基于5G技术的综采工作面智能排水系统探讨

申海利 王慧芳 张慧军

摘  要：矿山智能化是煤炭工业高质量发展的必然趋势，而5G技术为助力矿山行业转型升级奠定了坚实基础。本文从目前我国综采工作面排水系统存在的问题着手，基于5G技术大带宽、低时延、广连接等特性，探讨了基于5G技术的综采工作面智能排水系统的基本原理和构建，并对其基本运行进行了简明概述。

关键词：智能化;5G技术;排水系统

引 言

排水系统作为综采工作面五大系统之一，其主要任务是使回采过程中产生的裂隙水、岩溶水等及时得到抽排，避免工作面大量积水影响通风断面和安全生产，以及水害事故的发生。目前，我国综采工作面排水系统存在自动化程度低、耗电量大、人工成本高等问题，不仅严重影响排水效率，还提升了系统整体故障排查难度。煤矿智能化转型是大势所趋，对提升煤矿安全生产水平、保障煤炭稳定供应具有重要意义[1]。近年来，高河能源坚持走数字化、网络化、智能化发展道路，积极引进智能化矿井建设新技术、新工艺，智能化矿井建设更上新的台阶。基于此，进行综采工作面智能化排水系统建设探讨，具有重要意义。

1 5G技术

煤矿智能化是以安全、高效、绿色为目标，运用物联网、大数据、云计算、移动互联等技术手段，构建具备“人、机、环”信息全面感知、自主融合、动态辨识、有效预警、协同控制的智能系统，实现按需生产和“人、财、物”高效流转。但目前我国煤矿智能化建设面临诸多问题，最为突出的是，我国94%的煤矿为井工煤矿，现有井下千兆工业以太网数据传输、可靠性、兼容性都难以满足智能化建设需求。而5G技术可以有效解决矿井现有网络存在的问题，快速低延时数据传输，多种传感数据兼容共享，能够与智能化矿井开采技术、大数据信息平台等进行有效融合，实现智能数据从获取、传输、监测监控、分析决策、动态预测预警、协同控制等多方面的智能控制。

2基于5G技术的智能排水系统基本原理

5G技术具有低时延特性，结合现有智能化大数据平台，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，实现对煤矿井下综采、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。 基于5G技术的智能排水系统是基于5G高效数据传输特性，构建抽排水定点监测、数据智能传输和分析、信号控制和指令发送、指令执行等智能化排水系统。即通过在在井下综采工作面每个抽水点处安装高清摄像头，对每个抽水点进行实时水量监测，基于5G和工业环网组成的高速网络将抽水点高清数据传输至控制中心进行分析，待某个抽水点需要抽水时，控制中心通过控制软件选择对应抽水点的控制按钮，向智能开关发出启动信号，信号数据通过井上、下的5G网络发送给目标无线信号控制器，向智能开关发出启动信号，启动信号通过然后通过控制器控制抽水泵开关启动，开始抽水。同理，待抽水完成后，同样发出停止抽水信号，停止抽水。

3 智能化排水系统基本组成

智能化排水系统实现综采工作面排水系统各个抽水点抽排水的自动控制，并对整个排水系统进行实时监测，保证排水系统整体运行正常。基于此，智能化排水系统可以分为井上和井下两部分，井上部分主要为排水系统控制中心，包括抽水点在地面的工业电视显示终端，及相应的配套控制软件。井下部分主要包括井下5G信号覆盖、摄像头、5G环境下的无线信号控制器、控制抽水泵启停的智能开关。

3.1 井下部分

（1）5G信号覆盖。为了实现抽排水信息数据的低延时高效传输，契合煤矿智能化建设和发展需求，必须构建井下与井上稳定、高效的信息传输网络，5G技术因其独有优势，为构建信息传输高效通道提供了基础。为了保证数据传输的全面性和稳定性，井下必须实现5G信号稳定全覆盖。

（2）摄像头。主要是用于对综采工作面各个抽水点以及整个排水系统进行实时监测，对抽水点汇水情况等进行动态监测，作为整个排水系统控制信息的获取终端。

（3）5G环境下的无线信号控制器。用来集中化控制5G环境下无线网络接入点，是一个无线网络的核心，负责管理井下5G环境无线网络所有接入点，对接入点管理包括：下发配置、修改相关配置参数、射频智能管理、接入安全控制等。

（4）控制抽水泵启停的智能开关。

3.2 排水系统基本运行

综采工作面排水系统及各抽水点高清摄像头及抽水泵启停智能开关组成了综采工作面智能化排水系统模块，排水系统模块的数据信息和地理位置信息等（抽水点水位、泵站压力、流量、水泵工作状态、排水管路状态、故障信息、电压等）传输至5G智能网关，并通过井上下构建的5G信号网络传输至井上排水系统控制中心，由此控制平台进行数据分析处理，通过电脑端或手机端即可实现數据查看、修改、报警、统计、分析等，同时平台也可下发采集及控制指令，通过5G网络到达智能网关，下发至排水系统模块，控制抽水泵启停的智能开关接收指令后进行抽排水启动和停止，以及排水系统故障消除。并将所有信息再返回至平台，再进行数据分析及处理，提供智能化管理。每台设备还有维保周期及相关的维保记录，方便提合理地安排维保人员和维保设备;现场的视频监控也可以通过5G网络同步传输到后台。

结 论

目前，5G+智能矿山建设面临前所未有的发展机遇，也面临着诸多阻力和困难。基于5G技术的综采工作面智能化排水系统，是构建智能化工作面的重要组成部分，可以实现对排水系统的远程监控和数据分析，并提供了更加便捷的设备管理，也是有效提升现有工作面排水工效、减少人工成本、降低工作面水害威胁的重要手段。

参考文献

[1]王国法，刘峰，孟祥军，等. 煤矿智能化（初级阶段）研究与实践[J]. 煤炭科学技术，2019，47（8）：1-35

[2]王国法，刘峰，庞义辉，等. 煤矿智能化——煤炭工业高质量发展的核心技术支撑[J]. 煤炭学报，2019，44（2）：349-357

作者简介：

申海利（1978-），男，山西省长治市人，助理工程师，主要从事矿井机电方面工作。