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。
傳統的煤炭生產方(fang)式存在礦(kuang)(kuang)難事件頻發(fa)、人工成本居高不下、礦(kuang)(kuang)工作業艱苦危險、開(kai)采效率難以(yi)提升等問(wen)題。隨著信息技術的發(fa)展(zhan)，煤礦(kuang)(kuang)開(kai)采已經從最初簡單的人工挖(wa)礦(kuang)(kuang)發(fa)展(zhan)為(wei)機械化(hua)采礦(kuang)(kuang)，并進(jin)一(yi)步向數字(zi)化(hua)、智能化(hua)發(fa)展(zhan)。
煤礦井下場景
2020年3月，國家發改委等(deng)8部委聯合(he)發布了《關于(yu)加快煤(mei)(mei)礦(kuang)(kuang)智能化發展的指(zhi)導意見(jian)》，提出煤(mei)(mei)礦(kuang)(kuang)智能化是煤(mei)(mei)炭工業高(gao)質量發展的核(he)心技術(shu)(shu)支撐。順應大勢，各大礦(kuang)(kuang)業集團近年來也正積極推動(dong)智能礦(kuang)(kuang)山建設，實(shi)現煤(mei)(mei)礦(kuang)(kuang)井下“少(shao)人化、無(wu)人化”的作(zuo)業流程。而以5G 為代(dai)表的新一代(dai)通信技術(shu)(shu)，則從根本上(shang)解決(jue)了傳(chuan)(chuan)統網絡技術(shu)(shu)難以滿(man)足(zu)井下環境惡(e)劣、移動(dong)生產、設備及傳(chuan)(chuan)感器(qi)數量龐大等(deng)生產特點的問(wen)題。
智能采礦向“無人化、少人化”轉型
某種意義上，煤(mei)礦井下就(jiu)像一個微型的(de)地下城市，里面的(de)巷道(dao)錯綜復雜，包括(kuo)掘(jue)進(jin)機、采煤(mei)機、皮帶機、液壓支架在內的(de)大量機械設(she)備(bei)不知(zhi)疲(pi)倦地執行(xing)著采掘(jue)、運輸(shu)、洗選、提升以(yi)及生產輔(fu)助等日(ri)常(chang)作業，其中的(de)很多設(she)備(bei)都需要人工來(lai)進(jin)行(xing)操控。
人工井下作(zuo)業(ye)(ye)(ye)存在(zai)的(de)(de)(de)問題(ti)(ti)顯(xian)而易見。一方面，對操作(zuo)員們(men)(men)而言，煤(mei)礦(kuang)(kuang)采掘工作(zuo)面環境復雜，危(wei)(wei)險(xian)因素(su)多(duo)，地(di)質條件相(xiang)對比較惡劣，水、瓦斯(si)、粉塵等(deng)自然災害的(de)(de)(de)潛在(zai)威(wei)脅普(pu)遍存在(zai)，而且日常勞動強度極大(da)，操作(zuo)不當(dang)時還(huan)易發生(sheng)危(wei)(wei)險(xian)事故。根據中國煤(mei)炭工業(ye)(ye)(ye)協(xie)會的(de)(de)(de)數據，2020年(nian)我國煤(mei)礦(kuang)(kuang)發生(sheng)死(si)(si)亡(wang)事故122起、死(si)(si)亡(wang)225人，雖然相(xiang)比往年(nian)人員傷亡(wang)數量持續降低，但畢(bi)竟生(sheng)命無價，安全問題(ti)(ti)始終都是煤(mei)礦(kuang)(kuang)生(sheng)產(chan)的(de)(de)(de)頭等(deng)大(da)事。另一方面，對礦(kuang)(kuang)業(ye)(ye)(ye)企業(ye)(ye)(ye)來說，隨著人口紅利的(de)(de)(de)消失以及人們(men)(men)對井下作(zuo)業(ye)(ye)(ye)危(wei)(wei)險(xian)性的(de)(de)(de)擔憂，越(yue)來越(yue)多(duo)的(de)(de)(de)人不愿意從(cong)事井下工作(zuo)，煤(mei)礦(kuang)(kuang)招工難、用工難的(de)(de)(de)問題(ti)(ti)日益凸顯(xian)。
在(zai)此背景(jing)下，采掘工(gong)作(zuo)面的(de)“少人化(hua)、無人化(hua)”一(yi)直(zhi)是(shi)礦(kuang)(kuang)山智能化(hua)轉(zhuan)型的(de)一(yi)個(ge)重要(yao)方向。國(guo)家發改委、能源局聯合(he)發布的(de)《國(guo)家能源技術革命創新行動計(ji)劃 (2016–2030 年 )》中就明確指(zhi)出，要(yao)在(zai)2020 年基本實現智能開采，重點(dian)煤(mei)礦(kuang)(kuang)區采煤(mei)工(gong)作(zuo)面人數減少 50% 以上，2030 年實現煤(mei)炭(tan)安全(quan)開采，重點(dian)煤(mei)礦(kuang)(kuang)區基本實現工(gong)作(zuo)面無人化(hua)。
通過在(zai)作(zuo)(zuo)業現(xian)場部署多(duo)個高清攝(she)像頭，將(jiang)現(xian)場環境信息(xi)完整地傳送到管(guan)理中心(xin)，再結合采(cai)礦設(she)備本(ben)身(shen)的(de)各(ge)種傳感器(qi)信息(xi)上(shang)報，工作(zuo)(zuo)人(ren)員就(jiu)可以(yi)在(zai)管(guan)理中心(xin)遠(yuan)程操(cao)控各(ge)類設(she)備，從而達到作(zuo)(zuo)業現(xian)場“少人(ren)化(hua)、無人(ren)化(hua)”的(de)目標。這個過程涉及大量(liang)(liang)設(she)備的(de)接入、海量(liang)(liang)數(shu)據的(de)傳輸以(yi)及低時延的(de)控制操(cao)作(zuo)(zuo)，都對(dui)網絡傳輸的(de)質(zhi)量(liang)(liang)和能力提出了前所未(wei)有的(de)要求。
傳(chuan)統有(you)線(xian)(xian)傳(chuan)輸(shu)(shu)的(de)(de)方(fang)式(shi)雖然信號(hao)穩定，但井下地(di)形復雜(za)，設備繁多(duo)，給布(bu)線(xian)(xian)造(zao)成(cheng)(cheng)了很(hen)大(da)的(de)(de)困難(nan)。更重要的(de)(de)是，由(you)于液壓支(zhi)(zhi)架、采煤機、掘(jue)進機經常需要移動，信號(hao)傳(chuan)輸(shu)(shu)線(xian)(xian)纜經過多(duo)次折(zhe)疊后較易發生斷裂(lie)，很(hen)可能(neng)(neng)(neng)造(zao)成(cheng)(cheng)數據傳(chuan)輸(shu)(shu)中斷，從而影響采礦作業。WiFi無線(xian)(xian)網絡(luo)縱使能(neng)(neng)(neng)夠解決布(bu)線(xian)(xian)難(nan)題，但卻存在信號(hao)抗干擾能(neng)(neng)(neng)力弱(ruo)、覆(fu)蓋面積有(you)限、穿透力弱(ruo)、以及跨AP區域數據傳(chuan)輸(shu)(shu)時有(you)明顯延遲等劣勢。同樣，4G也不能(neng)(neng)(neng)有(you)效(xiao)支(zhi)(zhi)持低時延要求的(de)(de)各種控(kong)制信號(hao)的(de)(de)傳(chuan)輸(shu)(shu)。
如今，憑借易(yi)部署、廣連接(jie)、大帶(dai)寬、超(chao)低時延等(deng)優勢，5G能(neng)(neng)夠滿(man)足煤(mei)礦井下通信(xin)網絡對安全與性(xing)能(neng)(neng)的要求，為煤(mei)礦行業的智能(neng)(neng)化(hua)提(ti)供了(le)加(jia)速(su)度。
5G大帶寬為遠程管理奠定基礎
煤(mei)礦井(jing)下(xia)的(de)日常作業過程(cheng)會(hui)產生大量的(de)數(shu)(shu)據：包括(kuo)空氣溫度(du)(du)、空氣濕(shi)度(du)(du)、巷道壓力等環境(jing)數(shu)(shu)據，采煤(mei)工作面、掘進工作面、運輸(shu)轉載點等視頻數(shu)(shu)據，井(jing)下(xia)重要崗(gang)位(wei)工作人員的(de)通信對講數(shu)(shu)據，以及液壓支架和泵站遠(yuan)(yuan)程(cheng)集(ji)中(zhong)控(kong)制等控(kong)制類數(shu)(shu)據。5G的(de)大帶寬特(te)性，為(wei)這些關鍵數(shu)(shu)據的(de)遠(yuan)(yuan)程(cheng)管(guan)理奠定了基礎。
例如，內蒙古某企業想要(yao)在總部(bu)實現對其(qi)所(suo)屬的全部(bu)煤(mei)礦點的異地遠程管理(li)，并對各種監測數據(ju)系統(tong)及(ji)平臺進行統(tong)一綜合管理(li)，實現煤(mei)礦大數據(ju)可(ke)視(shi)化及(ji)快速(su)推送上屏顯(xian)示。基(ji)于客戶需求，廈門四(si)信通(tong)信科技有限公司(si)（以(yi)下簡稱“四(si)信通(tong)信”）為(wei)其(qi)量身(shen)定制(zhi)(zhi)了(le)“5G智慧(hui)礦井系統(tong)監測方(fang)案”，基(ji)于該(gai)方(fang)案打造的煤(mei)礦調度(du)中心(xin)，可(ke)滿足該(gai)企業日常指揮中心(xin)各項(xiang)數據(ju)展(zhan)示、管理(li)和(he)控(kong)制(zhi)(zhi)的需求，便(bian)于日常管理(li)調度(du)、各級領(ling)導(dao)參觀視(shi)察(cha)及(ji)綜合匯報等工作開展(zhan)。
5G+智慧礦(kuang)山(shan)實時(shi)管(guan)理應用
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(de)(de)性(xing)(xing)能，礦井下(xia)的(de)(de)5G網絡能夠實現安(an)全、獨立、穩(wen)(wen)定的(de)(de)運行(xing)，保證無線通信及數(shu)據傳(chuan)輸的(de)(de)可靠性(xing)(xing)、穩(wen)(wen)定性(xing)(xing)。
四信通信5G工業CPEF-NR200
無獨有偶(ou)，在山(shan)西(xi)、陜西(xi)的多座礦山(shan)，宇(yu)祺（山(shan)東）智能裝備(bei)有限公司（以下(xia)簡稱“宇(yu)祺智能”）也用(yong)其完整(zheng)的“5G礦用(yong)無線通(tong)信系統”，助力客戶實現了井下(xia)作(zuo)業情(qing)況(kuang)的實時管理和控制。
礦用隔爆兼本安型5G CPE
宇祺智(zhi)(zhi)能的(de)(de)(de)該套系(xi)統(tong)(tong)分別采(cai)用(yong)了(le)搭(da)載(zai)芯訊通5G模組SIM8200EA-M2和高新興5G模組GM800的(de)(de)(de)5G CPE，都內置高通驍龍X55芯片，使(shi)得煤礦井(jing)(jing)(jing)下(xia)眾多的(de)(de)(de)設(she)備(bei)——如煤礦智(zhi)(zhi)能巡(xun)檢機器(qi)人、煤礦機器(qi)人、自動駕(jia)駛、綜(zong)采(cai)設(she)備(bei)等(deng)煤礦裝備(bei)系(xi)統(tong)(tong)能獲(huo)得高速的(de)(de)(de)5G網(wang)絡(luo)連接，實(shi)現(xian)了(le)井(jing)(jing)(jing)下(xia)語(yu)音、視頻(pin)、數據一(yi)(yi)網(wang)承載(zai)，各(ge)種(zhong)智(zhi)(zhi)能化操作系(xi)統(tong)(tong)信息的(de)(de)(de)一(yi)(yi)網(wang)傳輸。井(jing)(jing)(jing)下(xia)作業的(de)(de)(de)相關(guan)數據信息可(ke)以實(shi)時(shi)(shi)傳回至地(di)面(mian)總調度室，調度人員(yuan)通過大(da)屏幕便可(ke)以實(shi)時(shi)(shi)觀(guan)看深井(jing)(jing)(jing)下(xia)的(de)(de)(de)采(cai)掘、運輸、檢修等(deng)情況，實(shi)現(xian)井(jing)(jing)(jing)上井(jing)(jing)(jing)下(xia)實(shi)時(shi)(shi)通話，有效提高安全(quan)性和生產效率。
宇祺智(zhi)能礦(kuang)用5G隔爆兼本安型基(ji)站
宇祺智能總經理張(zhang)建對高(gao)通的解(jie)決(jue)(jue)方案給予了高(gao)度(du)評價：“煤礦行(xing)業屬(shu)于(yu)工(gong)業防爆環境，系統建設難度(du)大、穩(wen)(wen)定性(xing)要求高(gao)、生命周期長(chang)及(ji)兼容性(xing)強，所以我們在開(kai)發智能化(hua)系統解(jie)決(jue)(jue)方案時，一個重(zhong)要考(kao)量(liang)便是方案的穩(wen)(wen)定性(xing)和長(chang)期性(xing)。高(gao)通的5G技術具有長(chang)期的規(gui)劃和完善(shan)的生態，讓(rang)我們的解(jie)決(jue)(jue)方案沒(mei)有后顧之憂。”
5G低時延助力礦井設備遠程操控
在遠(yuan)程管(guan)理的基礎(chu)上，5G的大(da)帶寬(kuan)、低(di)時延特性還讓(rang)掘進機(ji)(ji)、鏟運機(ji)(ji)等設(she)備的遠(yuan)程操(cao)控成為可能。
遠程操控的精髓在于“令行禁止(zhi)”，即(ji)身(shen)處(chu)操作(zuo)室(shi)的操作(zuo)員(yuan)下達(da)指(zhi)令后(hou)，井(jing)下的設備可以(yi)(yi)立即(ji)同步(bu)做出反應。為(wei)了讓操作(zuo)員(yuan)可以(yi)(yi)擁(yong)有一副“千里(li)眼”，方案上(shang)往(wang)往(wang)會在設備上(shang)布(bu)置高清攝(she)像(xiang)頭，模擬駕駛員(yuan)駕駛視角(jiao)，同時在四周的環境中布(bu)置廣角(jiao)攝(she)像(xiang)頭，拼接360°全(quan)景影(ying)像(xiang)，然后(hou)將這些視頻影(ying)像(xiang)通過(guo)網絡(luo)傳輸至控制室(shi)。
試想一下(xia)(xia)，如(ru)果操(cao)作員(yuan)(yuan)看(kan)(kan)到的(de)畫面(mian)和設備的(de)實際動作之(zhi)間存(cun)在很高的(de)延遲，就會(hui)影響(xiang)開采效率，甚(shen)至造成設備的(de)損耗。例如(ru)，掘進機在挖(wa)掘的(de)過程中可(ke)能(neng)會(hui)碰到硬(ying)度極(ji)(ji)高的(de)巖石(shi)。過去，身處現場(chang)(chang)的(de)操(cao)作員(yuan)(yuan)看(kan)(kan)到這類(lei)巖石(shi)的(de)時候(hou)就會(hui)立(li)即按下(xia)(xia)暫停鍵，避免(mian)機器去“硬(ying)碰硬(ying)”。而(er)在遠程操(cao)作的(de)場(chang)(chang)景(jing)下(xia)(xia)，如(ru)果采用4G網絡，因(yin)為時延較高，等(deng)操(cao)作員(yuan)(yuan)從視(shi)頻畫面(mian)里察(cha)覺到異常(chang)再操(cao)作時已經來不及了，從而(er)有可(ke)能(neng)導致大型(xing)設備的(de)損耗。同理，無(wu)(wu)極(ji)(ji)繩絞車等(deng)設備的(de)操(cao)作時延都要求(qiu)控(kong)制在30ms以(yi)內，而(er)5G端(duan)到端(duan)的(de)時延理論(lun)上可(ke)達1ms，能(neng)夠完美滿足遠程控(kong)制場(chang)(chang)景(jing)下(xia)(xia)的(de)通信需求(qiu)，為礦(kuang)井(jing)無(wu)(wu)人化綜采的(de)發展(zhan)提供技術(shu)支撐。
在5G技術的賦(fu)能之(zhi)下，四信通信和宇祺(qi)智能已經在全國多地的礦井項目中落地了(le)智能化的解(jie)決方案，幫助(zhu)客戶保障(zhang)礦工(gong)人員安全，提升開采(cai)作業效率。
與此同時，四信(xin)(xin)通信(xin)(xin)也(ye)在積極(ji)向(xiang)全球市場(chang)推(tui)廣(guang)自己的(de)5G CPE產(chan)品。廈門四信(xin)(xin)通信(xin)(xin)科(ke)技有限公司市場(chang)總(zong)監張(zhang)志坤表(biao)示：“高(gao)通的(de)5G技術具備業界(jie)領先的(de)高(gao)能(neng)(neng)效和(he)高(gao)性能(neng)(neng)，芯(xin)片(pian)研發市場(chang)成熟，產(chan)業鏈完善，規模化量產(chan)能(neng)(neng)夠幫助我們(men)的(de)產(chan)品贏得市場(chang)先機。更為重要的(de)是，高(gao)通全球化的(de)5G解決方案能(neng)(neng)夠滿(man)足(zu)5G終端(duan)在世界(jie)各個地區和(he)國家的(de)設計需(xu)求，這對我們(men)開拓(tuo)海外市場(chang)具有重要的(de)戰略意(yi)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(shu)據技術(shu)進(jin)一步成熟的基礎下，礦井作(zuo)(zuo)業(ye)將(jiang)實(shi)現開采面無(wu)(wu)人(ren)作(zuo)(zuo)業(ye)、掘進(jin)面無(wu)(wu)人(ren)作(zuo)(zuo)業(ye)、危(wei)險場所無(wu)(wu)人(ren)作(zuo)(zuo)業(ye)、大型設備無(wu)(wu)人(ren)作(zuo)(zuo)業(ye)，直到整座礦山(shan)無(wu)(wu)人(ren)作(zuo)(zuo)業(ye)，形成真正智慧化的無(wu)(wu)人(ren)礦山(shan)。
