作為人類世(shi)(shi)界使用(yong)(yong)的(de)主(zhu)要能源之一，煤(mei)炭素來被(bei)譽為“黑色的(de)金(jin)子(zi)”、“工業的(de)食(shi)糧”。我國是煤(mei)炭消(xiao)費(fei)大(da)國，也是世(shi)(shi)界上最早發現和利用(yong)(yong)煤(mei)炭的(de)國家之一，對于(yu)煤(mei)炭開(kai)采已有幾千年(nian)的(de)歷史(shi)。
傳(chuan)統的(de)煤(mei)炭生(sheng)產方式(shi)存在礦難(nan)事(shi)件頻發(fa)、人工(gong)成本居高不下、礦工(gong)作業艱苦危險、開采(cai)效率難(nan)以提升等問(wen)題。隨著信息(xi)技術的(de)發(fa)展(zhan)，煤(mei)礦開采(cai)已經從最初簡單的(de)人工(gong)挖礦發(fa)展(zhan)為(wei)機(ji)械化(hua)采(cai)礦，并進一(yi)步向數字(zi)化(hua)、智能化(hua)發(fa)展(zhan)。
2020年(nian)3月，國家(jia)發(fa)改委(wei)等8部(bu)委(wei)聯合(he)發(fa)布(bu)了《關于加快煤(mei)(mei)礦(kuang)智(zhi)能化(hua)(hua)(hua)發(fa)展的指導意見》，提出煤(mei)(mei)礦(kuang)智(zhi)能化(hua)(hua)(hua)是煤(mei)(mei)炭(tan)工業高質量(liang)發(fa)展的核心技(ji)(ji)術支撐。順(shun)應大勢，各(ge)大礦(kuang)業集團近年(nian)來也正積極推動智(zhi)能礦(kuang)山(shan)建設(she)，實現(xian)煤(mei)(mei)礦(kuang)井下“少人(ren)化(hua)(hua)(hua)、無(wu)人(ren)化(hua)(hua)(hua)”的作(zuo)業流程。而(er)以5G 為代表的新一(yi)代通信技(ji)(ji)術，則(ze)從根本上解決了傳統網絡(luo)技(ji)(ji)術難以滿足井下環境惡劣、移動生產、設(she)備及傳感(gan)器數量(liang)龐大等生產特點的問題。
智能采礦向“無人化、少人化”轉型
某(mou)種意(yi)義上，煤(mei)礦井下就像一個微(wei)型(xing)的地下城市(shi)，里面(mian)的巷道錯(cuo)綜復(fu)雜，包(bao)括掘進(jin)機(ji)、采煤(mei)機(ji)、皮帶機(ji)、液壓(ya)支架在內(nei)的大量機(ji)械設備不知疲倦(juan)地執行著(zhu)采掘、運輸、洗選、提升(sheng)以(yi)及(ji)生產輔助等日常作(zuo)業，其中的很多(duo)設備都需要人工來進(jin)行操控(kong)。
人(ren)(ren)工井下(xia)(xia)作業(ye)存在(zai)的(de)(de)(de)(de)(de)問(wen)題顯(xian)而易(yi)(yi)見。一(yi)方(fang)(fang)面，對操作員們而言，煤礦采掘工作面環(huan)境復雜，危(wei)險(xian)因素多，地質條件(jian)相對比較惡劣，水、瓦斯(si)、粉塵等(deng)自然災害的(de)(de)(de)(de)(de)潛在(zai)威(wei)脅普(pu)遍(bian)存在(zai)，而且日(ri)常勞動強度極大(da)，操作不(bu)當時還易(yi)(yi)發生(sheng)危(wei)險(xian)事故。根據中國煤炭工業(ye)協會的(de)(de)(de)(de)(de)數據，2020年我(wo)國煤礦發生(sheng)死(si)亡(wang)事故122起、死(si)亡(wang)225人(ren)(ren)，雖然相比往年人(ren)(ren)員傷亡(wang)數量(liang)持續降(jiang)低，但畢(bi)竟生(sheng)命(ming)無價，安全問(wen)題始(shi)終都是煤礦生(sheng)產的(de)(de)(de)(de)(de)頭等(deng)大(da)事。另一(yi)方(fang)(fang)面，對礦業(ye)企業(ye)來說，隨著人(ren)(ren)口(kou)紅利(li)的(de)(de)(de)(de)(de)消失以及人(ren)(ren)們對井下(xia)(xia)作業(ye)危(wei)險(xian)性的(de)(de)(de)(de)(de)擔憂(you)，越來越多的(de)(de)(de)(de)(de)人(ren)(ren)不(bu)愿意從事井下(xia)(xia)工作，煤礦招工難、用工難的(de)(de)(de)(de)(de)問(wen)題日(ri)益凸顯(xian)。
在(zai)(zai)此背景(jing)下，采掘(jue)工作(zuo)面的“少人化、無人化”一直(zhi)是礦(kuang)(kuang)山智(zhi)能(neng)化轉(zhuan)型的一個重(zhong)要方向(xiang)。國家發(fa)改委、能(neng)源局聯合發(fa)布的《國家能(neng)源技術革命創新行動計(ji)劃 (2016–2030 年(nian) )》中就明確指出，要在(zai)(zai)2020 年(nian)基本(ben)實(shi)現(xian)智(zhi)能(neng)開采，重(zhong)點煤(mei)礦(kuang)(kuang)區(qu)采煤(mei)工作(zuo)面人數減少 50% 以上，2030 年(nian)實(shi)現(xian)煤(mei)炭安全(quan)開采，重(zhong)點煤(mei)礦(kuang)(kuang)區(qu)基本(ben)實(shi)現(xian)工作(zuo)面無人化。
通過在作(zuo)(zuo)業現場部(bu)署(shu)多個高清攝像頭，將現場環境(jing)信息完(wan)整地傳(chuan)送到管(guan)理(li)中心，再結合(he)采(cai)礦設(she)備本(ben)身的(de)(de)(de)各(ge)種傳(chuan)感器信息上(shang)報，工作(zuo)(zuo)人員(yuan)就可(ke)以(yi)在管(guan)理(li)中心遠(yuan)程(cheng)操控各(ge)類設(she)備，從而達到作(zuo)(zuo)業現場“少人化、無人化”的(de)(de)(de)目標。這個過程(cheng)涉及大量設(she)備的(de)(de)(de)接入、海量數據的(de)(de)(de)傳(chuan)輸以(yi)及低時延的(de)(de)(de)控制操作(zuo)(zuo)，都對網絡(luo)傳(chuan)輸的(de)(de)(de)質量和能力(li)提出了前(qian)所未有(you)的(de)(de)(de)要求。
傳(chuan)(chuan)統有線傳(chuan)(chuan)輸(shu)的方式雖然信號穩(wen)定，但(dan)井下地形復雜(za)，設備繁多(duo)，給布線造(zao)成了很(hen)大的困難。更(geng)重要的是，由于液壓支架、采煤機(ji)(ji)、掘進機(ji)(ji)經(jing)常需要移動，信號傳(chuan)(chuan)輸(shu)線纜經(jing)過多(duo)次折疊后較(jiao)易發生斷裂(lie)，很(hen)可能造(zao)成數(shu)據(ju)傳(chuan)(chuan)輸(shu)中(zhong)斷，從而影響采礦作業。WiFi無線網絡縱使(shi)能夠(gou)解決布線難題，但(dan)卻存在信號抗(kang)干擾能力(li)弱、覆蓋面積有限、穿透力(li)弱、以及跨(kua)AP區域數(shu)據(ju)傳(chuan)(chuan)輸(shu)時有明(ming)顯延(yan)遲等劣勢。同樣，4G也不能有效支持低時延(yan)要求的各(ge)種控制信號的傳(chuan)(chuan)輸(shu)。
如今(jin)，憑借易(yi)部(bu)署、廣連接、大帶(dai)寬、超低時延(yan)等(deng)優勢，5G能(neng)夠滿足煤(mei)礦井下通(tong)信網(wang)絡(luo)對安全與性能(neng)的要求，為(wei)煤(mei)礦行業的智能(neng)化提(ti)供了加(jia)速度(du)。
5G大帶寬為遠程管理奠定基礎
煤(mei)礦(kuang)井下(xia)的(de)日常作(zuo)(zuo)業過程會產(chan)生大(da)量的(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)：包括(kuo)空(kong)氣(qi)(qi)溫度(du)、空(kong)氣(qi)(qi)濕度(du)、巷道壓力(li)等(deng)環境數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)，采煤(mei)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)面、掘進工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)面、運輸轉載點(dian)等(deng)視(shi)頻數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)，井下(xia)重要崗位工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)人(ren)員的(de)通(tong)信對講數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)，以(yi)及液壓支架和泵(beng)站遠程集中控制(zhi)等(deng)控制(zhi)類數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)。5G的(de)大(da)帶寬(kuan)特性(xing)，為這些關鍵數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)的(de)遠程管理奠(dian)定了(le)基礎。
例如，內蒙(meng)古某企(qi)業(ye)(ye)想要在總部實(shi)(shi)現對(dui)其所屬的全部煤礦點的異(yi)地遠程管(guan)(guan)理，并對(dui)各種(zhong)監(jian)測(ce)數(shu)(shu)據系(xi)統(tong)及(ji)平臺進(jin)行統(tong)一(yi)綜(zong)合管(guan)(guan)理，實(shi)(shi)現煤礦大數(shu)(shu)據可(ke)視化及(ji)快(kuai)速推送上屏顯(xian)示。基于客戶(hu)需求，廈門四信(xin)(xin)通(tong)信(xin)(xin)科(ke)技有限(xian)公司（以下簡(jian)稱“四信(xin)(xin)通(tong)信(xin)(xin)”）為其量身定制了“5G智慧礦井系(xi)統(tong)監(jian)測(ce)方案(an)”，基于該(gai)方案(an)打造的煤礦調度中心，可(ke)滿足該(gai)企(qi)業(ye)(ye)日常指揮(hui)中心各項數(shu)(shu)據展示、管(guan)(guan)理和(he)控制的需求，便于日常管(guan)(guan)理調度、各級領導(dao)參(can)觀視察及(ji)綜(zong)合匯報(bao)等工作開展。
5G+智慧(hui)礦(kuang)山實時管理應用
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(ying)的(de)性能(neng)(neng)，礦井下的(de)5G網(wang)絡(luo)能(neng)(neng)夠實(shi)現安全、獨(du)立、穩定(ding)的(de)運行(xing)，保證(zheng)無線(xian)通(tong)信及數據傳(chuan)輸(shu)的(de)可靠性、穩定(ding)性。
四(si)信通(tong)信5G工業CPEF-NR200
無(wu)獨有(you)偶，在山(shan)西(xi)、陜(shan)西(xi)的多座礦(kuang)山(shan)，宇(yu)祺（山(shan)東）智(zhi)能裝備(bei)有(you)限(xian)公(gong)司（以下簡稱(cheng)“宇(yu)祺智(zhi)能”）也用其(qi)完整的“5G礦(kuang)用無(wu)線通(tong)信系統”，助力客(ke)戶實現了井下作業情況(kuang)的實時管(guan)理和控制(zhi)。
礦用隔爆兼本(ben)安型5G CPE
宇祺智(zhi)能(neng)的該套系(xi)統分(fen)別采(cai)用(yong)了搭載芯訊通(tong)5G模組(zu)SIM8200EA-M2和(he)高(gao)新興5G模組(zu)GM800的5G CPE，都內置高(gao)通(tong)驍龍X55芯片，使得煤礦(kuang)(kuang)井(jing)(jing)下(xia)眾多的設備——如煤礦(kuang)(kuang)智(zhi)能(neng)巡檢機器人(ren)、煤礦(kuang)(kuang)機器人(ren)、自(zi)動駕(jia)駛(shi)、綜采(cai)設備等(deng)煤礦(kuang)(kuang)裝備系(xi)統能(neng)獲得高(gao)速的5G網(wang)絡連接，實現了井(jing)(jing)下(xia)語音(yin)、視(shi)頻、數據一網(wang)承載，各種(zhong)智(zhi)能(neng)化操作(zuo)系(xi)統信息的一網(wang)傳輸。井(jing)(jing)下(xia)作(zuo)業的相(xiang)關數據信息可(ke)以實時(shi)傳回至(zhi)地面總(zong)調度室，調度人(ren)員通(tong)過大屏幕便(bian)可(ke)以實時(shi)觀(guan)看(kan)深井(jing)(jing)下(xia)的采(cai)掘、運輸、檢修等(deng)情(qing)況，實現井(jing)(jing)上(shang)井(jing)(jing)下(xia)實時(shi)通(tong)話，有效提高(gao)安全性和(he)生產效率。
宇(yu)祺智(zhi)能礦用(yong)5G隔爆兼本安型基(ji)站
宇祺(qi)智(zhi)能總經理張建對(dui)高通(tong)的(de)解(jie)決(jue)(jue)(jue)方(fang)案給予了高度(du)評價：“煤礦行業屬(shu)于工業防爆環境，系統建設難度(du)大、穩定(ding)性要(yao)求高、生命周期長(chang)及兼容性強(qiang)，所以我們在開發智(zhi)能化系統解(jie)決(jue)(jue)(jue)方(fang)案時，一個重要(yao)考量便是方(fang)案的(de)穩定(ding)性和長(chang)期性。高通(tong)的(de)5G技術具(ju)有長(chang)期的(de)規劃和完善的(de)生態，讓我們的(de)解(jie)決(jue)(jue)(jue)方(fang)案沒有后(hou)顧之(zhi)憂。”
5G低時延助力礦井設備遠程操控
在遠(yuan)(yuan)程管理的基礎上，5G的大(da)帶寬(kuan)、低時延特性還讓掘(jue)進機、鏟運機等設(she)備(bei)的遠(yuan)(yuan)程操控成(cheng)為可能(neng)。
遠(yuan)程(cheng)操控的(de)精髓在于“令行(xing)禁(jin)止”，即身處操作室的(de)操作員(yuan)下達(da)指令后，井下的(de)設備可(ke)以(yi)立即同步(bu)做出反應。為了(le)讓操作員(yuan)可(ke)以(yi)擁有一(yi)副“千里眼”，方案上往(wang)(wang)往(wang)(wang)會在設備上布置高清攝像頭，模(mo)擬駕駛員(yuan)駕駛視角(jiao)，同時在四周的(de)環境中布置廣(guang)角(jiao)攝像頭，拼接360°全(quan)景影像，然(ran)后將這些視頻影像通過網(wang)絡傳輸至控制室。
試想(xiang)一(yi)下，如果操(cao)作(zuo)員看到(dao)(dao)的(de)(de)畫面和設備(bei)的(de)(de)實際(ji)動作(zuo)之間存在(zai)(zai)很高的(de)(de)延(yan)(yan)遲，就(jiu)會(hui)影響(xiang)開采效率，甚至(zhi)造成(cheng)設備(bei)的(de)(de)損耗。例如，掘(jue)進機在(zai)(zai)挖掘(jue)的(de)(de)過程中可(ke)能會(hui)碰到(dao)(dao)硬度極高的(de)(de)巖石(shi)。過去(qu)，身處現場的(de)(de)操(cao)作(zuo)員看到(dao)(dao)這類巖石(shi)的(de)(de)時(shi)(shi)(shi)(shi)候就(jiu)會(hui)立(li)即按下暫(zan)停(ting)鍵，避免機器去(qu)“硬碰硬”。而在(zai)(zai)遠程操(cao)作(zuo)的(de)(de)場景下，如果采用4G網絡，因為(wei)時(shi)(shi)(shi)(shi)延(yan)(yan)較(jiao)高，等操(cao)作(zuo)員從視頻畫面里察覺到(dao)(dao)異常再操(cao)作(zuo)時(shi)(shi)(shi)(shi)已經(jing)來不及了，從而有可(ke)能導致大型設備(bei)的(de)(de)損耗。同理(li)，無(wu)極繩絞車等設備(bei)的(de)(de)操(cao)作(zuo)時(shi)(shi)(shi)(shi)延(yan)(yan)都(dou)要求控制在(zai)(zai)30ms以內，而5G端到(dao)(dao)端的(de)(de)時(shi)(shi)(shi)(shi)延(yan)(yan)理(li)論(lun)上可(ke)達1ms，能夠完美滿足遠程控制場景下的(de)(de)通信需求，為(wei)礦(kuang)井無(wu)人(ren)化(hua)綜采的(de)(de)發(fa)展提(ti)供技術支撐。
在5G技(ji)術(shu)的賦能(neng)之下，四信通信和宇祺智(zhi)能(neng)已經在全國多地的礦(kuang)(kuang)井項目(mu)中落地了智(zhi)能(neng)化的解決方案，幫助客(ke)戶保障礦(kuang)(kuang)工(gong)人(ren)員(yuan)安全，提升開采作業效率。
與此同時，四信(xin)通(tong)(tong)信(xin)也在積極向全(quan)球市(shi)場(chang)(chang)(chang)推廣(guang)自己的(de)5G CPE產品。廈門四信(xin)通(tong)(tong)信(xin)科技有限(xian)公司市(shi)場(chang)(chang)(chang)總監張志坤表示(shi)：“高通(tong)(tong)的(de)5G技術具備(bei)業界領先(xian)的(de)高能(neng)效和(he)高性能(neng)，芯片研發(fa)市(shi)場(chang)(chang)(chang)成(cheng)熟，產業鏈完(wan)善，規模化量產能(neng)夠幫助我們(men)的(de)產品贏得市(shi)場(chang)(chang)(chang)先(xian)機。更為重(zhong)要的(de)是，高通(tong)(tong)全(quan)球化的(de)5G解決(jue)方(fang)案能(neng)夠滿足(zu)5G終(zhong)端在世界各個地區和(he)國(guo)家(jia)的(de)設計需(xu)求(qiu)，這對我們(men)開拓海外市(shi)場(chang)(chang)(chang)具有重(zhong)要的(de)戰略(lve)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(bu)成(cheng)熟(shu)的(de)基礎下，礦(kuang)井(jing)作(zuo)業(ye)將實現開采(cai)面無(wu)人作(zuo)業(ye)、掘進(jin)面無(wu)人作(zuo)業(ye)、危(wei)險場所無(wu)人作(zuo)業(ye)、大型(xing)設備(bei)無(wu)人作(zuo)業(ye)，直到整座礦(kuang)山無(wu)人作(zuo)業(ye)，形成(cheng)真(zhen)正智(zhi)慧(hui)化的(de)無(wu)人礦(kuang)山。
