文摘

智能挖掘提供了一个不可或缺的、强有力的技术支持智能矿山的建设。智能隧道技术是煤炭安全、高效生产的必然要求和根本途径解决矿业的不平衡来提高数据传输的缺陷的智能煤隧道技术。基于智能传感器和5 g技术,提出了一种智能隧道交通集成技术的支持。根据围岩的地质条件在不同的煤层,锚路头,采用连续5 g智能隧道模式。同时,数据通信网络覆盖阐述了适合地下无人驾驶,和需要满足的性能指标用于访问WLAN网络给出了基于实际工程经验。5克的突破地下无人驾驶的应用程序的新通信网络将进行了分析。和建设模式的5 g的地下煤矿传感器网络平台。

1。介绍

近年来,煤炭开采技术取得了全面进步和满足国家能源需求做出了巨大的贡献1- - - - - -4]。特别是,随着科学技术的进步,智能煤矿技术逐渐取代了落后产能的方法(5- - - - - -10]。然而,煤矿是地下深处,高效的沟通问题一直是研究的热点领域的智能煤矿。因此,传统的煤炭行业预计将升级到智能煤炭行业。有必要取得进展5 g技术的传感器网络。这也是条件保证高效、高质量发展的龙头企业。

自1980年代以来,1 g通信技术被用于煤矿通信。通信技术的快速发展,煤矿智能化的过程,第五代移动通信技术可以集成第四次工业革命技术,如互联网、人工智能、大数据、云计算成为煤矿智能化的有效推力(11- - - - - -17]。5 g技术用于提高移动宽带,超高可靠性和超低延迟通信)和大连物联网应用于智能传感器网络(18- - - - - -24)解决瓶颈问题,如矿业面临的智能感知和智能无人驾驶运输开采煤矿的机器和环境之间的复杂关系在煤矿生产25- - - - - -28]。

因此,为了进一步推动5 g的适用性技术在智能开采煤矿。针对智能交通隧道中存在的问题,提出了一个三维的、全面智能交通隧道的隧道模式支持,并采用5 g技术实现连续隧道。一系列的基本支持技术设计在本文中也得到了改进,生产和顶层设计和管理已得到改进。因此,生态智能煤矿基于5 g技术是未来煤矿建设具有重要意义。

2。煤矿智能隧道的主要问题和解决方案

2.1。在煤矿复杂困难

煤岩,是一种软岩,常常引起地质灾害的大变形隧道的过程。关节,骨折、毛孔和床上用品的飞机大小不同的煤,这显示非均质性和各向异性。同时,等大型煤层地质复合物包含错误,折叠,陷落柱的不同状态,导致非线性的特点,巨大的影响,强耦合的切割和钻孔负载。它带来了巨大的技术挑战切割和钻孔的自适应控制。在中国,软岩煤矿巷道巷道占很大比重。煤岩是一种特殊的岩体。其强度较低时使用作为巷道的围岩。外部风化和地下水的作用下,迅速的性能恶化。这也增加了不稳定巷道施工。

水损害、气体、尘埃、岩爆等,这可能发生在煤层掘进面前线工人构成了严重威胁。存在的采空区顶板巷道和采空区墙带来巨大的安全风险管理。在岩爆巷道围岩的控制一直是一个世界性的问题。很长一段时间,出水,瓦斯突出,屋顶和岩石破裂事故和煤矿事故中死亡的人数超过30%。工作的尘埃面粉不仅会严重损害经营者的职业健康也带来了技术挑战的应用机器视觉技术在隧道现场。

煤炭切割、煤炭装运运输、临时支护,锚杆支护,提前检测、通风、除尘构成煤矿巷道施工的整个过程。因此,在整个过程中,由于空间有限的开挖面,采用多个系列操作的经验。尤其是地脚螺栓的安装过程是复杂的。具体步骤包括铺设网络,安装钢带、钻孔、安装锚代理安装地脚螺栓锚混合剂,预紧。支持时间隧道的完成时间约占60%,和工人的数量占70%。因此,上述过程是关键和难点的高效和智能煤矿建设。

2.2。困难要解决煤矿智能隧道

聪明的目标指导下快速的隧道,隧道设备需要高度可靠。它是高度适应复杂的地质环境,操作程序高度协作。的主要目的是去除机器的直接控制,实现机器的高速、高性能自学通过5 g技术。因此,整个隧道系统需要解决以下问题:(1)目前,基于螺栓螺栓钻井设备的自动化程度钻机车和单个螺栓钻床低。隧道设备基于悬臂路头和开挖锚定机很难执行道路施工,隧道和支持不能并行操作。设备的可靠性、生产隧道设备的整体可靠性较低。很难适应复杂多变的工作环境和恶劣的环境。故障率高,创业率低、关键部件的使用寿命(2)围岩的稳定性在开挖的过程中,支持智能挖掘的前提和基础,和围岩的恶化,如屋顶,墙片,和底鼓的中断可能会导致开挖施工。在传统的隧道,围岩的状态是由手动敲墙和屋顶问顶部和协助分离工具。取代了人工识别在智能隧道,隧道设备的智能感知,实现实时感知信息的动态分析的设备和在施工过程中围岩的状态,判断隧道建设过程的可持续性,隧穿过程中的不确定因素,锚杆支护参数的优化(3)高度的协调隧道设备组和隧穿过程是未来工作的目标。目前,每个设备的工作行标题脸上是独立的,缺乏信息感知的功能,沟通和内部通信,实时合作能力较差,可怜的人机交互,没有隧道管道形成的基本技术和理论

2.3。5 g网络技术

第五代移动通信技术(5克)是一种新型的集成新的无线接入技术和现有的无线技术,高速数据率、超低延迟,和超级大规模访问。这是一个应用程序场景支持移动互联网通过人与人之间的沟通,人们和机器,机器和机器。随着时间的流逝,5 g网络适应不同应用程序的灵活性和多样化的业务需求。它提供了多元化的服务需求和特性,比如超宽频,超低延迟,大规模的连通性,超高可靠性。提供最好的用户体验高效、灵活的指导目标5 g网络系统设计。关键技术指标的比较如图5 g和4 g1。

2.4。智能的必要性5 g技术在煤矿中的应用

煤炭行业的发展必须采取明智的道路。这也是一个必然要求高质量发展的核心产业。煤矿智能离不开高效互连的数据和信息,和数据的特点和传输要求在不同煤矿应用场景是非常不同的。传统的4 g +无线数据传输技术很难满足这种差异化的需求,从而导致各种应用场景的相互影响和限制在煤矿和不能支持在煤矿智能发展的需求。5 g的特点大带宽、低延迟,以及广泛的连接,以及microbase站,切片技术,和端到端连接,提供核心技术支持突破的瓶颈在煤矿智能挖掘数据传输和处理。5克发现了三个应用场景设计的开始。eMBB场景的技术支持能力可以有效地满足业务需求等大型带宽在煤矿超高清晰度视频传输。urLLc场景的技术支持能力可以有效地满足无人采矿车辆之间的通信需求,无人驾驶挖掘机和其他无人矿井智能设备。mMTC场景的技术支持能力可以更好地支持传感数据收集各种煤矿安全监测的需要。因此,应用程序5 g通信技术在智能煤矿(图2(一个)为未来的煤矿)是唯一的办法。它还将有效地促进智能煤矿的过程和为“网络通信”铺平道路完全开放智能煤矿。

快速的数据生成。大多数5 g应用场景是基于对大量数据的实时支持。与此同时,物联网数据的瞬时输出支持5 g将几十甚至上百次,之前的数据。数据生成的速度也会更快。的数据量迅速增加,单位时间内的数据量成指数增加。随着时间的推移,积累的数据量往往Pb甚至ZB。这也为大数据应用分析奠定了基础。智能挖掘首先需要支持大量的遥感数据,它具有以下特征(图2 (b))。

在过去,为了解决问题的及时传输和隔离控制数据,在煤矿视频监控数据和安全数据,独立自主的控制通信环网建设方案,视频环网,安全环网络主要是采用。尽管数据共享通道和安全数据隔离的问题在一定程度上得到了解决,大型投资的问题和困难的底层连接和上层集成也突出。5 g技术采用片管理技术来定制网络需求。私人网络相互隔绝和底层的端到端相互连接。它提供专用通道和安全传输的解决方案需要不同的场景(图2 (c))。

聪明的可行性5 g技术在煤矿中的应用需要分析5 g的可行性系统部署在特殊地下无线传输环境。当5 g无线传输技术是应用地下,主要有现象,比如快速衰减的高频无线信号,增强定向传输能力,并削弱了衍射能力。这将导致传输距离短,范围也很有限。5 g技术所面临的这些问题已经解决的主要问题5 g技术发展的早期阶段。因此,超密网络技术,大规模的MIMO(大型天线阵),和microbase站技术已经开发出来。这一系列关键技术的突破已经形成了5 g核心技术体系,支持5 g技术的商业化。从网络部署的角度来看,目前安排的4 g网络地下是一个4 g +无线网络架构,和4 g覆盖距离(基于窄长空间特征的地下没有覆盖半径的概念)约为1500米。虽然5 g两种类型:macrobase站和microbase站。macrobase站有大型设备能力和传动功率高,不适合大规模地下应用程序。虽然微基站的设备容量小,传动功率很低,和有效的覆盖距离约500米。 Therefore, technically, the use of more than three 5G microbase stations can completely cover the control range of the original 4G network. Bring significant bandwidth and speed improvement and delay reduction. In addition, the power consumption and volume of a single 5G micro base station are smaller than those of the existing 4G base station, which is more conducive to the safety of long-term underground use. The layout of 5G micro base station is shown in Figure3。

对于其他煤矿面临的不利环境因素,合理的应用程序和计划5 g技术可以解决实际应用的问题。成功或失败的关键是设计不同的5 g部署方案不同的应用场景和应用程序环境。例如,对于狭长地下空间与多个分支,有线光纤骨干+密集模式5 g微基站应采用和车站的电力消耗的控制和优化的关键。针对视频监控信号同步传输的问题,关键是要合理片网络安全隔离。因此,智能煤矿的发展必须建立一个数据传输和分销平台5 g的网络基础设施,构建一个5 g +煤矿应用程序场景,并提供一个基本的平台和应用程序保障的实现智能煤矿。

3所示。5 g通信智能煤矿系统基于智能传感器网络

3.1。煤矿5 g应用场景分析

智能煤矿必须多维的未来发展,应反映在智能挖掘的过程中,智能交通,煤炭生产和聪明的日常检验。因此,5 g通信技术将在煤矿有很大的应用前景,可以概括为以下几方面:(1)合作遥控智能工作面决定了生产效率和生产安全。因此,有非常严格的要求的传输延迟和可靠性上行生产监控数据和下行工作面5 g无线网络的控制数据。上行生产监控数据目前主要是传感器数据,所以有严格要求延迟。工业图像处理需要一定的带宽和延迟(2)在未来,井下设备的维护可以通过远程指导专家完成。维修工人将超高清晰度视频传输等信息在网站上收集到的机器状态远程终端通过5 g网络。使用虚拟现实等技术,远程专家将指导现场设备的维护(3)在现场地下巡回检查和安全系统,大量的传感器将通过5 g连接到网络。除了监控数据,如天然气和风速较低的带宽需求,也有视频监控数据与高带宽需求以及数据更新频率高的人员定位等。它还需要多片融合处理完成现场的支持

3.2。隧道时快速隧道系统基于支持

根据以上分析的主要困难和智能隧道的保障措施。本文提出了一个智能隧道系统的基本架构从四个维度:边缘传感、平台决定,设备执行,和远程操作,如图4通过遥感地质条件,环境,挖掘和设备工况的挖掘工作,我们改变对劳动力的依赖传统的挖掘过程的工作表面“环境感知。“基于网络传感技术的岩石状态,我们构建一个面向高精度3 d动态地质模型的挖掘工作,然后介绍模型修正案根据实际地质信息在挖掘过程中发现有效融合的设备状态监测参数,提前探测参数,和车道的质量形成的三维地质模型提供数据支持截止和支持控制。

通过数据融合和引入控制平台挖掘决策支持的设备的行为标准,决定替换原来的链接形成的想法都是依靠人工“判断”基于大数据分析和人工智能等技术。岩石的时间控制技术的基础上,本研究的目的是构建一个设备行为控制模型研究截止的作用机理和特点和支持基于标准的岩石扰动,锚的承载特点支持和承载煤岩的特征。

智能支持等关键技术,取得了突破性进展和自动切割,和一个智能挖掘系统平台构建实现编程等操作切割和支持依靠智能挖掘套件。智能挖掘套件基于矿业支持集成技术解决了设备和过程之间的协作,实现多种设备的合作行动。提取锚固装置实现自动切割,安克雷奇的支持,临时支持和装卸功能。锚复苏设备自动跟随锚萃取机实现煤流缓冲的功能,块煤破碎、卸货,滞后锚的支持,等等。灵活的连续输送机系统,实现绕组的传输函数和长途转载。智能挖掘设备需要完整的生命周期维护,和他们的操作和维护对象应该从用户转移到设备供应商。设备维护预警是通过大数据分析和历史数据挖掘。当设备发生故障,系统操作数据上传到云端,远程设备供应商法官通过专家系统设备运行状态,基于虚拟现实技术和经典维护教程发给指导系统的运营维护。

组成以上四个环节的基本架构解决了实际问题的清楚和快速提取和故障修复中遇到传统的挖掘模型和转化为边缘感知、决策平台,设备执行远程操作和技术保证,导致独立操作生产过程的协调各种设备和工作环境生物表面和协调彼此通过seam的感知发生和周围的特点,挖掘环境,设备的工作条件。减少人工干预,实现安全、高效的绿色挖,一个关键操作的设备设置成一个自动感知、自主分析,自主决策、自主挖掘生产系统的实现。作者总结了关键技术的智能快速萃取系统基于采掘设备执行层支持整合技术,主要包括采掘锚(矿业)集成,autocutting,智能支持,挖掘导航、远程采集控制、连续运输,和空间多维同步支持。

远程集中控制技术解决问题的人机环境协调和独立控制地面和地下标题脸上远程集中控制中心和实现多机协同控制的功能,视觉监控、和健康诊断的设备状态、环境检测、智能主动安全防护,无线数据网络管理、电力供应和分配,等等。作者和他的团队开发了一种基于集成的远程集中控制系统智能隧道开挖技术,支持,和运输,它有两个采矿巷道和地面控制室集中控制模式。架构如图5。每个操作单元的隧道在空间和操作系统是独立操作的数量是相对较小。它只需要解决系统的基本问题,如自动跟踪,煤流的开始和停止,一个关键的启动和停止。系统使用各种控制方法,比如超限处理,分段报警,设备调整态度和分段实现self-debugging,停车系统的自组织和自稳定。自动跟踪,螺栓运输装备了传感器和导航系统。实时判断和调整两者的相对位置和姿态,以确保螺栓输送机可以有效地获得材料和沿着道路中心。距离传感器安装在两侧的尾巴走路自动机(实现有效冲程调整),和碰撞开关安装地脚螺栓的相对位置检测输送机和带式输送机,以确定它的旅行距离。基于交通合作控制技术,逆煤流的功能启动和转发煤流关闭所有运输设备的采矿巷道实现。Multicircuit组合开关用于设备的统一管理。针对大量的多源异构数据的问题在系统中无法交换信息,基于无线网络通信技术,4 g无线局域网的工作面,阻塞造成的信号衰减是解决中继器。 The data interaction and uploading of the heading working face are realized by the way of equipment field bus network+working face wireless LAN+Mine Industrial Ethernet. Due to the limitations of 5G and other technologies, the ground control room mainly realizes the monitoring and one key start and stop functions, and has not yet carried out real-time control of equipment and systems. Establish a remote centralized digital control platform with multimode perception, and realize remote visual monitoring, online visual fault diagnosis, equipment maintenance and early warning, information sharing and multipoint access based on WinCE embedded software, distributed real-time database and macs-scads industrial control configuration software. Based on video splicing, image recognition, panoramic imaging, high-definition dust-proof camera, and other technologies, the video collection and processing of the working face are realized. Based on the digital twin technology, a virtual model of the complete set of equipment is created, and the collected action data of the working face is displayed online synchronously through the virtual model. The working area of the all-in-one anchor digging machine is divided into three areas: danger, shutdown, and safety. The fusion technology of ultra wide band ranging+infrared thermal imaging target recognition is adopted to realize the dual protection of personnel when they are in dangerous areas, such as approach identification, alarm, or shutdown. At the same time, it has the functions of equipment active avoidance, two-way alarm, specially-assigned management, speed compensation, and so on.

挖掘和锚集成技术是一种技术,集成了开挖和地脚螺栓支持功能相同的设备来提高挖掘效率和安全水平的挖掘操作,主要包括悬臂式路头和机载锚杆钻机(标准名称“挖掘和锚机”)和开挖和锚定装置(标准名称“挖掘和锚机”)。锚采掘机是应用于1980年代。安排1 - 2钻机在机器的切割部分或双方身体后实现锚开挖。最低空顶距离是0.3米,满足全机械化的需求在复杂地质条件下开挖。开挖的主要问题是不能支持并行操作,钻臂的数量小,效率低。挖掘的一体机和锚定是由山特维克公司在1990年代。它解决了并行操作的问题挖掘,通过相对滑动的主要和辅助锚定帧。有六个钻井平台,和最低空顶距离是2.5米。主要的问题在于,空顶(侧)距离和接地比压都大,和适应范围很小。的基础上,分析和总结了优点和缺点的外国集成机挖掘和锚,作者的团队创新和开发集成机器挖掘和探索锚(图6)。切割系统采用双驱动高速重型切削减速器相结合,切割功率为340千瓦(进口模型270千瓦)。扭矩限制器的切割采用三种保护技术,扭矩轴,和电动(进口模型只有电气保护),这提高了切割能力。旅游系统采用低比压宽履带+ AC变频驱动履带(进口液压马达驱动型)具有较强的过载能力和接地比压为0.2 MPa(进口类型0.28 MPa),使适应性软地板上。有两种配置的屋顶伯尔特根据围岩条件。四个顶级锚钻机的设计水平滑动类型来满足需求的垂直支持。两个辅助锚钻机设计与大型起重中风满足大型辅助锚的需求支持。前面探索性临时支护的适应性会增加临时支撑屋顶了0.4米(1.0米对进口模型)。集成先进的钻井平台,由于其庞大的身体,传统隧道钻孔机不能安排施工开挖工作面。耳朵隧道钻孔施工方法通常是采用,和施工效率很低。 Therefore, the advanced drilling machine is effectively integrated into the excavation anchor machine to meet the drilling requirements of drilling depth of 80-120 m.

3.3。智能传感器的应用在煤矿无人驾驶系统

在煤矿的过程的研究中,不仅施工方法是非常重要的,智能交通速度也是一个重要的链接到一个突破。因此,无人驾驶智能交通系统也是本文研究和发展。在自动操作模式下,道路条件分析器负责路况的视觉感知。它使用机器视觉分析道路条件的图像实时追踪之前被相机。它获取信息的存在和距离障碍目标和法官对驾驶的影响。和传输机车控制器完成鸣笛,减速、制动和其他操作。当机器视觉识别用于道路条件,安全的道路状况的判断标准不是“阻止当已知危险条件发现”,但“停止当已知的安全条件找不到”,可最大程度确保驾驶安全。

道路条件分析的一般过程如下:(1)图像预处理的道路条件,包括图像解封,和图像增强;(2)航迹线识别;(3)根据车辆航迹线,道路条件场景分为警告和安全区域;(4)确定警告区和警告区中的障碍,障碍包括行人和所有对象和材料影响行车安全;(5)测量的距离确定障碍;(6)发送路况识别的结果,即障碍类型、位置和距离参数机车控制器。区域的划分类型如图7。一个是在一个安全的区域,没有对交通的影响;B在预警区域,角应发出警告;C在警告,立即停止车辆。道路条件分析算法是典型的人工智能的应用领域由于其复杂性和大量的计算。相关算法发展迅速。汽车嵌入式应用,计算平台也收到关注。

3.4。建设5 g煤矿下的传感器网络平台

在煤矿地下汽车的智能操作需要持续的互动与调度室对车辆运行数据,车载摄像头视频数据,和车辆智能传感数据。移动设备在煤矿只能获得通信交互和定位信息通过无线通信。煤矿5 g技术采用高速光纤核心网络的拓扑和5 g基站无线网络,如图8。链接通道建立的无线网络带宽大回程5 g核心网络可以提供各种各样的功能服务,如大带宽回程、时钟同步、服务管理和交付。煤组收集所有煤矿机房建设一双STN-B设备,使用100年通用电气上行。地下100 g传输环网络主干采用通用网络和访问环采用5 g网络来满足地下隧道场景(公关俄文)和内部网场景(UPF / MEC)。为了满足需求的内部网络智能煤矿的矿井和连接的业务平台,DCWG网关部署在机房,附加安全保护的防火墙,堆叠tor交换机和网络管理开关相连,和25克端口连接到UPF刀片服务器。第三层网关部署在CE路由器支持专用STN-A设备和连接 通用电气对接。为了实现5 g无记名网络管理和自动释放片服务的开放,一个专用切5 g无记名网络管理平台是补充道。与此同时,地下没有GPS信号。5 g无线网络需要运营商网络的部署1588 V2时间同步方案。5 g环网络的布局和当地基础设施网络节点匹配实现独立的网络集成访问点和BBU集中的点。智能化的目标,一个智能、高效、构造和简化的无记名网络支持5 g的持票人全面的云服务,实现智能开放、优化和维护的业务。5 g环网络高可靠性的操作,和冗余备份可以确保高可用性。一般5 g环网的性能满足要求的各种业务系统的访问和交流。服务隔离网络的功能,保证了地下的隔离和相互访问服务通过灵活的配置策略。

4所示。讨论

5 g技术将成为一个重要的创新驱动力智能煤矿建设。随着智能煤矿的发展和逐渐应用5 g技术在煤矿领域,越来越多的应用案例表明,5 g技术可以提高煤矿企业的信息和智能水平。但是,为了充分利用5 g加快智能煤矿的过程,进一步应用情景规划是必要的。关键技术如5 g网络规划、网络切片和移动边界计算探索了特定的场景。因此,在5 g关键技术的研究和开发过程为煤矿情报,有必要关注最新的技术进步及时和有效地促进煤矿情报的过程在一个经济和有效的方式。

5。结论

本文是基于第四次科技革命的成果。在5 g通信技术、智能煤矿使用现有的传感器网络研究的计算。主要结论如下:(1)地下隧道系统发展成为一个综合平台,集成了各种智能检测模块的要求。在隧道过程中,工作面地质坐标,煤层状态,气体含量、地质和水文、和其他数据同步采集(2)露天煤矿的开采工作后完成,智能隧道交通集成系统将处理收集到的地理信息。罚款透明工作面模型。它可以确保准确操作的智能挖掘系统,成为这个行业的先驱(3)无人驾驶系统的关键技术进行了以下几点:超宽频范围能满足机车操作的子仪定位的需要,结合标准的无线局域网访问网络和千兆光纤骨干网的主要指标能满足运输巷的宽带移动数据通信网络的带宽、延迟、开关时间

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的利益冲突

作者宣称,关于这项工作他们没有利益冲突。