作為人類(lei)世(shi)界使(shi)用(yong)的(de)主要(yao)能源之一(yi)(yi)，煤炭(tan)素來被譽(yu)為“黑色的(de)金子(zi)”、“工業的(de)食糧”。我國(guo)(guo)是煤炭(tan)消費大國(guo)(guo)，也(ye)是世(shi)界上最早發現(xian)和利用(yong)煤炭(tan)的(de)國(guo)(guo)家之一(yi)(yi)，對于煤炭(tan)開采已有(you)幾千(qian)年的(de)歷史。
傳統的(de)煤炭生產方式存在礦難事件頻發(fa)、人工(gong)(gong)成本居高(gao)不下、礦工(gong)(gong)作業艱苦危險、開采(cai)效率難以提升等問(wen)題(ti)。隨著信息技(ji)術的(de)發(fa)展，煤礦開采(cai)已經(jing)從(cong)最初簡單的(de)人工(gong)(gong)挖(wa)礦發(fa)展為機械化(hua)采(cai)礦，并進一步(bu)向數(shu)字(zi)化(hua)、智能化(hua)發(fa)展。
2020年3月，國家(jia)發(fa)改委等8部委聯合發(fa)布了(le)《關于(yu)加快煤礦(kuang)智能(neng)化(hua)發(fa)展(zhan)(zhan)的指導意見》，提出煤礦(kuang)智能(neng)化(hua)是煤炭工業高質量發(fa)展(zhan)(zhan)的核心技(ji)術(shu)支撐。順應大(da)勢(shi)，各(ge)大(da)礦(kuang)業集團(tuan)近(jin)年來也正積(ji)極推(tui)動智能(neng)礦(kuang)山建設，實現煤礦(kuang)井下“少人(ren)化(hua)、無(wu)人(ren)化(hua)”的作業流程。而以5G 為代(dai)表(biao)的新一(yi)代(dai)通信(xin)技(ji)術(shu)，則(ze)從根本上解(jie)決了(le)傳(chuan)(chuan)統網絡技(ji)術(shu)難(nan)以滿足井下環境惡劣、移動生產(chan)、設備及傳(chuan)(chuan)感器數量龐(pang)大(da)等生產(chan)特點的問題。
智能采礦向“無人化、少人化”轉型
某種意義(yi)上(shang)，煤礦井下就像(xiang)一個微型的(de)(de)地下城市，里面(mian)的(de)(de)巷道錯(cuo)綜復雜，包括掘進(jin)機、采煤機、皮帶機、液(ye)壓支架在內的(de)(de)大量(liang)機械設備不知疲倦(juan)地執行(xing)著采掘、運輸(shu)、洗選、提升(sheng)以及(ji)生產輔(fu)助等日常作業，其中(zhong)的(de)(de)很多設備都需要人(ren)工來進(jin)行(xing)操控。
人工(gong)井下(xia)作(zuo)業存在(zai)的(de)問(wen)題(ti)顯(xian)而(er)易見(jian)。一方面，對(dui)(dui)操作(zuo)員(yuan)們(men)而(er)言，煤(mei)礦采掘工(gong)作(zuo)面環境復雜，危(wei)險因(yin)素多，地質條件(jian)相對(dui)(dui)比(bi)較惡(e)劣，水、瓦斯、粉塵等(deng)(deng)自然(ran)(ran)災害的(de)潛在(zai)威(wei)脅普遍存在(zai)，而(er)且日(ri)常勞動強度極(ji)大(da)，操作(zuo)不(bu)當時還(huan)易發生(sheng)危(wei)險事故(gu)。根據中國(guo)煤(mei)炭工(gong)業協會的(de)數據，2020年我國(guo)煤(mei)礦發生(sheng)死(si)亡(wang)事故(gu)122起、死(si)亡(wang)225人，雖然(ran)(ran)相比(bi)往年人員(yuan)傷亡(wang)數量持續降(jiang)低，但畢竟(jing)生(sheng)命無價，安全問(wen)題(ti)始終都是煤(mei)礦生(sheng)產的(de)頭等(deng)(deng)大(da)事。另一方面，對(dui)(dui)礦業企業來說，隨著人口(kou)紅利的(de)消(xiao)失(shi)以及(ji)人們(men)對(dui)(dui)井下(xia)作(zuo)業危(wei)險性的(de)擔(dan)憂，越來越多的(de)人不(bu)愿(yuan)意從事井下(xia)工(gong)作(zuo)，煤(mei)礦招工(gong)難、用工(gong)難的(de)問(wen)題(ti)日(ri)益凸顯(xian)。
在此(ci)背景下(xia)，采掘工作面(mian)(mian)的(de)“少人(ren)化(hua)、無人(ren)化(hua)”一直是礦(kuang)山智能化(hua)轉型的(de)一個重要方(fang)向。國(guo)家發(fa)改(gai)委、能源局聯合發(fa)布的(de)《國(guo)家能源技術革命創新行動計劃 (2016–2030 年 )》中就明確指出，要在2020 年基(ji)本(ben)實現智能開采，重點煤(mei)礦(kuang)區采煤(mei)工作面(mian)(mian)人(ren)數減少 50% 以上，2030 年實現煤(mei)炭(tan)安全開采，重點煤(mei)礦(kuang)區基(ji)本(ben)實現工作面(mian)(mian)無人(ren)化(hua)。
通(tong)過在作(zuo)業(ye)現場(chang)部署多個高(gao)清攝像(xiang)頭(tou)，將現場(chang)環境(jing)信息(xi)完整(zheng)地傳(chuan)送到(dao)(dao)管理中心，再結(jie)合采(cai)礦(kuang)設(she)備(bei)(bei)本身的(de)(de)各(ge)種傳(chuan)感器信息(xi)上報(bao)，工(gong)作(zuo)人員就(jiu)可以在管理中心遠程操控各(ge)類設(she)備(bei)(bei)，從而(er)達到(dao)(dao)作(zuo)業(ye)現場(chang)“少人化、無人化”的(de)(de)目標(biao)。這個過程涉及大量(liang)設(she)備(bei)(bei)的(de)(de)接入(ru)、海量(liang)數據的(de)(de)傳(chuan)輸以及低(di)時延的(de)(de)控制操作(zuo)，都對網絡傳(chuan)輸的(de)(de)質量(liang)和(he)能力提出(chu)了(le)前所未有的(de)(de)要求。
傳(chuan)統有(you)(you)線(xian)(xian)傳(chuan)輸(shu)(shu)的(de)方(fang)式雖然信(xin)號(hao)(hao)穩定(ding)，但井下地形(xing)復雜，設(she)備繁多，給(gei)布線(xian)(xian)造成了很大的(de)困難(nan)。更重要的(de)是，由于液壓支架(jia)、采煤機、掘進機經常需要移動，信(xin)號(hao)(hao)傳(chuan)輸(shu)(shu)線(xian)(xian)纜經過多次折(zhe)疊后較易發生斷裂，很可能(neng)造成數據(ju)傳(chuan)輸(shu)(shu)中斷，從而影(ying)響(xiang)采礦作(zuo)業(ye)。WiFi無線(xian)(xian)網絡(luo)縱使能(neng)夠解決布線(xian)(xian)難(nan)題，但卻(que)存在信(xin)號(hao)(hao)抗(kang)干擾能(neng)力弱(ruo)、覆蓋面積有(you)(you)限(xian)、穿透(tou)力弱(ruo)、以及(ji)跨AP區域(yu)數據(ju)傳(chuan)輸(shu)(shu)時(shi)有(you)(you)明顯延遲等劣勢。同樣(yang)，4G也不能(neng)有(you)(you)效支持(chi)低時(shi)延要求的(de)各種控制信(xin)號(hao)(hao)的(de)傳(chuan)輸(shu)(shu)。
如今，憑借(jie)易部署、廣連接(jie)、大帶寬、超低時延等(deng)優勢，5G能(neng)(neng)夠滿足煤礦井下通信網絡對(dui)安全與性能(neng)(neng)的(de)要(yao)求，為煤礦行(xing)業的(de)智能(neng)(neng)化(hua)提供了加速度。
5G大帶寬為遠程管理奠定基礎
煤礦井下(xia)的日常作(zuo)業過程(cheng)會產生大量的數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)：包(bao)括空氣溫度、空氣濕度、巷道(dao)壓力等環(huan)境數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)，采煤工作(zuo)面、掘進工作(zuo)面、運輸轉載(zai)點等視(shi)頻(pin)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)，井下(xia)重要崗位工作(zuo)人員的通(tong)信對講數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)，以及液壓支架(jia)和泵站遠程(cheng)集中控(kong)制(zhi)等控(kong)制(zhi)類數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)。5G的大帶寬特性，為這些關鍵數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)的遠程(cheng)管理奠(dian)定了基礎。
例如，內(nei)蒙古某企業(ye)想要在總部實(shi)現對(dui)其(qi)所屬的(de)(de)全(quan)部煤(mei)(mei)礦(kuang)點(dian)的(de)(de)異地遠程管理，并對(dui)各(ge)種(zhong)監(jian)測數據(ju)系統及(ji)平臺進行統一綜合(he)管理，實(shi)現煤(mei)(mei)礦(kuang)大數據(ju)可視化及(ji)快速推送上屏顯(xian)示(shi)。基于客戶需(xu)求，廈門四信通(tong)信科技(ji)有(you)限公司（以下簡稱“四信通(tong)信”）為其(qi)量(liang)身定制了“5G智慧礦(kuang)井系統監(jian)測方案”，基于該(gai)方案打(da)造的(de)(de)煤(mei)(mei)礦(kuang)調度中(zhong)心，可滿足該(gai)企業(ye)日常指揮中(zhong)心各(ge)項數據(ju)展示(shi)、管理和(he)控制的(de)(de)需(xu)求，便于日常管理調度、各(ge)級領導參觀視察及(ji)綜合(he)匯報(bao)等工(gong)作開展。
5G+智慧礦山實(shi)時管理(li)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(guo)硬的(de)性能(neng)，礦井下的(de)5G網(wang)絡(luo)能(neng)夠實現安(an)全、獨(du)立、穩定的(de)運行，保(bao)證無(wu)線通信及數據(ju)傳輸(shu)的(de)可靠性、穩定性。
四信通信5G工業CPEF-NR200
無(wu)獨有(you)(you)偶，在山西、陜西的(de)(de)(de)多座礦山，宇祺（山東）智(zhi)能裝備有(you)(you)限公司(si)（以下簡(jian)稱“宇祺智(zhi)能”）也用其(qi)完(wan)整的(de)(de)(de)“5G礦用無(wu)線(xian)通信(xin)系(xi)統”，助力(li)客戶實(shi)現了井下作業情(qing)況(kuang)的(de)(de)(de)實(shi)時管(guan)理和控(kong)制。
礦用隔(ge)爆兼(jian)本安型(xing)5G CPE
宇(yu)祺智(zhi)能的該套系(xi)(xi)統分別采用了搭載(zai)芯訊通5G模組(zu)SIM8200EA-M2和(he)高(gao)(gao)(gao)新興5G模組(zu)GM800的5G CPE，都內置高(gao)(gao)(gao)通驍龍(long)X55芯片，使得煤(mei)礦(kuang)井(jing)(jing)下(xia)眾(zhong)多的設備——如煤(mei)礦(kuang)智(zhi)能巡檢(jian)(jian)機(ji)器(qi)人(ren)、煤(mei)礦(kuang)機(ji)器(qi)人(ren)、自動駕駛、綜采設備等煤(mei)礦(kuang)裝(zhuang)備系(xi)(xi)統能獲得高(gao)(gao)(gao)速的5G網(wang)絡連接，實(shi)(shi)現了井(jing)(jing)下(xia)語音、視頻、數據一網(wang)承載(zai)，各種智(zhi)能化操作系(xi)(xi)統信息(xi)的一網(wang)傳輸。井(jing)(jing)下(xia)作業的相關數據信息(xi)可(ke)以(yi)(yi)實(shi)(shi)時傳回(hui)至地面總調度室，調度人(ren)員通過大屏(ping)幕便可(ke)以(yi)(yi)實(shi)(shi)時觀看深井(jing)(jing)下(xia)的采掘、運(yun)輸、檢(jian)(jian)修等情(qing)況，實(shi)(shi)現井(jing)(jing)上(shang)井(jing)(jing)下(xia)實(shi)(shi)時通話(hua)，有效(xiao)(xiao)提高(gao)(gao)(gao)安(an)全性和(he)生(sheng)產效(xiao)(xiao)率。
宇祺智(zhi)能礦用5G隔爆兼本安型基站
宇祺(qi)智能總經理張建對高通的解(jie)決(jue)方(fang)案給予了(le)高度評價：“煤礦行業屬(shu)于工業防爆環境，系統建設難度大、穩(wen)定性(xing)要求高、生(sheng)命(ming)周(zhou)期(qi)長(chang)及兼容性(xing)強(qiang)，所(suo)以(yi)我(wo)們在開發智能化(hua)系統解(jie)決(jue)方(fang)案時，一個重要考量便是方(fang)案的穩(wen)定性(xing)和長(chang)期(qi)性(xing)。高通的5G技術(shu)具有(you)長(chang)期(qi)的規劃和完善的生(sheng)態，讓我(wo)們的解(jie)決(jue)方(fang)案沒有(you)后顧之(zhi)憂。”
5G低時延助力礦井設備遠程操控
在(zai)遠(yuan)程(cheng)管(guan)理的(de)基礎(chu)上，5G的(de)大帶寬、低時延特性還讓掘進機、鏟運機等設備(bei)的(de)遠(yuan)程(cheng)操控成為(wei)可能。
遠程(cheng)操(cao)控的(de)精髓在(zai)于“令行禁止”，即身處操(cao)作(zuo)室(shi)的(de)操(cao)作(zuo)員下(xia)達(da)指(zhi)令后(hou)，井下(xia)的(de)設備可以立即同步做出反應。為了讓操(cao)作(zuo)員可以擁(yong)有(you)一副“千里眼”，方案上往往會在(zai)設備上布(bu)置高清攝像(xiang)頭，模擬(ni)駕駛員駕駛視角(jiao)(jiao)，同時在(zai)四周的(de)環境中布(bu)置廣角(jiao)(jiao)攝像(xiang)頭，拼接360°全景影(ying)像(xiang)，然后(hou)將這些視頻影(ying)像(xiang)通過網絡傳(chuan)輸至(zhi)控制(zhi)室(shi)。
試(shi)想一下，如(ru)果(guo)(guo)操(cao)作(zuo)員(yuan)(yuan)看(kan)到(dao)的(de)(de)(de)(de)畫(hua)面(mian)(mian)和設備(bei)的(de)(de)(de)(de)實際動作(zuo)之(zhi)間存在(zai)很高(gao)的(de)(de)(de)(de)延遲，就(jiu)會(hui)影(ying)響開(kai)采效率，甚至造成設備(bei)的(de)(de)(de)(de)損耗。例(li)如(ru)，掘進機在(zai)挖掘的(de)(de)(de)(de)過程中可(ke)(ke)能會(hui)碰到(dao)硬(ying)度極高(gao)的(de)(de)(de)(de)巖石。過去，身處現場(chang)的(de)(de)(de)(de)操(cao)作(zuo)員(yuan)(yuan)看(kan)到(dao)這(zhe)類巖石的(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)候就(jiu)會(hui)立即按(an)下暫停鍵，避免機器去“硬(ying)碰硬(ying)”。而在(zai)遠程操(cao)作(zuo)的(de)(de)(de)(de)場(chang)景下，如(ru)果(guo)(guo)采用4G網絡，因為時(shi)(shi)延較高(gao)，等操(cao)作(zuo)員(yuan)(yuan)從視頻畫(hua)面(mian)(mian)里察覺到(dao)異常再(zai)操(cao)作(zuo)時(shi)(shi)已經來不及了，從而有可(ke)(ke)能導致(zhi)大(da)型設備(bei)的(de)(de)(de)(de)損耗。同理(li)，無(wu)極繩絞(jiao)車等設備(bei)的(de)(de)(de)(de)操(cao)作(zuo)時(shi)(shi)延都要求控制在(zai)30ms以內，而5G端到(dao)端的(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)延理(li)論(lun)上可(ke)(ke)達1ms，能夠完美滿足(zu)遠程控制場(chang)景下的(de)(de)(de)(de)通信需求，為礦(kuang)井無(wu)人化(hua)綜(zong)采的(de)(de)(de)(de)發展提供技術支撐。
在5G技術(shu)的賦能之下，四信通信和宇祺智(zhi)能已經在全國多(duo)地的礦(kuang)(kuang)井項(xiang)目(mu)中落地了(le)智(zhi)能化的解決方案，幫助客戶保障礦(kuang)(kuang)工人員安(an)全，提升開采作(zuo)業效率。
與此同時，四(si)信通信也在積極向全(quan)球市(shi)(shi)場(chang)推廣自己(ji)的(de)5G CPE產(chan)品。廈門四(si)信通信科技(ji)有限公司市(shi)(shi)場(chang)總監(jian)張志坤表示：“高通的(de)5G技(ji)術具備業界領先的(de)高能效(xiao)和高性能，芯片研發市(shi)(shi)場(chang)成(cheng)熟(shu)，產(chan)業鏈完善(shan)，規模化量產(chan)能夠(gou)幫助我們(men)的(de)產(chan)品贏得市(shi)(shi)場(chang)先機。更為重要的(de)是，高通全(quan)球化的(de)5G解決方案能夠(gou)滿足5G終端在世界各個地區(qu)和國家的(de)設計需求，這對我們(men)開(kai)拓海外市(shi)(shi)場(chang)具有重要的(de)戰略(lve)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(da)數(shu)據技術進一步成(cheng)熟的(de)(de)基礎下(xia)，礦井作(zuo)業(ye)將實現開采面無(wu)(wu)(wu)人作(zuo)業(ye)、掘進面無(wu)(wu)(wu)人作(zuo)業(ye)、危險場所無(wu)(wu)(wu)人作(zuo)業(ye)、大(da)型設備無(wu)(wu)(wu)人作(zuo)業(ye)，直到(dao)整(zheng)座礦山無(wu)(wu)(wu)人作(zuo)業(ye)，形成(cheng)真(zhen)正智慧化的(de)(de)無(wu)(wu)(wu)人礦山。
