煤矿智能化解决方案 2022-06-22

项目背景及必要性


       矿山智能化是现代化煤炭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。

       近年来,我国煤矿智能化建设已经突破了多项 关键技术,分别在薄煤层、中厚煤层、大采高及特 厚煤层综放智能化开采技术与装备等方面取得了多 项成果 .2020年根据国家煤矿安全监察局总结,所有的矿难都有一个共同的特点技术薄弱,防线失守,管理混乱,责任落空。所以煤炭行业高质量发展对煤炭安全生产提 出了更高的要求 , 少人、无人成为煤矿未来的发展 趋势。然而由于受到通信技术和井下复杂环境的 约束,传输速率、设备互联和带宽一直以来都无法 得到质的突破,进而制约着矿山智能化的发展. 5G 技术的出现,以其大带宽、低时延、广连 接特性,为煤矿生产过程中的核心瓶颈问题提供了 解决方案,同时带动人工智能、物联网、边缘计算 等技术发展,为煤炭行业核心应用提供了可能。 

        5G 技术的出现,以其大带宽、低时延、广连 接特性,为煤矿生产过程中的核心瓶颈问题提供了 解决方案,同时带动人工智能、物联网、边缘计算 等技术发展,为煤炭行业核心应用提供了可能。


智能矿山概述


        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. 我国94%的煤矿为井工开采煤矿,属于典型 的深部空间作业,呈现出环境高危、恶劣,生产环 境、 生产现场环境动态多变, 作业线长、设备数量 庞大、用人多等特点.传统的信息化技术,特别是传统的网络技术难以满足煤炭企业的智能化建设. 同时还存在以下几方面问题

(1) 井下工业环网能力不足 , 煤炭企业普遍采 用千兆工业以太网技术建设井下工业环网,而井下 工业生产过程需要的带宽远远超过千兆工业环网的 承载能力。

(2)有线网络难以满足大规模接入的要求.要 在井下实现各种设备和传感器的接入,传统的有线 接入技术难以实现,会导致井下 “蜘蛛网”现象的 发生,也会导致建设成本巨大、维护困难、网络可 靠性差等问题。

(3)有线通信技术难以实现移动生产设备的控 制.煤矿井下是移动生产作业的环境,大量移动设 备需要进行地面远程集中和智能控制,有线通信技术难以实现移动设备的控制,难以实现井下无人。

(4) 传统的信息化建设模式难以实现信息共 享.受传统网络技术限制,煤炭企业的信息化建设 由不同的厂商、采用不同的技术、 在不同的时期进 行各个信息化系统的建设,如瓦斯监控、人员定 位、产量监控、 视 频 监 控、 水 文 监 控、矿 震 监 控 等,造成了一个个信息孤岛。

随着5G 技术生态圈逐渐成熟,可以有效解决 数据传输能力不足问题,实现数据融通共享,避免 数据孤岛.结合 AI和大数据等技术打造智能矿山 生态应用,能够助力煤炭行业由劳动密集型向技术 密集型迈进,实现全面感知、实

互联、分析决 策、自主决策、动态预测、协同控制。


5G 技术特征


        5G (5thGeneration WirelessSystems,第 五 代移动通信技术)是新一代移动通信技术演进升级 的重要方向,也是领跑新基建的关键新型基础设 施。5G 相较 于 4G,具 有 大 带 宽 (eMBB)、低 时 延 (uRLLC)、广连接 (mMTC)等特点,传输速 率提升10~100倍,峰值传输速率达到10Gbps, 端到端时延达到毫秒级,连 接 设 备 密 度 增 加 100 倍,流量密度提升100倍。

        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[4].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。5G 突破技术主要研究以下关键技术。

        (1)   5G+超高清视频.                                             

        (2)   远程控制

        ( 3 )  关键设备故障预判.                                             

        ( 4 )  无人驾驶,智能调度

        ( 5 )  AI感知.全面感知


5G 在智能矿山中的应用智能感知系统感知内容

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5G 在智能矿山中的应用

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5G 在智能矿山中的应用智能综采系统架构

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应用方案:井上综合调度,井下智能协同,助理安全生产

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应用方案:打造智慧煤矿端到端5G专网,确保数据隔离要求

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终端特点

短信重启

全支持短信重启功能,远程重启和管理设备更省力


多种防火墙

支持多种防火墙设置,如IP端口过滤、MAC过滤、URL过滤,全方位满足用户使用需求。


支持虚拟VPN服务

设置有PPTP和L2TP以及OpenVPN的服务器和客户端,建立内网通道更方便。支持IPSec网对网功能


支持智能QOS

智能QOS支持应用过滤,针对性的过滤掉部分应用,提高网络的使用感,防止家中的孩童沉迷游戏


实时记录和计算使用的流量

首页实时检测设备当前的流量使用,直观显示流量的使用方向,避免造成流量超额使用的现象


特色功能

支持NSA和SA网络,兼容各运营商 采用完备防掉线机制,数据传输稳定 支持本地数据存储,保证数据不丢失


产品外观及尺寸

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软件特点

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平台特点

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总结


             据统计分析,通过5G升级之后每班下井人 至少可以减少2/3人;生产成本从大约 300元/t降低到大约200元/t;通风机、带式输送 机等设备通过智能变频,实现了按需负载和智能变 速,降低了能耗;工作方式由 “2+1”(两班工作, 1班检修)变成 “2+0” (两班工作,弱化检修); 带式输送机故障由原来需要4~5h进行定位升级 到现在直接定位; 通过无线传感技术,感知综采、 掘进等传统感知盲区,降低了事故发生概率;智能 视频分析技术分析人员受伤状态、违章作业行为、 环境异常等情况, 降低了事故发生率,减少了事故 带来的损失.5G 技术应用给庞庞塔煤矿带来工作 方式 变 革 的 同 时 提 升 了 经 济 效 益,保 障 了 生 产安全。

          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,对煤炭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.通过矿山5G 高质量工业互联网和公共服务平 台安全生产管控一体化建设,可以产生较大的产业 集聚效应和项目牵引,可打造产值达千亿级以上的 5G 工业互联网云平台智慧矿山产业链.5G+智能 矿山项目研究具有重大的现实意义和客观的经济 价值。