模拟生产计划的执行过程等结果输出形式；4.爆破设计。提供地下矿山进行爆破精确设计排位设计、爆破边界、装药及矿量计算、工程出图等的全部功能。
3.2智能设备故障诊断与全生命周期管理平台
建立大型设备的状态识别模型、预测模型、维护决策分析模型，研究基于人工智能的健康评估模块、寿命预测、远程辅助维修、维护策略等。将精益生产、TPM（TotalProductiveMainte⁃nance）、人工智能、工业物联网、云计算、大数据等新技术与维护决策理论相结合，应用于矿山装备全寿命周期管理，实现设备计划、设计、采购、安装、调试、使用、状态监测、故障诊断、维护、大修改造、直至报废的全生命周期精细化管理，优化机电设备管理业务流程，实现数据驱动的智能决策，实时为管理层、决策层提供有价值的决策支持，促进设备维修策略、保养过程、维修过程管理的持续优化、改进。通过持续对设备健康管理、运维过程的预测、监控和考核，将传统的“被动式业务管理”演变为“主动式预测预防管理”，为企业安全管理提供信息保障。
3.3矿山虚拟现实矿山监控
通过矿岩接触面的地形、微震传感器、三维激光扫描等技术获取实时环境参数和设备工况信息，全面建设集地质资源管理、测量管理、采矿智能设计等功能于一体的矿山资源数字化可视系统，建立真正意义上的虚拟矿山模型，并通过数据存储、传输、表述、深加工和融合等数据处理环节，使地质资源信息在矿山地质、测量和采矿之间数字化流转，实现矿山地质资源信息的精准统计、高效处理和实时共享，支撑矿山规划设计，形成矿山智能生产的基础条件。采用数字化可视矿山技术系统不仅可以使矿山地质信息可视化，还可以利用矿山内置传感器进行人员定位、监测监控等业务系统。整合了业务系统，降低矿山的生产成本和后续投入。利用虚拟矿山系统可以提高员工对于生产系统的熟悉，并有效降低了培训成本和应急预演的成本。利用5G技术增强型移动宽带（eMBB）的特性可以使海量源数据无延迟地被用于模型构建和模型更新与校正，从而满足建设虚拟可视化矿山的需求。
3.4远程控制
生产实时控制是矿山实现智能掘进及智能开采的难题，是支撑安全、绿色矿山建设的关键技术手段。实现设备远程控制对网络实时性要求极高，目前由于传统传输技术的局限性，只实现了对时间要求不高的部分功能的远程控制，对时间要求高、移动中的设备等尚未实现远程控制。5G低时延特性结合边缘计算技术，可将时间敏感型数据分析应用迁移至边缘侧，提高数据访问速度，结合多样化传感器，实现对采掘设备的工况、关键部件进行监测与保护，实现对矿山井下综采、掘进、排水、通风、运输、变电等方面的集中远程控制管理，对提高矿井的供电安全、集中管理、集中调度、高产高效具有至关重要的作用。
结语
目前，5G+智能矿山建设面临前所未有的发展机遇，充分运用云计算、大数据、物联网、人工智能技术，对矿山生产信息进行智能感知、AI分析与数字孪生、建模和映射，高度融合应用于矿山5G高质量工业互联网和公共服务平台安全生产管控，是当前和未来的发展趋势，有着广阔的应用前景。
参考文献：
［1］范京道，闫振国，李川.基于5G技术的煤矿智能化开采关键技术探索［J］.煤炭科学技术，2020，48（7）：92－97.
［2］王国法，任怀伟，庞义辉，等.煤矿智能化（初级阶段）技术体系研究与工程进展［J］.煤炭科学技术，2020，48（7）：1－27.
［3］胡丹.4G/5G无线链路及覆盖差异探讨［J］.移动通信，2019，43（7）：86－90.