申海利 王慧芳 張慧軍

摘? 要：礦山智能化是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必然趨勢，而5G技術(shù)為助力礦山行業(yè)轉(zhuǎn)型升級奠定了堅實基礎(chǔ)。本文從目前我國綜采工作面排水系統(tǒng)存在的問題著手，基于5G技術(shù)大帶寬、低時延、廣連接等特性，探討了基于5G技術(shù)的綜采工作面智能排水系統(tǒng)的基本原理和構(gòu)建，并對其基本運行進(jìn)行了簡明概述。

關(guān)鍵詞：智能化;5G技術(shù);排水系統(tǒng)

引 言

排水系統(tǒng)作為綜采工作面五大系統(tǒng)之一，其主要任務(wù)是使回采過程中產(chǎn)生的裂隙水、巖溶水等及時得到抽排，避免工作面大量積水影響通風(fēng)斷面和安全生產(chǎn)，以及水害事故的發(fā)生。目前，我國綜采工作面排水系統(tǒng)存在自動化程度低、耗電量大、人工成本高等問題，不僅嚴(yán)重影響排水效率，還提升了系統(tǒng)整體故障排查難度。煤礦智能化轉(zhuǎn)型是大勢所趨，對提升煤礦安全生產(chǎn)水平、保障煤炭穩(wěn)定供應(yīng)具有重要意義[1]。近年來，高河能源堅持走數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展道路，積極引進(jìn)智能化礦井建設(shè)新技術(shù)、新工藝，智能化礦井建設(shè)更上新的臺階?；诖耍M(jìn)行綜采工作面智能化排水系統(tǒng)建設(shè)探討，具有重要意義。

1 5G技術(shù)

煤礦智能化是以安全、高效、綠色為目標(biāo)，運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)等技術(shù)手段，構(gòu)建具備“人、機、環(huán)”信息全面感知、自主融合、動態(tài)辨識、有效預(yù)警、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)，實現(xiàn)按需生產(chǎn)和“人、財、物”高效流轉(zhuǎn)。但目前我國煤礦智能化建設(shè)面臨諸多問題，最為突出的是，我國94%的煤礦為井工煤礦，現(xiàn)有井下千兆工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸、可靠性、兼容性都難以滿足智能化建設(shè)需求。而5G技術(shù)可以有效解決礦井現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)存在的問題，快速低延時數(shù)據(jù)傳輸，多種傳感數(shù)據(jù)兼容共享，能夠與智能化礦井開采技術(shù)、大數(shù)據(jù)信息平臺等進(jìn)行有效融合，實現(xiàn)智能數(shù)據(jù)從獲取、傳輸、監(jiān)測監(jiān)控、分析決策、動態(tài)預(yù)測預(yù)警、協(xié)同控制等多方面的智能控制。

2基于5G技術(shù)的智能排水系統(tǒng)基本原理

5G技術(shù)具有低時延特性，結(jié)合現(xiàn)有智能化大數(shù)據(jù)平臺，可將時間敏感型數(shù)據(jù)分析應(yīng)用遷移至邊緣側(cè)，提高數(shù)據(jù)訪問速度，結(jié)合多樣化傳感器，實現(xiàn)對采掘設(shè)備的工況、關(guān)鍵部件進(jìn)行監(jiān)測與保護(hù)，實現(xiàn)對煤礦井下綜采、掘進(jìn)、排水、通風(fēng)、運輸、變電等方面的集中遠(yuǎn)程控制管理，對提高礦井的供電安全、集中管理、集中調(diào)度、高產(chǎn)高效具有至關(guān)重要的作用。 基于5G技術(shù)的智能排水系統(tǒng)是基于5G高效數(shù)據(jù)傳輸特性，構(gòu)建抽排水定點監(jiān)測、數(shù)據(jù)智能傳輸和分析、信號控制和指令發(fā)送、指令執(zhí)行等智能化排水系統(tǒng)。即通過在在井下綜采工作面每個抽水點處安裝高清攝像頭，對每個抽水點進(jìn)行實時水量監(jiān)測，基于5G和工業(yè)環(huán)網(wǎng)組成的高速網(wǎng)絡(luò)將抽水點高清數(shù)據(jù)傳輸至控制中心進(jìn)行分析，待某個抽水點需要抽水時，控制中心通過控制軟件選擇對應(yīng)抽水點的控制按鈕，向智能開關(guān)發(fā)出啟動信號，信號數(shù)據(jù)通過井上、下的5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給目標(biāo)無線信號控制器，向智能開關(guān)發(fā)出啟動信號，啟動信號通過然后通過控制器控制抽水泵開關(guān)啟動，開始抽水。同理，待抽水完成后，同樣發(fā)出停止抽水信號，停止抽水。

3 智能化排水系統(tǒng)基本組成

智能化排水系統(tǒng)實現(xiàn)綜采工作面排水系統(tǒng)各個抽水點抽排水的自動控制，并對整個排水系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)測，保證排水系統(tǒng)整體運行正常。基于此，智能化排水系統(tǒng)可以分為井上和井下兩部分，井上部分主要為排水系統(tǒng)控制中心，包括抽水點在地面的工業(yè)電視顯示終端，及相應(yīng)的配套控制軟件。井下部分主要包括井下5G信號覆蓋、攝像頭、5G環(huán)境下的無線信號控制器、控制抽水泵啟停的智能開關(guān)。

3.1 井下部分

（1）5G信號覆蓋。為了實現(xiàn)抽排水信息數(shù)據(jù)的低延時高效傳輸，契合煤礦智能化建設(shè)和發(fā)展需求，必須構(gòu)建井下與井上穩(wěn)定、高效的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，5G技術(shù)因其獨有優(yōu)勢，為構(gòu)建信息傳輸高效通道提供了基礎(chǔ)。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜嫘院头€(wěn)定性，井下必須實現(xiàn)5G信號穩(wěn)定全覆蓋。

（2）攝像頭。主要是用于對綜采工作面各個抽水點以及整個排水系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)測，對抽水點匯水情況等進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，作為整個排水系統(tǒng)控制信息的獲取終端。

（3）5G環(huán)境下的無線信號控制器。用來集中化控制5G環(huán)境下無線網(wǎng)絡(luò)接入點，是一個無線網(wǎng)絡(luò)的核心，負(fù)責(zé)管理井下5G環(huán)境無線網(wǎng)絡(luò)所有接入點，對接入點管理包括：下發(fā)配置、修改相關(guān)配置參數(shù)、射頻智能管理、接入安全控制等。

（4）控制抽水泵啟停的智能開關(guān)。

3.2 排水系統(tǒng)基本運行

綜采工作面排水系統(tǒng)及各抽水點高清攝像頭及抽水泵啟停智能開關(guān)組成了綜采工作面智能化排水系統(tǒng)模塊，排水系統(tǒng)模塊的數(shù)據(jù)信息和地理位置信息等（抽水點水位、泵站壓力、流量、水泵工作狀態(tài)、排水管路狀態(tài)、故障信息、電壓等）傳輸至5G智能網(wǎng)關(guān)，并通過井上下構(gòu)建的5G信號網(wǎng)絡(luò)傳輸至井上排水系統(tǒng)控制中心，由此控制平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，通過電腦端或手機端即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)查看、修改、報警、統(tǒng)計、分析等，同時平臺也可下發(fā)采集及控制指令，通過5G網(wǎng)絡(luò)到達(dá)智能網(wǎng)關(guān)，下發(fā)至排水系統(tǒng)模塊，控制抽水泵啟停的智能開關(guān)接收指令后進(jìn)行抽排水啟動和停止，以及排水系統(tǒng)故障消除。并將所有信息再返回至平臺，再進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及處理，提供智能化管理。每臺設(shè)備還有維保周期及相關(guān)的維保記錄，方便提合理地安排維保人員和維保設(shè)備;現(xiàn)場的視頻監(jiān)控也可以通過5G網(wǎng)絡(luò)同步傳輸?shù)胶笈_。

結(jié) 論

目前，5G+智能礦山建設(shè)面臨前所未有的發(fā)展機遇，也面臨著諸多阻力和困難?；?G技術(shù)的綜采工作面智能化排水系統(tǒng)，是構(gòu)建智能化工作面的重要組成部分，可以實現(xiàn)對排水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，并提供了更加便捷的設(shè)備管理，也是有效提升現(xiàn)有工作面排水工效、減少人工成本、降低工作面水害威脅的重要手段。

參考文獻(xiàn)

[1]王國法，劉峰，孟祥軍，等. 煤礦智能化（初級階段）研究與實踐[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2019，47（8）：1-35

[2]王國法，劉峰，龐義輝，等. 煤礦智能化——煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐[J]. 煤炭學(xué)報，2019，44（2）：349-357

作者簡介：

申海利（1978-），男，山西省長治市人，助理工程師，主要從事礦井機電方面工作。