5G技术在煤矿智能化中的应用展望

煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的保障,当前处于煤矿智能化发展的初级阶段,仍然面临泛在感知难、多类型数据同步传输不可靠、远程控制实时性差、融合大数据的智能决策效率低等问题,面向垂直行业智能化应用的第五代移动通信技术(The fifth Generation Mobile Communication Technology,5G)为上述问题的解决提供了契机。分析了5G中的高频通信、大规模天线阵列、超密集组网、设备到设备通信、网络切片和移动边缘计算6项关键技术和各自的技术特征;研究了煤矿智能化应用在信息感知、多类型数据传输、实时决策控制、新技术应用和异构物联设备互联互通需求等方面的短板,以视频传输为例分析了4G技术在未来应用中的局限性,研究了井下WiFi组网的不足之处,指出了煤矿井下应用5G技术的必要性;结合5G技术优势和煤矿井下实际需求提出了基于5G技术的高精度实时定位与应用服务、虚拟交互应用、远程实时控制、远程协同运维及井下巡检和安防等煤矿井下应用场景,提出了基于混合现实的井下智能化开采和远程实时可视化操控的构想,给出了井下应用5G技术的总体架构:有线光纤骨干环网加5G覆盖,分析了实施要点,指出与井下应用场景的结合才能最大程度发挥5G技术在煤矿智能化开采中的作用,简要展望了基于5G技术的物联网、大数据、云计算、人工智能和虚拟现实等技术在煤矿智能化中的融合应用。     

井工煤矿5G通信系统的组网架构与高可靠性初探

为减少井工煤矿恶劣条件下矿用5G系统故障,设计了一套矿用5G系统分层环型组网架构。通过控制信令保护、业务安全隔离、信号冗余覆盖以及设备散热等多个方面对现有矿用5G系统进行优化改造,解决制约矿用5G系统在井工煤矿生产现场设备控制场景下的可靠性问题,提高矿用5G系统整体可用性和实用性。     

煤矿巷道MIMO信道容量研究

针对煤矿井下这种受限非自由空间的特殊通信环境中多输入输出(MIMO)技术的应用问题,研究了影响煤矿巷道MIMO信道容量的多种因素,并进行仿真分析,结果显示MIMO在煤矿巷道中的应用有一定的可行性和实用性.同时,为了得到在井下复杂环境下MIMO的最大信道容量,利用粒子群算法给出了用于煤矿巷道中MIMO天线布置的理论公式.     

煤矿5G融合通信管理平台研究

针对煤矿井下存在多系统独立运行而数据无法互通，系统功能时效性、联动性低、生产指挥效率差，安全保障低等问题，设计了基于NGN(next generation network)架构的煤矿5G融合通信管理平台，利用SIP(session initialization protocol)、高速路由/交换技术、开放的API(application programming interface),实现了5G通信与4G通信、程控调度、数字广播、视频监控和人车定位等系统的融合，对各系统进行统一的接入、管理和调度，不仅有效地提高了井下的调度、协作、管理能力，还加强了安全生产和应急救援的保障力度，实现煤矿日常生产的标准化、精细化管理。     

矿井MIMO信道模型的空间相关性研究

建立了矿井MIMO信道的模型,推导出该信道模型的空间相关性函数,分析了发送天线端天线间距和接收端天线间距对空间相关性的影响,在此MIMO信道模型的基础上,讨论了矿井的MIMO信道的空间相关性对系统误码率的影响,仿真结果表明,煤矿井下MIMO信道空间相关性越高,系统的误码率就越大。     

煤矿5G通信系统的安全性研究

为了确保5G技术在矿井的安全使用,促进煤矿移动通信的快速发展,探讨了矿井移动通信系统应用现状,研究了爆炸性环境的相关标准,分析了阈功率的计算方法,讨论了考虑天线叠加情况下与不考虑天线叠加情况下基站发射阈功率的计算过程,分析了电磁兼容评价标准和矿用5G系统安全性评估方法;并在发射阈功率参数、电磁兼容、核心网检验、系统组网方式判别、通信类别及制式检验、天线参数检验等方面提出了矿用5G产品安全性能的计算和测试方法,规范了矿用5G产品生产,保障了井下人员、资源设备安全。     

矿用CDMA无线通信系统在北徐楼煤矿的应用

介绍了矿井通信的现状及基于CDMA的通信技术的优势,北徐楼煤矿CDMA通信系统的组网架构及地面、井下无线覆盖方案,以及系统投入使用后实现的功能和对矿井安全、生产的促进作用。     

矿用本安型无线通信、精确定位及智能广播一体化系统关键技术研究与应用

基于LTE通讯技术、TOF定位技术、分布式MIMO技术和智能网关等技术,首次提出矿用4G无线通信、精确定位和智能广播一体化设计方法,成功研制了覆盖全矿井的矿用4G无线通信、精确定位和智能广播一体化系统,定位精度小于3 m、具有紧急呼叫、应急广播等功能的矿井4G无线通信与定位、广播一体化系统,实现了全矿井移动通信、精确定位与智能广播有机融合和高速无线通信网络全覆盖。     

5G技术在煤矿智能化建设的应用

在全国大力推行世界一流示范矿井建设的背景下,煤矿智能化程度是最重要的一项考评指标。但因当前煤炭行业技术、人才、装备及不同井田的采场条件变化等因素制约,导致智能矿山建设诸多关键性技术不能得以应用与推广。煤矿智能化和第5代移动通信技术系统（5G）都处于发展阶段,随着5G技术在煤矿智能化建设中的应用,权威专家对5G技术在煤矿中的实用价值进行深入分析。分析在中国煤炭发展趋势的4个阶段,强调现阶段煤炭发展遭遇的分歧和发展方位;明确提出5G颠覆式创新煤矿智能化建设,剖析5G有别于过去通信技术,5G技术对煤矿智能化的实用价值;注重煤矿智能化建设的关键以及5G技术当中的作用;明确指出5G煤矿智能化的普遍主要用途。本文归纳总结了5G技术所属的快速发展环节,煤矿行业融合5G技术的现实意义,以及推动煤矿5G技术发展趋势对于煤矿智能化的重要性。     

基于MIMO技术的矿井无线通信系统的研究

 本文分析了煤矿井下无线通信系统存在的主要问题,介绍了MIMO技术和正交空时分组编码,设计了两发多收的矿井无线通信系统,对于矿井复杂的传输环境,选择适合多天线技术且具有复杂度低的正交空时分组编码技术,接收端就可以采用最大似然译码,调制采用多进制相移键控。仿真结果表明,采用MIMO技术能有效的降低误码率,提高矿井无线通信系统的可靠性。     

郑州矿区煤矿安全监控系统联网传输中断分析及防范措施

郑煤集团公司矿井数量较多,分布范围广,各矿监控系统型号不统一,煤矿安全监控系统联网初期中断较为频繁。结合煤矿安全监控系统的联网架构进行分析,提出防范措施,极大地减少了系统传输中断次数,实现了联网系统的正常运行,保障了矿井安全生产。     

基于光纤信号传输的矿用传感器设计

为了适应矿山物联网的发展和煤矿智能化矿山的建设,解决现有基于RS485、CAN通信技术的传感器设备普遍存在的交互速率慢、传输距离受限、电磁干扰瞬时通信丢帧等难题,开发了一种基于光纤信号传输的矿用传感器。该装置采用了光电转换模组的低功耗设计、可实现供电和数据交互的光电混接连接器设计,传感器对外通信速率不低于100 Mb/s,传输距离不小于6 km,能够满足智能化矿山检测层传感器防潮、防湿、防粉尘、传输速率高、传输损耗小、传输距离远、误码率低、抗电磁干扰等要求,为智能化传感器大数据、多信息的快速传输提供了硬件基础,推动了安全监控系统检测层设备的技术升级。     

矿用无人卡车国内外研究现状及关键技术

分析了国内外露天矿山用卡车无人驾驶技术发展现状,详细介绍了露天矿山卡车无人驾驶关键技术;通过分析对比前装线控和后装线控两种技术路线的优缺点以及超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达、4D光场智能感知系统、红外传感器、视觉传感器等环境感知技术的优缺点;提出多传感器高度融合将是露天矿山卡车实现全天候环境感知的发展方向。通过分析对比惯性导航系统、GNSS差分定位技术、车联网定位技术、电子地图定位技术、视觉传感器等定位导航技术的差异,指出多定位技术融合是露天矿山无人驾驶卡车定位方式的必然选择。结合露天煤矿的生产实际,提出将现有的无人驾驶各种技术算法与露天矿山标准作业流程有机融合是实现卡车无人驾驶的必由之路。最后指出无人驾驶卡车应用5G技术是露天矿山安全生产的关键和核心,是无人驾驶的必备技术。     

地压监测系统的设计与应用

针对井下开采地压测试技术的应用,对矿山地压测试应用进行了分析评价,提出了以ARM嵌入式系统及常规地压监测系统在矿山建立微震监测系统,通过进行不问断数据信息采集、三维背景应力场分析、依靠网络技术传输,从而实现对深部地压活动进行实时监测预警,更加及时可靠地指导矿山安全生产。     

新一代信息技术助力智慧矿山建设

国民经济步入新常态,煤炭行业处于需求增速放缓、过剩产能和库存消化、环境制约强化、结构调整攻坚"四期并存"的发展阶段。在这一阶段,煤炭行业必须抓住新一代信息技术的发展机遇。从国外、国内2方面阐述了智慧矿山的发展现状;强调了智慧矿山建设的必要性;探讨了以"5G通信"、"工业互联网"、"区块链"为代表的新一代信息技术在智慧矿山建设中的应用及其对煤炭行业实现高质量、智慧化发展的重要意义;同时提出"新基建"在智慧矿山建设中产生的深远影响。     

基于物联网技术的矿井安全动态信息监测系统研究

为了感知和控制采矿过程中的复杂的风险点,物联网技术已应用于煤矿生产。煤矿安全管理高度越来越依赖于物联网技术的可靠性。物联网技术可降低劳动强度、事故和伤亡,同时提高地下煤矿的采矿效率。随着物联网的广泛引用,在中国矿井内逐步实现了先进的采矿方法。在本研究中,基于IoT技术的地下煤矿建立了一种动态安全信息平台。该平台旨在通过组合4个子系统来满足潜在用户的各种目标,包括数据采集、传输、分析和应用系统。该物联网平台可以监控和记录煤矿生产系统的工作条件数据以及地下设备的实时监测信息,以确保生产安全和有效性。     

煤矿物联网技术探讨

文章阐述了原有煤矿企业网络的现状,分析了工业以太网在井下运用的局限性,在原有的工业以太网基础上实现了煤矿企业的物联网。介绍了煤矿物联网中分布式传感技术、生产过程协同控制技术、异质空间实时传输技术、异质空间动态组网技术、信息的处理和识别技术的各自特点。通过物联网的功能特性分析得出结论,煤矿物联网加快了煤矿企业现代化脚步的同时增加了井下工作的安全系数,是今后煤矿企业实际生产的重要技术保障。     

煤矿铰接式双桥驱动物料运输车辆驾驶操纵设计

为提升煤矿铰接式双桥驱动物料运输车辆驾驶操纵系统安全性,阐述了5t运输车驾驶室布置设计、操纵系统设计(柴油机启动和熄火、变速操纵、转向操纵、制动操纵、自卸操纵、操纵力确定)、辅助驾驶系统设计和人-机-环系统设计等关键技术。整车已批量应用到内蒙、陕西和山西地区不同生产能力的长距离缓坡斜井煤矿|车辆以常用速度30km/h行驶时,对驾驶室内部环境进行测试,最高温度为25℃,最大噪声为78dB(A)|脉冲振动最大加速度为19.6m/s,低于31.44m/s,对人体无危害|随机振动最大加速度为0.312m/s,小于0.315m/s,驾驶员没有不舒适感觉|驾驶员持续驾驶2h无疲劳感,从未引发安全事故。整车驾驶操纵系统平均使用寿命为6a。     

无线传输技术在煤矿气体检测中的应用

应用基于蓝牙技术的无线收发芯片NRF401,研究了煤矿气体检测中的信号无线传输技术和实现方法。详细阐述了无线收发芯片nRF401特点及性能指标,并通过nRF401无线通信模块进行无线实时监控的监测系统。系统利用单片机对一氧化碳传感器、甲烷传感器进行控制和数据传输,并应用无线射频技术,将检测到的煤矿气体数据传输至基站处理单元,实现对煤矿环境的远程监控,从而对现场进行有效地控制。