5G技术的“智慧矿山”建设研究

杨小利

（陕西煤业化工集团孙家岔龙华矿业有限公司，陕西榆林 719300）

近年来，我国5G技术得到了迅速发展，在多个领域中获得了良好的应用效果。矿业是我国经济发展的重要基础，正朝着信息化以及智能化的方向发展。在智慧矿山的建设过程中，相关矿产企业应积极加强对5G技术的应用力度，充分发挥5G技术的网络优势，进行现有矿山管理模式的优化与创新，使智能化技术有效融入矿山生产管理工作中，对智慧矿山的发展具有非常重要的意义。

1 智慧矿山建设的背景概述

矿产资源是我国经济发展的重要基础，但在以往的矿山生产过程中，存在管理过于粗放的问题，安全事故频发，对我国矿产领域的发展造成了比较大的影响。除了安全生产问题外，我国矿产开采过程还存在一定的用工荒问题，部分矿产企业甚至出现严重的招工困难情况。在这一形势下，需要积极创新与完善矿山生产管理模式，加强机械化生产以及智能化管理力度，以满足矿山生产的实际需求。2010年，智慧矿山理念传入我国，为矿产领域生产优化提出了新的思路。

智慧矿山主要指将人工智能、工业物联网、云计算以及大数据等技术与现代煤炭开发利用进行深度融合，构建全面感知以及实时互联的智能控制系统。应用智慧矿山系统能够实现对矿山生产全过程的有效管理，实现经营安全的智能化运行，进一步提升矿山生产的安全性与可靠性。我国智慧矿山建设发展阶段比较晚，在工作开展过程中，存在研究滞后情况，也存在智能化建设技术标准与规范缺失等问题，难以满足矿山企业的具体运营需求。

2 5G技术在智慧矿山建设中的应用重要性

5G技术是继4G技术后的通信技术延伸，具备大带宽、低延时的优势，可以实现不同应用场景信息的高效交互，对传统产品发展具有非常重要的作用。应用5G技术能够对传统的产业发展起到良好的重塑效果，满足企业的数字化转型需求，实现各项生产工作与移动应用的深度融合，对现有的应用服务进行创新。

在智慧矿山建设过程中，需要实现矿山的数字化，保障数据与信息的有效融合。在矿山生产过程中应用5G技术时，矿山位置相对比较偏僻，网络信号比较差，经常需要单独建网，5G技术自身具备建网边界的应用优势，能够满足智慧矿山的建设需求。在矿山生产过程中，大部分的工程机械均处于移动状态中，需要经常进行爆破作业，导致光纤通信的不确定性较大，需要通过5G等无线通信技术进行作业。

矿山5G网络试点的应用过程中，其能够在结合人工智能AI的基础上，通过传感技术、海量数据存储技术以及地理信息系统等多种技术手段，推进工业网络平台建设力度进一步增大，实现矿山生产过程中的远程集中控制以及业务控制，满足矿山智能化生产的实际需求。

3 5G技术在智慧矿山建设中的具体应用

3.1 5G+远程控制

矿山开采作为矿山生产运行全流程中的一个重要环节，其开采效果会影响矿山企业的自身权益。但在传统的矿山开采作业中，采矿工作人员需要长期在矿山内部进行工作，需要面临比较恶劣的工作环境，空气污染、设备噪声会严重威胁工作人员的人身健康。

应用远程控制技术能够促进矿山开采朝着安全以及绿色的方向发展，在保障矿山生产安全性基础上，对现有的工作环境起到良好的改善效果。远程控制技术应用过程主要由近端的控制网、通信网络以及远端受控方三部分构成。控制方能够在结合现场施工环境基础上，对网络上传的图像进行判断，进行操作指令的下放，受控方在获得控制指令后执行具体操作，确保矿山生产环节始终处于良好的运行状态。

在矿山远程控制系统中，通信网络的信息传输性能直接关系远程控制系统的运行可靠性，5G通信技术拥有高带宽、传输可靠性高以及灵活性比较强的应用特点，在环境复杂的矿区内也能够较好地实现网络接入，满足矿山远程控制系统的通信需求。

在远程控制系统中应用5G网络技术，具有超低时延以及超大带宽的应用优势，能够满足高清视频以及低时延业务的具体传输需求，是现阶段远程控制中通信技术的应用热点以及主流研究方向。近年来，我国5G通信技术已经得到进一步的优化与完善，在智慧矿山的建设过程中，较多矿山企业开始加强5G+远程控制的研发与探索力度，获得了良好的研究效果。

3.2 5G+无人驾驶

矿山卡车在驾驶过程中需要面临复杂的矿区环境，对驾驶员的专业素质以及技能水平提出了非常高的要求，在驾驶员入职后，需要经过一段时期的系统化培训，合格的矿山驾驶员数量不足。

在露天矿区的卡车运输过程中，除运输条件比较恶劣，驾驶员们还需要面临天气变化以及特殊道路等多种特殊情况，具体驾驶过程存在一定的运输安全风险。

在以往的矿山生产过程中，经常出现矿山卡车驾驶导致的安全事故。在智慧矿山系统建设过程中，需要积极地应用无人驾驶技术，实现对矿山资源的有效运输，在保障矿山资源运输安全性基础上，有效地降低人工成本，提升矿山企业的经济效益。

为了保障矿山的运输安全性，提升生产效率以及运营成本，国内外均加大对无人驾驶矿山卡车的研究力度，获得了良好的应用效果。美国卡特公司在20世纪80年代开始进行自动化矿用卡车的研究，2012年开始应用无人驾驶矿用卡车进行生产。我国2018年于白云鄂博矿区首次完成国内无人驾驶矿用卡车的现场试验。

无人驾驶矿用卡车的研究过程中，需要具有高实时性的通信信息处理系统作为支撑，确保车辆能够对周边车况进行实时识别，提升车辆的运行智能化水平。通过5G通信技术的应用，能够为无人驾驶技术的应用提供良好的通信环境，通信过程中的时延指标只有4G网络的几十分之一，满足无人驾驶技术在应用中的通信需求。在智慧矿山系统的建设过程中，应用5G通信技术可以实现无人驾驶矿用卡车的通信支撑，促进矿山无人驾驶卡车的运行可行性以及安全性。

3.3 5G+超高清视频

矿山生产过程中还存在比较多的安全隐患，矿山企业应加强对安全生产管理工作的重视度。在现有矿区作业过程中存在作业区域大、人员车辆数量比较多的特点，在以往的人为管理模式中，矿区企业主要使用安排巡检队伍开展安全巡查的方式进行管理，具备安全管理效率低下、人力成本较高的特点，无法满足全天候、全覆盖的安全生产管理需求，对不规范作业等问题，难以起到良好的防控效果，容易导致一系列生产安全事故的发生。

应用视频监控系统可以促进矿山安全生产管理水平的进一步提升。超高清视频技术作为一种新型安全监控管理技术，与普通视频技术相比，该技术的视频清晰度以及通畅性得到显著提升，8K超高清食品的像素点能够提升16倍，其采样率与分辨率等关键指标得到大幅度的优化。此外，超高清视频不仅是视频技术的演进，还能够实现视频技术与人脸识别、行为预判等智能技术的有效融合，对矿山企业现场监控水平的提升具有非常重要的意义。

构建智慧矿山智能化监管系统的模式，可以将超高清视频技术应用到矿山的安全生产管理工作中，实现对矿区内人员设备、环境以及车辆运输的全面管理。通过机器学习以及大数据分析等新型技术手段，对矿山生产中的安全隐患进行及时分析与自动响应，借此获得良好的安全管理效果。通过5G技术的应用，能够满足超高清视频业务的数据传输需求，保障超高清视频的传输质量，是超高清视频监控系统自身作用得以发挥的基础保障。

3.4 5G+无人机

近年来，我国无人机技术得到非常迅速的发展，在多个领域中均获得良好的应用效果。矿山生产管理过程需要面临复杂的地理环境，视频监控系统无法实现无死角的视频监控。通过无人机联用视频监控技术，能够进行空地一体化立体安全巡检体系的构建，促进矿山企业的生产管理水平进一步提升。此外，在矿山生产中出现运行事故后，通过无人机技术能够实现对事故发生区段的有效探测，减少人员探测可能导致的安全事故，保障人员的安全性。

为了发挥无人机技术的应用效果，需要利用5G网络技术的超低时延传输优势，帮助无人机实现超高清视频的采集以及精准定位工作。通过5G通信技术的应用，能够帮助无人机采集工作结合人工智能以及大数据分析技术，促进生产现场的监管范围进一步提升，有效降低现场的作业风险。

4 结语

智慧矿山时矿区生产管理转型升级的重要发展方向，我国矿山企业应加强对智慧矿山的重视力度，促进矿山生产效率以及安全性进一步提升。通过5G通信技术的应用，能够为智慧矿山的建设提供良好的通信条件，为远程控制、高清视频监控、无人机技术以及无人驾驶技术的实现提供技术支撑。我国矿山企业应当在5G技术支撑下，不断完善现有的智慧矿山系统，对矿山企业市场核心竞争力提升具有积极的意义。