摘要：將5G網絡技術應用到煤礦的智能化礦山建設中，是當前提高礦山智能化水平的重要方向。為此，開展了龐龐塔煤礦中智能綜采工作面、5G網絡構架、視頻界面等多方面的建設設計，并對建好后的智能礦山運行情況進行了評價分析，實現了對井下煤礦開采設備及配套設施的遠程監控、操作及控制，智能礦山整體智能化程度相對較高，提高了該礦井的煤礦開采效率及作業安全性。

　　關鍵詞：煤礦;智能礦山;5G網絡;智能化控制

　　0引言

　　煤礦資源是推動國家快速發展的重要能源，加大對煤礦資源的開采力度，是政府及企業重點考慮方向[1]。隨著國家自動化、智能化技術的不斷提升，為有效提高煤礦的生產效率及井下作業安全，整個煤礦領域在智能化礦山及智能化煤礦設備開采等方面紛紛開展了較大程度的智能化升級改造。其中，將當前成熟的5G網絡技術應用到礦山的智能化建設中，提高整個礦山的智能化程度，已成為當前礦山改造的重要方向[2]。

　　霍州煤電集團呂臨能化有限公司的龐龐塔煤礦礦山是山西焦煤“11236”確立的“六大循環經濟園區”之一，集煤炭開采、洗煤加工、綜合發電為一體，屬零排放、零污染，綠色、循環、低碳發展項目。當前我國煤碳生產依然處于智能化程度較低的水平，面臨著生產技術落后、單班下井人數多和用工難的問題[3]。

　　為此，通過對龐龐塔煤礦建設5G無線專網，可實現該礦山的無線覆蓋，利用5G網絡大帶寬、低時延、高可靠性和海量連接的特性，實現礦山的數字化、網絡化、智能化融合。因此，開展了龐龐塔煤礦的智能化礦山建設設計，并對建設后的智能化礦山運行情況進行了綜合評價，驗證了此礦山的高效性。此研究為將龐龐塔煤礦打造成“國際一流、國內領先”的“安全、高效、綠色、可持續發展”的新型智能化礦井奠定了重要基礎。

　　1智能礦山建設架構設計

　　龐龐塔煤礦的智能化建設內容可分為智能化基礎設施建設、安全智能化建設、管理智能化建設、生產智能化系統建設4大類。龐龐塔礦智能礦山的總體架構包括了設備感知層、基礎設施層、數據服務層、應用層等，能有效實現對整個礦山的智能化數據采集、數據分析運算及物聯網大數據平臺監控等功能[4]。

　　2礦山中5G網絡建設架構設計

　　龐龐塔煤礦中所設計的5G工業互聯網采用了萬兆工業環網系統，該系統由萬兆IPRAN環網、網管服務器、數據服務器、調度系統、接入層網絡、網關及相關配套設備組成。該網絡可用于實現無線通信系統以及工業環網中設備的接入和承載。通過統一建設的IPRAN環網同時承載移動環網和工業環網，真正實現井下“一張網”[5]。

　　1)礦用5G移動通信網絡由地面的核心網元(4G核心網、5GMEC)、基帶控制單元(BBU)、遠端數據匯聚單元(RHUB)、微型射頻拉遠單元(pRRU)、5GCPE等設備構成。2)核心網(4G)的功能主要是提供井下無線網絡的注冊和控制、業務的鑒權、語音和數據的交換等功能。3)5GMEC的功能主要是提供園區5G業務數據分流，通過MEC使得數據流指向本地，不出園區。4)基帶控制單元(BBU)的主要作用是完成信號的基帶處理，提供傳輸管理及接口，管理無線資源。5)基站由基帶控制單元(BBU)、遠端數據匯聚單元(RHUB)、微型射頻拉遠單元(pRRU)組成，主要功能和作用是提供井下5G無線信號覆蓋。

　　3智能礦山綜采工作面設計

　　3.1綜采自動化集中控制技術分析

　　構建一套高效、便捷的集成控制系統，實現對工作面主要設備單機控制系統的有機整合(包括采煤機、液壓支架、運輸設備、供電設備、供液設備等);并通過合理的工藝編排，通過5G無線網絡和IPRAN工業互聯網雙線路系統實現在井下巷道監控中心和地面指揮控制中心的集中控制和“一鍵啟停”[6]。

　　3.2工作面防片幫智能控制技術分析

　　建立了基于應力路徑效應的煤壁“拉裂--滑移”力學模型，對工作面煤壁片幫區域進行提前預知，結合煤機精準位置分階段調整煤機滾筒附近液壓支架護幫板收伸狀態，形成煤壁片幫條件下液壓支架自動跟機工藝。通過護幫板壓力傳感器、行程傳感器和雙向聯動液壓鎖實現自適應精準控制。

　　3.3大采高工作面底軟智能控制技術分析

　　針對工作面底板軟弱區域進行提前預知(感知、視頻等手段)，運用機器學習、通過液壓支架多次降架，完成對工作面底板軟弱條件下的智能化處理，并形成底板軟弱條件下液壓支架自動跟機特殊工藝。綜上所述，目前智能綜采面目前較為先的標志是指采用具有感知能力、記憶能力、學習能力和決策能力的液壓支架、采煤機、刮板輸送機等綜采裝備，以自動化控制系統為核心，以可視化遠程監控為手段，實現綜采工作面采煤全過程"無人跟機作業，有人安全巡視"的安全高效開采技術。

　　4智能礦山全面感知平臺設計

　　4.1智能視頻分析

　　為礦山智能化應用提供通用的視覺感知行業基礎平臺，在井下IPRAN工業環網利用切片通信技術劃分出獨立的傳輸通道、通過5G的高清視頻監測體系，將礦山各類視頻監控資源接入視覺感知平臺，在不需要人為干預的情況下，通過對視頻圖像進行自動分析，實現對礦山工作場景中目標的定位、識別和跟蹤，并此基礎上分析和判斷目標的行為，從而做到既能完成日常管理又可在異常情況發生時及時做出預警告警等響應、輔助決策。此視頻界面能夠實現如下功能：

　　1)監控報警：攝像頭總數、在線數、離線中的設備信息及報警數量、報警模型統計分析。2)實時監控：通過拖拽和選中的形式對監控數據進行實時展示。3)視覺感知：對攝像頭識別到的各類報警模型進行匯聚展示。4)對采集的圖像進行智能視頻分析。要通過人工智能、機器學習等先進的信息化技術對視頻進行分析，及時發現人的不安全行為(如人員受傷、人員違章、人員聚集、人員奔跑等)、現場的不安全狀況(如發生火光、煙霧、出水、粉塵、巷道垮塌、煤壁片邦等)、設備的不安全狀況(如皮帶打滑、設備異常等)。

　　4.2智能皮帶損傷檢測和定位系統設計

　　該系統的功能是通過人工智能圖像識別技術,實時準確抓取皮帶表面的損傷,并通過自動定位技術實現每個損傷的位置跟蹤和定位.提供多條皮帶多損傷整體運行的狀態展示.，而且能夠控制皮帶動力系統將用戶指定的損傷自動停到指定的檢修區。通過以上功能來減少皮帶損傷檢測定位和維修的難度,以達到增加皮帶使用壽命和減少人力資源的目的。智能皮帶損傷檢測和定位具有以下特點：①準確抓取皮帶表面損傷,精確度高;②皮帶表面損傷分級管理,整體展示;③損傷精確定位到米級;④精準制動,確保指定損傷停機后位于檢修區;⑤AI深度學習，確保損傷不漏檢：⑥減少皮帶維護難度,增加皮帶壽命,節約人力成本。

　　5智能礦山的實際運行評價

　　為進一步驗證所設計的智能礦山的各項功能特點，在完成系統設計及施工建設后，開展了該智能礦山的實際應用測試。在該智能礦山運行過程中，整套系統運行正常，數據傳輸速度較快且信號穩定，在監控平臺上所監控的數據無干擾信號影響，井下作業的采煤機、掘進機、液壓支架等設備均能通過遠程方式進行設備的遠程操作及控制，并將各設備的運行狀態通過智能視頻界面進行實時顯示，當設備發生故障報警時，視頻界面能將設備的故障類型及故障發生進行實時顯示，人員只需通過故障提示內容快速進行設備維修。智能礦山運行后，整個龐龐塔煤礦的煤礦開采量及開采效率顯著提高，人員的勞動強度也大大降低，所達到的運行效果較為明顯。

　　礦山論文投稿刊物：《礦業裝備》(月刊)創刊于2011年，是由北京卓眾出版有限公司主辦、中國農業機械化科學研究院主管的礦產裝備類期刊。

　　6結論

　　5G網絡技術是實現數據快速傳輸、提高信息準確性及作業安全性的重要保障。將5G網絡技術應用到煤礦的智能礦山建設中成為一個必然的發展趨勢。為此，從智能綜采工作面、5G網絡構架、視頻界面等多方面開展了龐龐塔煤礦的智能礦山建設設計，并對建好的智能礦山進行了運行評價，結果顯示，該智能化礦山運行良好，能實現對礦井設備的智能化遠程操作控制及狀態高清顯示，提高了礦井的開采效率及開采量，故障報警功能及故障排除效率大大提高。此研究對推動龐龐塔煤礦智能化技術應用及創新改造起到了重要支撐作用。

　　參考文獻：

　　[1]琚彥斌.煤礦供電系統越級跳閘問題研究[J].礦業裝備，2021(1)：106-107.

　　[2]裴新宇.煤礦智能化遠程集控系統分析[J].礦業裝備，2021(1)：116-117.

　　[3]韓健.煤礦綜掘智能化開采技術研究[J].技術與市場，2021，28(2)：124-125.

　　[4]王劍，劉備戰，雷亞軍，張興寬.曹家灘煤礦智能快速掘錨 成套裝備應用[J].陜西煤炭，2021，40(1)：1-3，40.

　　[5]劉峰.對煤礦智能化發展的認識和思考[J].中國煤炭工業，2020，No.402(8)：13-17.

　　[6]鄭功勛，李曉華，王建楠，等.貴州煤礦輔助系統智能化的實踐與探索[J].煤炭技術，2020(4)：198-199.

　　作者：楊海鵬