郭波
国能包头能源有限责任公司 内蒙古自治区包头市 014010
摘要：近些年，我国经济高速发展，5G科技技术应运而生。经济的飞速发展推动了煤炭行业的快速发展，但目前煤炭开采生产环节仍然存在许多问题，一定程度上制约了煤炭行业向智能化转型。煤炭采掘过程中，要对核心技术进行技术创新和升级改造，才能提高工业信息化水平，带动智能采掘的产业升级。文章对5G技术背景下的煤矿智能化开采技术进行分析，提出利用信息技术改造传统的采掘方式和信息化管理，减少安全事故发生，提高煤炭企业经济效益，促进我国煤炭行业发展。
关键词：5G技术；煤矿；智能化；应用研究
为了满足当今信息社会需求，新一代移动通信系统5G应运而生。随着信息和网络技术的快速发展，5G的关键技术必将取得实质性突破和拥有更广阔的应用前景。物联网这一具有十足潜力的产业其市场规模是巨大的。物联网飞速发展的关键在于其当下越来越健全完善的移动数据传输网络。随着煤矿井下开采技术和生产装备水平的不断提高，煤矿开采方式已经从机械化开采逐步向自动化、智能化方向发展。目前，智能化技术在国内外煤矿开采过程中已经得到广泛应用。
1 智能化开采技术特征
1.1 液压支架跟机自动化技术
液压支架跟机自动化技术是指以采煤机的位置为基准，结合矿井开采工艺，依据工作面顶板压力、倾角、液压支架姿态、采煤机运行状态等信息，将整个生产过程划分为不同的阶段，确定合适的割煤工艺，自动决策并控制液压支架中部跟机、端头清浮煤、转载机自动推进等动作，液压支架跟机自动化工艺能够有效保证工作面生产的衔接性，实现安全高效的生产。液压支架跟机自动化工艺实现的主要条件包括:①采煤机位置的确定;②智能工作面设备处于正常运行状态;③正确配置液压支架电液控制系统的参数;④合理控制采煤机推进速度，保证工作面平稳推进。
1.2 采煤机记忆截割技术
采煤机记忆截割技术是指在实现液压支架跟机自动化的基础上，结合支架跟机阶段和象限转换点，将采煤机记忆割煤象限分割，按照示范刀所记录的工作参数、姿态参数、滚筒高度轨迹，进行智能化运算，形成记忆截割模板，在自动截割过程中不断修正误差，确保工作面液压支架全工作面自动化控制与采煤机记忆割煤切换的准确匹配，实现自动调高、卧底、加速和减速等功能，降低人工干预的频率，提高工作面自动化跟机生产效率。
1.3 工作面视频监控技术
工作面视频监控技术能够将人的视听感官延伸到工作面，通过在工作面安装摄像仪，实时跟踪采煤机，自动完成视频跟机推送、视频拼接等功能，为工作面可视化远程监控提供“身临其境”的视觉感受，指导远程生产。
2 煤矿智能化需求分析
2.1 智能化对于网络的需求分析
煤炭作业现场总线连接大量的检测传感器、执行器和工业控制器，通信速率在数kbps到数十kbps。近年来，虽然已有部分支持工业以太网通信接口的现场设备，但仍有大量的现场设备依旧采用电气硬接线直连控制器的方式连接。即使部分使用无线通信，往往也是采用安全性低、抗干扰性差、速度低的WIFI网络，远远达不到井下智能化连接的需求。传统的网络已经无法满足井下对移动性、低时延的各项应用需求。
2.2 智能化对于网络的需求分类
不同的煤炭作业现场有着不同的网络需求，而煤矿面临的最大智能化问题包括全面感知、智能控制、智能采掘等，解决这些问题是实现智能煤矿、无人煤矿最根本的要求。首要需求就是高质量的无线网络。总体来说，满足煤矿井下安全基础的高质量网络需求可以分为三类：无线网络的需求、低时延的需求、高带宽的需求。3G/4G或者WIFI网络难以满足这样的需求。
2.3 5G与物联网的融合发展
5G采用大规模MIMO技术，使得物联网设备周围形成的天线阵列，构成了一个用于各种传感和控制节点的信息传输的全覆盖网络。遥感层的数据直接通过5G网络来实时传输。对接收到的数据，应用层可以根据应用领域的相关行业标准进行相应地处理和操作，并对遥感层设备进行检测和远程控制。而且，5G认证和加密技术也保证了数据传输的安全性。
3 煤矿智能化开采关键核心技术
煤矿智能化开采关键核心技术的类型比较多样，为能对各项关键核心技术有更多的认识了解，从以下关键核心技术进行阐述：
3.1 地质雷达关键核心技术
煤矿开采过程中采用智能化开采技术是提高开采质量的重要保障，地质雷达关键核心技术作为重要技术组成部分，能为煤矿智能化开采起到促进作用。煤矿开采工作主要是在地层中实施，所以对岩层准确识别煤层是比较关键的，这就需要采用智能化技术，要对煤层位置准确判断，以及对煤层厚度准确识别，如此能为调整液压支架高度提供有效参考。煤层的偏差如果超过可控的范围，就容易对采煤机工作质量和效率产生不利影响，容易出现截割岩层的问题。所以通过地质雷达智能化关键技术应用，能为煤层的位置判断以及对煤层厚度的判断达到准确的目的，通过将地质雷达关键技术和其他的技术相结合应用，将红外成像技术和其他辅助技术相结合应用，能保障工作面周围地质三维成像的准确度，这对实际煤矿开采工作的质量控制有着积极意义。采用地质雷达关键技术和其他辅助技术综合应用，能够对煤层以及顶板和煤层下岩层等形成立体化的观察效果，这对提高煤矿开采的质量有着保障。
3.2 MOS智慧综合管理关键技术
煤矿开采中应用关键核心技术能有效提高工作的整体质量，通过多系统综合管理操作平台的科学化运用，面向智慧矿山建设一体化的信息感知以及展示和应用的平台，系统中有个煤矿子系统以及智能设备等作为支撑，这对支撑应用业务逻辑功能软件也能发挥积极作用，通过多需求通讯以及云计算技术的综合应用，系统内置智慧安监以及矿区一张图等相应功能模块，这对保障煤矿智慧生产的质量有着积极作用。MOS智慧综合管理关键技术，通过全面数据标准化，接入的操作系统平台数据采用的是统一格式交换以及存储，数据互联互通比较高效。统一化数据存储方案应用的作用价值比较突出，监测数据使用统一存储方案，能将数据资源混乱问题得到有效解决，保障数据传输的稳定和实时性。另外，在组态化以及可配置的作用发挥也比较突出，支持大数据分析，这对保障管理系统的应用质量有着积极意义。
3.3 煤矿智能化开采5G关键核心技术
提升煤矿开采的质量，在通信网络技术的应用环节比较重要，通过将5G关键技术科学应用，和煤矿开采设备进行有机连接起来，这对提高通信的效率有着保障，能为煤矿开采智能化发展提供动力支持。煤矿生产的效率和通信技术的应用效果也有着很大的影响，只有保障通信技术的应用质量才能为煤矿开采作业活动高效开展起到促进作用。通信技术发展和煤矿开采之间有着紧密的关系，随着通信技术的发展进步，煤矿开采的技术水平也在不断的提高，如通过表1所示，能够对通信技术的发展和煤矿开采之间的发展的关系进行了解。5G关键核心技术应用下，促进了万物互联，在煤矿开采中井下综采工作面以及掘进工作面是局部受限空间，环境也比较复杂，在5G环境下进行部署海量传感器，能够保障获得丰富性数据，为智能决策提供参考依据。5G技术的应用使得地质条件超前精细探测，多源勘探数据融合的4D透明地质重构，设备精准定位与姿态精准感知，大数据处理与知识挖掘，面向煤矿智能化开采的微服务体系架构，总体上提高了煤矿开采的质量水平。
3.4 井下数据分析关键核心技术
煤矿智能开采过程中对井下数据分析关键核心技术科学应用下，这对提升煤矿开采的质量有着保障。数据分析是当前煤矿智能开采中比较关键的工作，只有保障数据分析的质量，才能有助于提升煤矿开采的质量。大规模复杂化系统数据分析工作的实施，在生产过程中会产生海量数据信息，数字煤矿智慧逻辑模型的应用，能有助于提高数据分析的整体质量。数据分析中逻辑模块需要从诸多传感器中获得煤矿井下的详细信息数据，工作人员要采用相应信息数据，提升煤矿开采挖掘的质量，保障能规律化的剖析，解决了数据分析的问题，就能保障煤矿智能化生产的质量。当前的数据分析关键技术还需要突破多种类以及多层次，多特征数据信息的分析难点，以及在面向视频内容识别的大数据处理分析平台的运用方面，要进一步优化，保障数据生产过程的分析效率。
4 5G技术在煤矿智能化中的应用
4.1 新型智能煤矿体系
新型智能矿山体系，首先通过制定统一的信息化系统标准规范，促进现有系统之间相互联系、相互作用、相互约束、相互补充，打造统一的综合管理平台，全面接入安全监控系统、人员定位系统、产量监控系统、视频监控系统、供电控制系统、工作面控制系统以及采、掘、机、运、通、排等各大系统，指导煤矿企业的人、财、物、生产设备等方面的科学运营和管理。
以IPRAN技术结合4G、5G技术升级井上井下煤矿企业基础网络环境。4G实现全覆盖，提供全域通信和无感切换能力。5G部署重点应用场景，实现综采工作面、掘进面等重点工作地点多维数据源回传、控制信息发布。依托云计算和大数据技术，打造边缘云+核心云的智能应用运行管理模式。边缘云搭载各类应用和分析算法，实现对煤矿工作中具体事件和数据的就近分析，直接掌控各类矿端设备并做出条件反射式的高速、准确反映；核心云搭载智能平台，汇聚收集矿端数据和边缘云分析结果，对整个信息进行数据模型构建和AI能力的训练，不断增强边缘云反映能力，从而提高整个系统的灵活性、运行效率和智能化水平。在云边协同的系统体系和5G高速网络的支持下，投入更先进、成熟的工业设备，如防爆机器人、高清智能摄像机、高灵敏度传感器、远程控制器等，为不断增加的专业化智能应用提供更全面、有效的数据并及时做出针对性响应，最终实现煤矿生产由各个系统单一的集中控制向全矿井集中控制、自动控制转变，实现一键开机、智能辅助控制，远程操作的功能，最终实现“自动化减人、智能化少人”的目标。
4.2 智能控制采掘
为提升煤矿井下智能化开采效率，需全面渗透 5G技术，同时利用 AI 技术、自动化控制技术、自动化监测技术分析矿井功能及稳定性。通过落实数据采集、传输要求，同时在合理的处理中进行模拟训练及学习分析，有利于得到可视化矿井环境。此时，工作人员可依据不同数据指标进行自动化采掘，可避免矿井种类繁多、地质环境较为复杂的负面影响，也能提高智能化开采的效率。此外，在技术运行使用中，需对传输装置的运行状况进行宏观调控，利用合理的故障诊断处理，可将运输效果调控在一定范围内。通过大数据的管控，对诱导装置进行控制，方便工作人员远程、宏观收集关键数据信息，调整集显数据的精准度。
4.3 精准实时定位
传统煤矿井下定位大多数采用蓝牙、ZigBee等无线传输技术实现的。但是这些技术在覆盖范围、切换时间等方面存在不足。我们可以借助5G技术的低延时特点对矿井内信息进行精确实时定位，开发井下车辆智能管理、开采设备智能化等等，以解决井下移动设备实时监测的技术难题。
5 结语
推进煤矿自动化和智能化建设从而实现矿井少人、无人化开采是保障我国煤炭工业安全发展、技术提升和产业升级的重要手段。煤矿智能化开采最主要的目标就是通过技术创新研究和机械装备研制开发等方式来实现工作面减人、增产和提效。5G技术的快速发展大幅度促进了大数据、云计算、人工智能技术融入在了一起，最终汇集成了5G技术生态，其对于煤矿智能化开采的转型与发展可以起到促进作用，从而为煤矿智能化开采作业的进行提供一套合理解决方案，促进我国煤矿行业发展。
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