作為人類世界使用的主要能源之一，煤炭素來被譽為“黑色的金子”、“工業的食糧”。我國是煤炭消費大國，也是世界上最早發現和利用煤炭的國家之一，對于煤炭開采已有幾千年的歷史。
傳統的煤(mei)炭生產方式(shi)存在礦(kuang)難(nan)事件頻發、人工(gong)成本居(ju)高不下、礦(kuang)工(gong)作業艱苦危險、開采效率(lv)難(nan)以提升等問題。隨(sui)著(zhu)信息技術的發展，煤(mei)礦(kuang)開采已經從最(zui)初簡單的人工(gong)挖礦(kuang)發展為機(ji)械(xie)化采礦(kuang)，并(bing)進一(yi)步(bu)向(xiang)數(shu)字化、智能化發展。
煤礦井下場景
2020年3月，國家發改委(wei)(wei)等(deng)8部委(wei)(wei)聯合發布了《關于加(jia)快煤(mei)(mei)(mei)礦(kuang)智(zhi)能化(hua)發展(zhan)(zhan)的(de)指導意見》，提出煤(mei)(mei)(mei)礦(kuang)智(zhi)能化(hua)是煤(mei)(mei)(mei)炭工業(ye)(ye)(ye)高質量發展(zhan)(zhan)的(de)核(he)心技(ji)術支撐。順應大勢，各(ge)大礦(kuang)業(ye)(ye)(ye)集團近年來也正(zheng)積極(ji)推動(dong)(dong)智(zhi)能礦(kuang)山(shan)建設(she)，實(shi)現煤(mei)(mei)(mei)礦(kuang)井(jing)下“少人(ren)(ren)化(hua)、無(wu)人(ren)(ren)化(hua)”的(de)作業(ye)(ye)(ye)流程(cheng)。而(er)以5G 為代(dai)表的(de)新一(yi)代(dai)通信技(ji)術，則從根本上解決了傳統(tong)網絡技(ji)術難(nan)以滿足井(jing)下環(huan)境惡劣、移動(dong)(dong)生產(chan)、設(she)備及(ji)傳感器數(shu)量龐(pang)大等(deng)生產(chan)特點的(de)問(wen)題。
智能采礦向“無人化、少人化”轉型
某種意(yi)義上，煤(mei)礦(kuang)井下就(jiu)像(xiang)一個微(wei)型(xing)的(de)(de)(de)地下城市，里(li)面的(de)(de)(de)巷(xiang)道錯綜復雜，包括掘進機(ji)、采(cai)煤(mei)機(ji)、皮帶機(ji)、液壓支(zhi)架(jia)在內的(de)(de)(de)大量(liang)機(ji)械設備不知疲倦地執行著采(cai)掘、運輸、洗選、提升(sheng)以及生產輔(fu)助(zhu)等(deng)日常作業，其中的(de)(de)(de)很(hen)多設備都(dou)需要人工來進行操控。
人(ren)工井(jing)下作(zuo)業(ye)(ye)存(cun)在的(de)(de)(de)問題(ti)顯而易見。一方(fang)面，對(dui)(dui)操(cao)作(zuo)員們而言，煤(mei)礦采(cai)掘工作(zuo)面環境復雜(za)，危(wei)險因(yin)素多，地質條(tiao)件相(xiang)對(dui)(dui)比較惡劣，水、瓦斯、粉塵等自然災害的(de)(de)(de)潛在威(wei)脅普遍存(cun)在，而且(qie)日常勞(lao)動強度極大(da)，操(cao)作(zuo)不當時還易發(fa)(fa)生(sheng)危(wei)險事故。根據中國煤(mei)炭工業(ye)(ye)協(xie)會的(de)(de)(de)數(shu)據，2020年(nian)我國煤(mei)礦發(fa)(fa)生(sheng)死亡事故122起、死亡225人(ren)，雖然相(xiang)比往年(nian)人(ren)員傷(shang)亡數(shu)量持續降低，但畢竟生(sheng)命無價，安(an)全(quan)問題(ti)始終都是煤(mei)礦生(sheng)產的(de)(de)(de)頭(tou)等大(da)事。另(ling)一方(fang)面，對(dui)(dui)礦業(ye)(ye)企業(ye)(ye)來(lai)說，隨著人(ren)口紅(hong)利的(de)(de)(de)消失以及人(ren)們對(dui)(dui)井(jing)下作(zuo)業(ye)(ye)危(wei)險性的(de)(de)(de)擔憂，越來(lai)越多的(de)(de)(de)人(ren)不愿(yuan)意從事井(jing)下工作(zuo)，煤(mei)礦招(zhao)工難(nan)、用工難(nan)的(de)(de)(de)問題(ti)日益(yi)凸顯。
在此背景(jing)下，采(cai)掘工作(zuo)面的“少人(ren)化(hua)(hua)、無(wu)人(ren)化(hua)(hua)”一(yi)直是(shi)礦(kuang)山智(zhi)能化(hua)(hua)轉型的一(yi)個重(zhong)要(yao)方(fang)向。國(guo)家(jia)發改(gai)委、能源局(ju)聯合發布的《國(guo)家(jia)能源技術(shu)革(ge)命創(chuang)新行(xing)動計劃 (2016–2030 年 )》中就明確指出，要(yao)在2020 年基(ji)本實現(xian)智(zhi)能開采(cai)，重(zhong)點煤礦(kuang)區(qu)采(cai)煤工作(zuo)面人(ren)數減少 50% 以上，2030 年實現(xian)煤炭(tan)安全開采(cai)，重(zhong)點煤礦(kuang)區(qu)基(ji)本實現(xian)工作(zuo)面無(wu)人(ren)化(hua)(hua)。
通過在(zai)作(zuo)(zuo)業現場部署多(duo)個(ge)高清攝像頭，將(jiang)現場環境(jing)信(xin)息完整地傳送到(dao)管理中心(xin)，再結合采礦(kuang)設備本身的(de)(de)各(ge)種(zhong)傳感器(qi)信(xin)息上報，工作(zuo)(zuo)人(ren)員就可以(yi)(yi)在(zai)管理中心(xin)遠(yuan)程操控各(ge)類設備，從而達到(dao)作(zuo)(zuo)業現場“少人(ren)化、無(wu)人(ren)化”的(de)(de)目標。這(zhe)個(ge)過程涉及大量(liang)設備的(de)(de)接入、海量(liang)數據的(de)(de)傳輸以(yi)(yi)及低時延(yan)的(de)(de)控制操作(zuo)(zuo)，都對(dui)網絡傳輸的(de)(de)質量(liang)和(he)能力提出了前所未有(you)的(de)(de)要(yao)求(qiu)。
傳(chuan)(chuan)統有(you)線(xian)傳(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)的(de)方式雖(sui)然信(xin)號(hao)(hao)穩定，但(dan)井下地(di)形復雜，設(she)備繁多，給布線(xian)造(zao)成了很大(da)的(de)困難。更重(zhong)要(yao)的(de)是，由于(yu)液壓(ya)支(zhi)架、采(cai)煤機、掘(jue)進(jin)機經常(chang)需要(yao)移動，信(xin)號(hao)(hao)傳(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)線(xian)纜經過多次(ci)折疊后較易發生(sheng)斷裂，很可能造(zao)成數據(ju)傳(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)中斷，從(cong)而影響采(cai)礦作業。WiFi無線(xian)網絡縱使能夠解決布線(xian)難題，但(dan)卻(que)存在(zai)信(xin)號(hao)(hao)抗干(gan)擾(rao)能力(li)弱(ruo)、覆(fu)蓋(gai)面積有(you)限(xian)、穿透力(li)弱(ruo)、以及跨AP區域數據(ju)傳(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)時有(you)明顯延遲等劣(lie)勢。同樣，4G也不能有(you)效支(zhi)持低時延要(yao)求的(de)各種控制信(xin)號(hao)(hao)的(de)傳(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)。
如(ru)今，憑(ping)借易部署、廣連接(jie)、大帶(dai)寬、超低時(shi)延等(deng)優勢，5G能(neng)(neng)夠滿足煤礦(kuang)井下通信網絡對安全與性能(neng)(neng)的要求，為(wei)煤礦(kuang)行業的智能(neng)(neng)化(hua)提供了加(jia)速度。
5G大帶寬為遠程管理奠定基礎
煤(mei)礦井(jing)下(xia)的(de)日(ri)常作(zuo)業過程會產生大量的(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)：包括空氣溫度、空氣濕度、巷道壓力等環境數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)，采煤(mei)工(gong)作(zuo)面、掘(jue)進工(gong)作(zuo)面、運輸(shu)轉載點等視頻數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)，井(jing)下(xia)重要崗位工(gong)作(zuo)人(ren)員的(de)通信對講(jiang)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)，以及液(ye)壓支架和泵(beng)站遠程集中(zhong)控制等控制類數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)。5G的(de)大帶寬特性，為(wei)這些關鍵數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)的(de)遠程管理奠定了基礎(chu)。
例如，內蒙(meng)古某企業想(xiang)要在總(zong)部實現對其所屬的全(quan)部煤礦(kuang)(kuang)點(dian)的異地遠程管理(li)(li)，并對各種監(jian)測數據系統(tong)及(ji)平臺進行統(tong)一(yi)綜合管理(li)(li)，實現煤礦(kuang)(kuang)大數據可(ke)視(shi)化及(ji)快速推送上(shang)屏顯(xian)示(shi)。基(ji)于(yu)客戶(hu)需求，廈門四(si)信(xin)通(tong)信(xin)科技有限公司（以下簡稱(cheng)“四(si)信(xin)通(tong)信(xin)”）為其量身定制了(le)“5G智慧礦(kuang)(kuang)井系統(tong)監(jian)測方案(an)”，基(ji)于(yu)該方案(an)打造的煤礦(kuang)(kuang)調度(du)中心，可(ke)滿足(zu)該企業日常指(zhi)揮中心各項數據展(zhan)示(shi)、管理(li)(li)和(he)控(kong)制的需求，便于(yu)日常管理(li)(li)調度(du)、各級領導(dao)參觀視(shi)察及(ji)綜合匯報等工作(zuo)開展(zhan)。
5G+智慧礦山實時(shi)管(guan)理應用(yong)
5G智慧礦井系統監測方案的核心是四信通信5G工業CPE F-NR200，該款5G工業CPE內置基于高通驍龍X55平臺的廣和通5G模組 FM150，支持NSA和SA網絡，兼容各大運營商，支持5G/4G、有線（光纖和WAN）智能切換。得益于高通5G芯片過硬的性能，礦井下的5G網絡能夠實現安全、獨立、穩定的運(yun)行，保證無線通信及(ji)數(shu)據(ju)傳輸(shu)的可靠性、穩定性。
四(si)信(xin)(xin)通信(xin)(xin)5G工業CPEF-NR200
無獨有偶，在山(shan)西(xi)、陜(shan)西(xi)的多座礦山(shan)，宇祺(qi)（山(shan)東）智(zhi)能(neng)裝備有限公(gong)司（以(yi)下簡稱(cheng)“宇祺(qi)智(zhi)能(neng)”）也用(yong)其完(wan)整的“5G礦用(yong)無線通信系(xi)統”，助力客(ke)戶實(shi)(shi)現了(le)井下作業情況的實(shi)(shi)時管理和控制。
礦用隔爆兼本安型5G CPE
宇(yu)祺智能的(de)該套系統(tong)分別(bie)采用了搭(da)載芯訊(xun)通5G模(mo)組(zu)(zu)SIM8200EA-M2和(he)高新興5G模(mo)組(zu)(zu)GM800的(de)5G CPE，都內置高通驍(xiao)龍X55芯片，使得煤(mei)礦(kuang)(kuang)井(jing)下眾多的(de)設備——如煤(mei)礦(kuang)(kuang)智能巡檢機器(qi)人(ren)、煤(mei)礦(kuang)(kuang)機器(qi)人(ren)、自動(dong)駕駛、綜(zong)采設備等(deng)煤(mei)礦(kuang)(kuang)裝備系統(tong)能獲得高速(su)的(de)5G網(wang)絡(luo)連接，實(shi)現(xian)了井(jing)下語音、視頻、數據一網(wang)承(cheng)載，各種智能化操作(zuo)系統(tong)信息的(de)一網(wang)傳輸(shu)。井(jing)下作(zuo)業的(de)相關(guan)數據信息可(ke)以(yi)實(shi)時傳回至地面總調度(du)室，調度(du)人(ren)員通過大屏幕便可(ke)以(yi)實(shi)時觀看(kan)深井(jing)下的(de)采掘、運輸(shu)、檢修等(deng)情況，實(shi)現(xian)井(jing)上井(jing)下實(shi)時通話，有效提高安(an)全性和(he)生產(chan)效率。
宇祺智能礦(kuang)用5G隔爆兼(jian)本安型基站(zhan)
宇祺智(zhi)能總經理張(zhang)建對高(gao)通的(de)(de)解(jie)(jie)決方(fang)案給予了高(gao)度評價：“煤礦行業屬于工業防(fang)爆環境，系(xi)統建設(she)難度大、穩(wen)定性要求高(gao)、生命周期長(chang)及兼容性強(qiang)，所以我(wo)們在開發智(zhi)能化系(xi)統解(jie)(jie)決方(fang)案時，一個重要考量(liang)便是方(fang)案的(de)(de)穩(wen)定性和長(chang)期性。高(gao)通的(de)(de)5G技術具(ju)有長(chang)期的(de)(de)規(gui)劃和完善的(de)(de)生態，讓(rang)我(wo)們的(de)(de)解(jie)(jie)決方(fang)案沒有后顧之憂。”
5G低時延助力礦井設備遠程操控
在遠(yuan)程管理(li)的(de)基礎上，5G的(de)大(da)帶寬(kuan)、低時延特性(xing)還(huan)讓掘進(jin)機、鏟運(yun)機等設備的(de)遠(yuan)程操控成為可能(neng)。
遠程操控的(de)(de)精髓(sui)在(zai)于“令(ling)行(xing)禁(jin)止”，即(ji)身處操作(zuo)室(shi)的(de)(de)操作(zuo)員下達(da)指令(ling)后，井下的(de)(de)設(she)備(bei)可(ke)以立即(ji)同步做(zuo)出反應。為了讓(rang)操作(zuo)員可(ke)以擁有一副“千里眼(yan)”，方(fang)案(an)上往往會在(zai)設(she)備(bei)上布置(zhi)高清攝(she)像(xiang)(xiang)頭，模擬駕駛(shi)員駕駛(shi)視角(jiao)，同時在(zai)四周的(de)(de)環境中布置(zhi)廣角(jiao)攝(she)像(xiang)(xiang)頭，拼接(jie)360°全景影像(xiang)(xiang)，然后將這(zhe)些視頻影像(xiang)(xiang)通(tong)過網絡(luo)傳輸至控制室(shi)。
試想一下(xia)，如(ru)果(guo)(guo)操(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)員(yuan)看到的(de)(de)畫(hua)面和(he)設(she)備(bei)的(de)(de)實(shi)際動(dong)作(zuo)(zuo)(zuo)之間存在(zai)很(hen)高的(de)(de)延(yan)遲，就(jiu)(jiu)會(hui)影響開采效(xiao)率，甚(shen)至(zhi)造成設(she)備(bei)的(de)(de)損耗。例(li)如(ru)，掘進機在(zai)挖(wa)掘的(de)(de)過程中(zhong)可能會(hui)碰到硬度極(ji)高的(de)(de)巖石。過去，身處現場的(de)(de)操(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)員(yuan)看到這類巖石的(de)(de)時(shi)候(hou)就(jiu)(jiu)會(hui)立即按下(xia)暫停鍵，避免機器(qi)去“硬碰硬”。而在(zai)遠程操(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)的(de)(de)場景下(xia)，如(ru)果(guo)(guo)采用4G網絡，因(yin)為時(shi)延(yan)較(jiao)高，等(deng)操(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)員(yuan)從(cong)視頻畫(hua)面里察覺到異常再操(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)時(shi)已經(jing)來(lai)不及了，從(cong)而有可能導致大型設(she)備(bei)的(de)(de)損耗。同理(li)，無極(ji)繩(sheng)絞車等(deng)設(she)備(bei)的(de)(de)操(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)時(shi)延(yan)都要求控(kong)制在(zai)30ms以內，而5G端到端的(de)(de)時(shi)延(yan)理(li)論上可達1ms，能夠完(wan)美滿(man)足遠程控(kong)制場景下(xia)的(de)(de)通信需求，為礦井無人化綜(zong)采的(de)(de)發(fa)展提供技術支撐。
在(zai)5G技術的賦能之下，四信通信和宇祺智能已經在(zai)全國多地的礦井項目中落(luo)地了智能化的解決方(fang)案，幫助客戶保(bao)障礦工人(ren)員安全，提升開采作(zuo)業效率。
與此同(tong)時，四信(xin)通(tong)信(xin)也在(zai)積(ji)極向全(quan)球(qiu)市場(chang)推廣自(zi)己的5G CPE產(chan)品。廈門四信(xin)通(tong)信(xin)科技有(you)限公司市場(chang)總監張(zhang)志坤(kun)表(biao)示：“高(gao)(gao)通(tong)的5G技術(shu)具(ju)備業界領先的高(gao)(gao)能(neng)(neng)效(xiao)和(he)高(gao)(gao)性能(neng)(neng)，芯(xin)片研發市場(chang)成熟，產(chan)業鏈完善，規模化量產(chan)能(neng)(neng)夠幫助我(wo)們的產(chan)品贏得市場(chang)先機。更(geng)為(wei)重(zhong)要(yao)的是(shi)，高(gao)(gao)通(tong)全(quan)球(qiu)化的5G解決方案能(neng)(neng)夠滿足5G終(zhong)端在(zai)世界各個地區和(he)國家的設計需求，這對我(wo)們開拓(tuo)海(hai)外(wai)市場(chang)具(ju)有(you)重(zhong)要(yao)的戰略意義。”
結語
總而言之，5G是推動煤礦新一輪智能化發展的關鍵驅動力。未來，在5G、物聯網、大數據技術進(jin)一步成熟的基礎下，礦井作業(ye)(ye)將實(shi)現開(kai)采面無(wu)人(ren)作業(ye)(ye)、掘進(jin)面無(wu)人(ren)作業(ye)(ye)、危險場(chang)所(suo)無(wu)人(ren)作業(ye)(ye)、大型(xing)設備無(wu)人(ren)作業(ye)(ye)，直到整座礦山無(wu)人(ren)作業(ye)(ye)，形成真正智慧化(hua)的無(wu)人(ren)礦山。
