基于5G技术的煤矿智能化开采关键技术探索.pdf

第48卷第7期 2020年 7月 煤炭科学技术 Co a l Sc ienc e a nd Tec h no l o g y Vo l . 48 No . 7 Ju l y 2020 范京道，闫振国，李 川基于5G技术的煤矿智能化开采关键技术探索[J].煤炭科学技术,2020,48刀92- 97. d o i10. 13199/j. c nk i. c st . 2020. 07. 008 FAN Jing d a o ,YAN Zh eng u o,LI Ch u a n.Ex pl o r a t io n o f int el l ig ent c o a l mining k ey t ec h no l o g y ba sed o n 5G t ec h no l o g y [J] .Co a l Sc ienc e a nd Tec h no l o g y, 2020,487 92-97. d o i 10. 13199/j. c nk i. c st . 2020. 07. 008 移动扫码阅读 基于5G技术的煤矿智能化开采关键技术探索 范京道1，2,3,闫振国2,3,李川3,4 1.陕西延长石油集团有限责任公司，陕西西安710075 ；2,西安科技大学安全科学与工程学院，陕西西安710054； 3.国家应急管理部煤矿智能化开采技术创新中心，陕西黄陵727307 ；4,陕西延长石油矿业有限责任公司，陕西西安710016 摘要5G的到来，极大地促进了云计算、大数据和人工智能等技术的深度融合，成为包括煤矿智能 化开采在内的各行各业升级转型的关键基础设施，必将推动煤矿智能化开采技术的创新与变革。首 先阐述了煤矿智能化开采的发展历程，总结了相关的政策支持和技术发展态势，系统分析了智能化开 采技术在应用推广过程中亟待解决8个方面的问题，即工作面自动找直技术、复杂环境下的高清晰 可视化技术、煤炭开采多场动态信息融合的4D透明地质构建技术、煤岩自动识别及智能截割技术、 高质量传感器研制与多传感器数据融合技术、采矿工艺智能化技术、煤炭智能化开采的微服务系统平 台架构、危险源智能感知与预警技术；并从宏观角度分析凝练了技术方面的制约因素,提出以5G技 术为核心汇聚而成的技术生态必将成为解决上述问题的一种有效手段。其次，深入研究了通信技术 和煤矿开采技术之间的关系，分析了 5G技术在智能化开采中的特点和优势，构建了智能化开采核心 技术与5G技术生态关联矩阵，指出5G大带宽、泛在万物互联、低时延高可靠、切片技术等特性和技 术在煤矿智能化开采发展中的关键支撑作用，阐述了 5G生态在煤矿智能化开采中的重要性，并展望 了随着5G技术生态的不断成熟，煤矿智能化开采将探索衍生出的一些高效关键技术和生产管理模 式。最后，从多个方面探索了 5G技术在智能化开采中的关键应用，包括系统计算分析管控模式、 4D-GIS透明地质和实时推演、工作面自动找直、视频驱动的智能化开采、井下环境感知等。最后针对 煤矿智能化开采提出了 一种基于5G技术的解决方案以供探讨。 关键词智能化开采;5G技术；万物互联;智能煤矿;人工智能 中图分类号TD67 文献标志码A 文章编号0253-2336 2020 07-0092-06 Exploration of intelligent coal miiiii key technology based on 5G technology FAN Jing d a o1,2,3, YAN Zh eng u o2,3 ,LI Ch u a n3,4 1. Shaanxi Yanchang Petroleum Group Co., Ltd., XV an 710075, China ；2. College of Safety Science and Engineering, XV an University o f Science and Technology, Xif an 710054, China ； 3. Innovation Center of Intelligent Mining Technology in Coal Mine f Ministry cf Emergency Management of the People * s Republic of China, Huangling 727307, China ； 4. Shaanxi Yanchang Petroleum Mining Limited Company, Xif an 710016, CAina AbstractTh e a r r iva l o f 5G t ec h no l o g y h a s g r ea t l y pr o mo t ed t h e in-d ept h int eg r a t io n o f c l o u d c o mpu t ing, big d a t a a nd a r t if ic ia l int el l i g enc e ,a nd h a s bec o me a k ey inf r a st r u c t u r e f o r t h e u pg r a d ing a nd t r a nsf o r ma t io n o f va r io u s ind u st r ies inc l u d ing int el l ig ent mining o f c o a l mines, a nd w il l c er t a inl y pr o mo t e t h e inno va t io n a nd . r ef o r m o f int el l ig ent mining t ec h no l o g y o f c o a l mines. Fir sd y, t h e d evel o pment pr o c ess o f int el l ig ent c o a l mining w a s ex po u nd ed a nd t h e r el eva nt po l ic y su ppo r t a nd t ec h no l o g ic a l d evel o pment t r end s w er e su mma r ized . Th en, t h e pa per syst ema t ic a l l y a na l yzed 8 pr o bl ems t h a t need t o be so l ved in t h e a ppl ic a t io n a nd pr o mo t io n o f int el l ig ent mining t ec h no l o g y, na mel y a u t o ma t ic f a c e st r a ig h t ening t ec h no l o g y, h ig h - d ef init io n visu a l iza t io n t ec h no l o g y in c o mpl ex envir o nment s, 4D t r a nspa r ent g eo l o g ic a l c o nst r u c t io n t ec h no l o g y f o r c o a l mining mu l t i-f iel d d yna mic inf o r ma t io n f u sio n 9 c o a l a nd r o c k a u t o ma t ic id ent if ic a t io n a nd int el l ig ent c u t t ing t ec h no l o g y, h ig h - qu a l it y senso r d evel o pment a nd mu l t i senso r d a t a f u sio n t ec h no l o g y , int el l ig ent t ec h no l o g y o f mining pr o c ess, mic r o -ser vic e syst em pl a t f o r m a r c h it ec t u r e o f int el l ig ent c o a l mining, int el l ig ent per c ept io n a nd ea r l y w a r ning t ec h no l o g y o f d a n- 收稿日期2020-03-19；责任编辑赵 瑞 基金项目国家重点研发计划资助项目2017YFC0804309；陕西省自然科学基础研究计划资助项目2019JLZ-08,2019JLM-10 作者简介范京道1965，男，陕西蒲城人，博士生导师，正高级工程师，博士，现任陕西延长石油集团有限责任公司副总经理。E-ma ilf a njd 126.c o m 92 范京道等基于5G技术的煤矿智能化开采关键技术探索2020年第7期 g er o u s so u r c e s, a nd el a bo r a t ed , in d et a il t h e va r io u s r est r ic t ing f a c t o r s f o r t ec h no l o g ic a l d evel o pment, t h en it pr o po sed t h a t a 5G t ec h no l o g y ba sed t ec h no l o g y ec o syst em w o u l d su r el y bec o me a n ef f ec t ive mea n t o so l ve t h e a bo ve pr o bl ems. Fu r t h er mo r e, ba sed o n t h e r el a t io nsh ip be t w een t h e d evel o pment o f c o mmu nic a t io n t ec h no l o g y a nd c o a l mining t ec h no l o g y, t h is pa per a na l yzed t h e c h a r a c t er ist ic s a nd a d va nt a g es o f c u r r ent 5G t ec h no l o g y in int el l ig ent mining , a nd po int ed o u t t h a t t h e f ea t u r es a nd t ec h niqu es o f 5G t ec h no l o g y, su c h a s l a r g e ba nd w id t h, u biqu it o u s int er c o nnec t io n, l o w l a t enc y a nd h ig h r el ia bil it y, sl ic ing t ec h no l o g y a nd so o n, st r o ng l y su ppo r t ed t h e d evel o pment o f int el l ig ent c o a l mining d evel o pment t h r o u g h t h e c o nst r u c t io n o f c o r e int el l ig ent mining t ec h no l o g y a nd 5G t ec h no l o g y ec o l o g ic a l c o r r el a t io n ma t r ix, w h ic h ind ic a t ed t h e impo r t a nc e o f 5G t ec h no l o g y ec o l o g y in int el l ig ent mining o f c o a l mines. Mea nw h il e, it a l so sh o w ed t h a t w it h t h e c o n t inu o u s ma t u r ing o f t h e 5G t ec h no l o g y ec o l o g y, t h er e w il l be so me new k ey t ec h no l o g ies a nd pr o d u c t io n ma na g ement mo d el s in int el l ig ent mining o f c o a l mines t h a t need t o be ex pl o r ed u r g ent l y. Fina l l y, t h e k ey a ppl ic a t io s o f 5G t ec h no l o g y in int el l ig ent mining w er e ex pl o r ed f r o m va r io u s a spec t s inc l u d ing syst em c a l c u l a t io n, a na l ysis, ma na g ement a nd c o nt r o l mo d e, 4D-GIS t r a nspa r ent g eo l o g y a nd r ea l -t ime d ed u c t io n, a u t o ma t ic f a c e st r a ig h t ening, vid eo -d r iven int el l ig ent mining, a nd u nd er g r o u nd mining envir o nment a l per c ept io n, et c . A so l u t io n ba sed o n 5G t ec h no l o g y w a s pr o po sed f o r t h e int el l ig ent mining o f c o a l mines f o r d isc u ssio n. Key wordsint el l ig ent mining; 5G t ec h no l o g y; Int er net o f ever yt h ing;int el l ig ent c o a l mine; a r t if ic ia l int el l ig enc e 0引 言 煤炭是我国主要能源和重要工业原材料。煤炭 在我国一次能源生产和消费结构中，占比一直保持 在70和60左右⑴。据预测，到2050年煤炭在 我国一次能源消费结构中比例还将保持在40左 右⑵。因此，煤炭开采技术一直受到许多企业和高 校的重视。每一个时代技术的进步和革新,都会在 煤炭开采技术中得到应用，截至目前,主要经历了人 力、炮采、普采和综采等发展阶段与此相对 应,近年来我国煤矿安全也取得了历史最好的成绩。 但由于我国煤矿开采作业环境恶劣和开采条件危 险，导致煤炭开采对机器替代人有天然的需求。随 着以综采成套装备的技术进步作为支撑的煤炭安全 高效绿色开采技术的发展，致使数字化、信息化、自 动化、智能化技术、先进制造和装备技术与煤炭开采 技术达到深度融合,使得煤矿实现智能化无人开采 成为可能句。 2014年以来，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，建成陕煤黄陵矿业公司一号煤 矿等智能化开采示范矿井⑺刃，然而由于受通信技 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 综采智能化的发展。5G技术的到来，极大地催化 了云计算、大数据和人工智能等技术的发展，推动 经济社会各领域从数字化、网络化向智能化加速 跃升⑴,同样也影响着煤矿智能化开采技术的 发展，为有效解决上述制约因素提供了技术支撑， 因此探索5G时代煤矿智能化无人开采技术具有 重要的现实意义。 1智能化开采技术现状 1.1发展历程 2014年陕煤集团黄陵矿业一号煤矿率先在1001 工作面实现了“有人安全巡视,无人跟机作业”智能 化无人开采，地面远程操控采煤常态化运行［⑵。 2015年5月19日，原国家安全生产监督管理总局在 黄陵矿业公司召开了 “全国煤矿自动化现场会”，向 全国煤炭管理部门及企业推广该项技术。随后，煤矿 智能化开采进入一个快速发展时期,众多煤矿企业、 科研院所与高校都将智能化开采技术作为科研攻关 和推广实施的重点。2016年5月28日，原国家安全 生产监督管理总局与陕煤黄陵矿业集团成立煤矿智 能化开采技术创新中心,开展煤矿智能化技术集成创 新和技术推广。2018年8月6日，山东能源新矿集团 与新松公司合作，联合成立了新松矿业机器人研究 院。2019年1月2日，国家煤矿安全监察局发布煤 矿机器人重点研发目录，规范了煤矿机器人的研究 重点和功能要求。随后应急管理部成立了“煤矿机器 人协同推进中心”。1月26日，兖矿集团牵头成了煤 矿智能开采试验中心。4月22日，山西省政府牵头成 立了中国智慧矿山联盟。5月15日，山东能源集团成 立山东省煤矿智能开采工程实验室。7月6日，中国 煤炭科工集团成立了智能矿山研究院。7月7日，中 国煤炭学会和中国煤炭科工集团发起成立了煤矿智 能化技术创新联盟。2019年11月23日，国家煤矿机 器人协同创新中心成立。至此智能化开采进入规划 化、体系化发展阶段。截至2019年年底，我国智能化 工作面已经达到200多个。 与此相对应,国家顶层设计也相继出台一系列 支持性文件，国家“十三五”规划已将“加快推进煤 炭无人开采”为国家能源发展重大工程。国家发改 93 2020年第7期 媒尖科学技术 第48卷 委能源技术革命创新行动计划（20162030）中 指出“提升煤炭开采效率和智能化水平，研发智能 化工作面等技术，到2030年重点矿区基本实现工作 面无人化”。在地方，贵州、山东、云南、河南、山西 等省份相继出台了各自的引导激励政策,积极推动 煤矿企业开展智能化建设。 1.2智能化开采技术存在问题分析 智能化无人综采技术主要是指以智能化控制系 统为核心,以可视化远程监控为手段,通过一定的作 业工序和规范,将赋有感知、挖掘、预测和推理决策 能力的液压支架、采煤机和刮板输送机等综采设备 有机集成，实现高质量采煤过程的开采技术[13-15]o 然而受制于通信技术、地质条件、采煤工艺、控制技 术与装备制造等各种因素的影响，智能化无人综采 技术在应用推广过程中存在许多亟待解决的问题, 详细表述如下 1） 工作面自动找直技术。制约原因①惯导长 时间运行致使陀螺仪与加速计的累积误差不断增 大;②当前采煤机的位置、姿态等多种监测数据精度 较低，尚不能满足智能开采技术的相关需求;③采煤 机、刮板输送机和液压支架等设备的反应时间、通信 延迟时间及复杂环境下设备联动协同性，难以满足 综采智能化开采的要求。 2） 复杂环境下的高清晰可视化技术。制约原 因①视频受摄像头位置、光照度、水雾、煤尘等方面 的限制，不能真正实现井下目标状态和行为的分析, 比如运动方向、方式、目标的复合或离散，进而不能 对异常行为进行捕捉和预警，开采过程仍过多依赖 于操作人员经验与主观判断,缺乏客观依据;②受带 宽和大数据计算影响,无法对多源图像进行融合关 联，无法对图像序列进行理解，无法生成图像视频语 义的文件，无法实现全空间沉浸式视频监控技术，从 而制约了视频驱动的智能化开采技术的实现。 3） 煤炭开采多场动态信息融合的4D透明地质 构建技术。制约原因①受制于相关装备与探测技 术的制约,当前煤炭地质条件探测数据的精度、可靠 性和时效性等仍不能满足工程应用要求,如何通过 数据融合,构建最接近现实地质的虚拟数字化3D 透明地质是目前主要的问题之一;②随着生产活动 的进行,煤炭开采多场信息都在实时发生一些变化, 如何构建能够实时动态推演的4D透明地质构建技 术，是目前一个主要的挑战。 4） 煤岩自动识别及智能截割技术。制约原因 ①尽管已经有红外线、同位素和雷达探测等20多种 煤岩传感机理和系统，但由于井下煤岩条件复杂，干 94 扰因素众多,当前很多煤岩识别研究均未成功地应 用于实际工程中;②信息反馈具有一定的滞后性，记 忆割煤人工干预比较频繁，难以实现真正自动化智 能化开采，只适用于煤层走向平缓、无断层的工作 面，很难适应复杂地质条件。 5） 高质量传感器研制与多传感器数据融合技 术。制约原因综采工作面属于复杂环境，因此智能 化开采需要采集矿压、瓦斯、通风、设备等各类信息， 需要布置大量的传感器，然而受传感器精度、布置方 式及通信手段的局限性，当前传感器种类、精度、智 能性都有较大的局限性，难以满足智能化无人开采 安全保障对数据的要求,从而限制了 “由数据驱动 技术，多视角全息安全感知”的构想。 6） 采矿工艺智能化技术。制约原因①由于当 前通信带宽和实时性的限制,导致信息处理能力不 强，设备状态信息上传较少，同时控制信息又具有较 大的滞后性，导致无法实时获取设备的位置、姿态等 信息，从而限制了采矿工艺设备之间的智能协调联 动;②由于缺乏生产环境感知和大数据融合分析,限 制了综采装备在作业流程中的协同控制、自适应及 流程再造等方面的智能化控制与决策。 7） 煤炭智能化开采的微服务系统平台架构。制 约原因煤炭开采作为一个传统行业,在信息化建设 过程中，煤矿桌面应用、Web应用、分布式网络应用等 多种系统并存，呈现出应用复杂、系统兼容性和可靠 性差等特性,必须针对不同应用和需求,突破传统系 统架构建设体系思想,研究建立相应的业务模型,实 现业务组件化、服务化和去中心化，极力构建安全、 可靠、业务高内聚松耦合的微服务系统平台架构。 8） 危险源智能感知与预警技术。制约原因井下 开采存在顶板、瓦斯、水、火、粉尘等多种灾害，目前均 已实现了实时监测，但受制于灾害发生机理不明确，监 测数据类型单一、精度低和可靠性差，致使井下危险源 感知、刚、殆和控制等方面存在较多的林壁垒。 综上所述,制约上述技术发展的核心问题主要 表现在数据传输的带宽、设备控制的即时性和多元 数据融合智能分析等方面,5G技术的到来,为解决 这些问题提供了一个有效的技术手段，亟待深度探 索5G技术在煤矿智能化无人开采中的应用。 2基于5G技术的煤矿智能化开采技术优势 2.1通信技术发展与煤矿开釆的关系 随着科技进步和社会发展,煤炭行业一直致力 于开采技术的探索与实践，生产方式由人工向机械 化、自动化和智能化不断进步，而每一次开采技术的 范京道等基于5G技术的煤矿智能化开采关键技术探索2020年第7期 升级都受到同时代通信技术的影响,且通信技术对 开采技术的介入由小到大，逐渐从简单语音通话发 展到万物互联、智能化无人开采多源数据传输、融合 与控制阶段,具体关联见表1,相关技术也由最初的 引进、集成提升到自主创新。 表1通信技术发展阶段与煤炭开采关系对应情况 Table 1 Correspondence situation between communication technology development stage and coal mining 19801990 年19902000 年20102020 年2020年以后 语音通话短信、上网智能手机智能社会 1G2G3G4G5G 模拟通信模拟通信数字通信数字通信 炮采、普采 普采、综采综采智能化 半自动化自动化无人开采 小中大融合 从1G到4G,移动通信技术的核心业务是人与 人之间的通信，但是到了 5G,其应对的场景主要为 eMBB、mMTC和URLLC,这几种场景特性不仅覆盖 了高带宽、低延时等传统应用需求,而且还能满足工 业环境下的设备互联和远程交互应用需求［吩切。 5G技术的发展激发着物联网技术的发展，物联 网技术的发展则促进着大数据的发展，大数据的发 展则带动着云计算和人工智能发展,而云计算和人 工智能的发展又需要5G技术提供传输通道，总之 未来必然是以云计算和人工智能为工具，深度挖掘 大数据知识,以5G技术为高速通道,实现万物智能 互联互通,5G技术与云计算、大数据、人工智能等技 术深度融合,汇聚成5G技术生态，将成为各行各业 升级转型的关键基础设施。 2.2基于5G技术的智能化开采发展趋势 采煤技术是煤矿生产的核心技术，核心技术的 突破必将带动煤矿生产建设关键技术及相关技术的 进步［18-19］o利用5G技术生态，可以促进智能化无 人开采技术快速发展，其重点突破的方向主要包括 基于视频识别和多元数据融合的自主感知、精准定 位与智能导航。需要重点攻关的主要核心技术与 5G技术需求见表2O 通过表2可以看出,5G技术的到来，对煤矿智 能化开采发展有着很强的支撑作用 1） 大带宽和泛在万物互联。井下综采工作面 和掘进工作面都属于局部受限空间和复杂环境，只 有在5G环境下部署和泛在互联海量传感器，才能 使获取数据的类型更多样，数据量更大;才能部署高 清摄像头,获取超高清视频，进而为分析人的不安全 行为、工作面作业环境、4D透明地质和设备工作状 态等提供数据基础,为智能决策和控制奠定基础。 2） 低时延高可靠是5G最主要的关键能力之 一，煤矿采煤机的运行过程中，采煤机的姿态、速度、 煤岩识别等一系列判定和动作都需要在一定的逻辑 控制序列中瞬间完成,空口时延和端对端时延要达 到毫秒级，同时要具备高可靠性，而5G的低时延高 可靠特性可以使设备远程控制更实时、更精确、更可 靠，实现设备的智能联动。 3） 不同行业应用对网络的移动性、时延性和可 靠性等要求有时是不同的,5G网络可以依据切片技 术将物理网络分割为多个逻辑独立的虚拟网络，用 以适应煤炭智能化开采中各种特定的应用场景，并 且可以利用移动边缘计算技术,将煤矿井下各类传 感器数据融合预警分析服务和控制服务“下沉”到 数据源边缘地带，在边缘节点处实现对数据的分析 和对设备的控制，使分析更加高效和智能，实现网络 的低延时、高可靠,实现业务功能的去中心化。 表2煤矿生产核心技术与5G技术生态需求关联性 Table 2 Correlation matrix of core technology for coal production and 5G technology requirement 项目大带宽 泛在万物互联 低时延 高可靠 灵活弹性 网络架构 5G技术 生态圈 地质条件超前精细探测 多源勘探数据融合的4D透明地质重构 开采条件实时预测与处置 设备精准定位与姿态精准感知 复杂环境条件下的视频识别与控制 大数据处理与知识挖掘 工作面生产工况和指挥的全息感知 面向煤矿智能化开采的微服务体系架构 - W W W - v v V V - V V - - - V V V - V - - V v v v v V V V V V V V V V V 注“V”代表有关联性。 3基于5G技术的智能化开采关键技术应 用探索 截至目前,5G技术已经在煤矿得到初步应用, 2019年11月18日，阳煤集团新元煤矿成功部署井 下5G基站并进行组网应用,实现了矿井主巷道、运 输巷道的5G覆盖。实践证明了 5G技术在煤矿应 用的可行性。但目前各参数距离5G标准还有一段 95 2020年第7期 媒尖科学技术 第48卷 距离,仅属于5G技术应用的初级阶段，仍需要更深 入的探索。 通过5G技术生态，可以实现对工作面地质高 维数据、工作面环境监测多元数据、高清视频监控等 海量复杂数据的深入融合和挖掘，可以推动智能化 开采设备的感知、学习、推理和自适应，由此衍生出 一些新的关键技术和生产管理模式亟待探索。 3.1构建基于边缘计算云计算相结合的管控模式 计算分析一般分为集中式和分布式2种，当前 的云计算属于集中式计算，而边缘计算属于分布式 计算。二者都属于常用的大数据计算分析方式，区 别于云计算，在边缘计算的应用场景中，数据无需传 输到云端进行集中处理,而是在边缘侧就能解决，在 智能化开采中，如不安全行为、煤岩识别等AI模型 训练等对计算资源需求较大和实时性要求不高的计 算分析任务，可以通过云计算进行解决,而对于如传 感器预警、设备管控一类对延迟处理敏感、计算资源 要求低的计算分析任务，可直接在终端设备和网络 边缘就近分析处理。相对于传统的云平台集中处 理，边缘计算云计算的管控平台，更符合智能化开 采中工业自动化特性,使管控更实时稳定可靠,效率 更高呦O 3.2 4D-GIS透明地质构建和实时更新及推演技术 透明地质的构建,需要海量探测数据与高性能 智能计算分析，基于5G万物互联、大带宽特性以及 相关人工智能算法，可以将井下各类装备信息和海 量探测数据进行实时采集和传输,并按照智能化煤 矿空间数据标准规范，构建井下地质信息与采掘信 息的三维模型与实时关联技术，实现将矿井的地理 信息与采掘工程信息统一，进而实现4D-GIS透明 地质的构建。同时能够依据井下采掘活动和实时环 境等信息，确保采掘活动能够按照既定路线和方向 进行，还可依据各类灾害信息,实现矿井应急演练等 活动的虚拟推演。 3.3工作面自动找直技术 实现工作面自动找直,需要获取和控制采煤机、 液压支架、刮板输入机等信息,达到“三直两平”的 标准，在5G技术条件下,应该研究一种多传感器融 合的精确定位方法,结合惯性导航、地磁导航、多传 感器修正和自组网定位等技术，构建面向5G的井 下异构融合一体化定位服务系统。同时可以结合 4D-GIS透明地质实现综采成套设备的实时协同联 动，达到采煤机位置误差小于5 c m,300 m工作面范 围内，最大直线控制误差小于20 c m,采煤机滚筒摇 臂最小调节分辨率为25mmo 96 3.4复杂环境下的高清视频实现与深度利用技术 综采工作面是一个高度复杂的受限空间，在采 煤期间，采煤机滚筒割煤、刮板输送机装煤、片帮冒 顶等都会产生较大的粉尘，为防止粉尘，通常又会采 用注水和喷雾等措施，因此导致综采工作面是一个 尘、雾、强光组成的复杂环境,可见光图像质量较差, 为此应采用穿透能力较强的毫米波雷达和红外可 见光多种模式条件下图像融合的方式获取井下的高 清视频，同时对视频采用深度学习等手段，实现对视 频的语义理解，进而实现视频驱动的智能化开采。 3.5煤矿井下环境感知及安全管控系统关键技术 基于5G万物互联技术，搭建井下安全生产环 境感知平台，解决当前环境感知精度低、各系统之间 联系性差、难以实现安全监测互联互通的问题。同 时研发智能通风、排水、降（防）尘、防火和微震监测 系统安全管控关键技术，明确工作面重点区域安全 防控等级，实现瓦斯、矿压、顶板、水、火和粉尘灾害 及供电安全多维度、全方位、精准感知和安全管控, 实现智能化开发的本质安全。 4结 论 1） 详细阐述了智能化开采的发展历程，系统分 析并总结了当前智能化开采建设过程中工作面自动 找直、复杂环境下的高清晰可视化、煤炭开采多场动 态信息融合的4D透明地质构建等8个方面技术存 在的问题，总结了制约上述技术发展的核心问题在 于数据传输的带宽、设备控制的即时性和多元数据 融合智能分析等方面，明确了 5G技术生态是解决 上述问题的有效技术手段。 2） 分析了移动通信技术发展与煤矿开采的相 互关系，并从5G技术eMBB、mMTC和URLLC三大 特性，针对性地研究了 5G技术在智能化开采中的 适应性和优势。通过构建当前智能化煤矿开采核心 技术与5G技术生态圈的关联矩阵,分析了 5G技术 在智能化开采中的重要性，明确了 5G技术生态必 将赋能于智能开采，是煤矿高质量发展的必然选择。 3） 5G技术为核心的技术生态不断成熟,将促进 大数据、云计算、人工智能等多种技术在煤矿领域的 深入应用，从而衍生出包括生产管控模式、数据融 合、环境感知等一系列新的关键技术和生产管理模 式，笔者初步探讨了 5G技术生态在智能化开采的5 个关键应用，力求为煤矿智能化开采提供一种可行 的解决方案,助推智能煤矿的建设。 参考文献（Ref er enc es） [1]刘新杰，宋高峰,蒋斌斌.煤炭行业发展历程及展望[J] 矿业安 范京道等基于5G技术的煤矿智能化开采关键技术探索2020年第7期 全与环保,2019,463 100-103,112. 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