編者按

地下534米的礦井深處，全球最深5G網(wǎng)絡正在賦予黑黝黝的礦井新的活力……在5G技術的支撐下，采礦業(yè)的“智變”正在加速推進。對于安全生產(chǎn)高于一切的采礦業(yè)來說，智能化替代已是行業(yè)剛需。而以5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等為代表的新基建不僅將成為采礦業(yè)安全、智能、綠色的保障，也將帶來新一輪大規(guī)模產(chǎn)業(yè)調(diào)整，一場轟轟烈烈的數(shù)字化變革將在中國采礦業(yè)展開。

礦井深處5G顯威

□記者 梁曉飛 張磊 王皓 太原報道

“5G網(wǎng)絡，對于別的行業(yè)是錦上添花，但對于采煤行業(yè)來說，就是雪中送炭。”山西一位參與5G煤礦建設的負責人由衷感慨。

5G技術問世不久，煤炭大省山西就把5G網(wǎng)絡帶到了數(shù)百米深的礦井深處。2019年5月，山西新元煤礦在地下534米處開通了我國首個煤礦井下5G網(wǎng)絡，成為全球最深的5G網(wǎng)絡。此后，全國煤礦智能化建設明顯提速。在山西，類似的智能煤礦已有16座。

在近日召開的2021世界5G大會上，“新元煤礦5G智慧礦山項目”榮獲5G應用設計揭榜賽決賽一等獎。“5G+煤礦”的奇妙組合，再度引發(fā)關注。

一趟全新的“地心之旅”

智能巡檢機器人、一鍵呼叫“網(wǎng)約車”、實時手機視頻通話，黑黝黝的礦井被科技賦予新的活力。記者日前來到晉能控股集團塔山煤礦，深入地下500米，實地探訪5G智慧煤礦。換上礦工服，隨身攜帶GPS定位卡、氧氣自救器、5G礦用防爆手機等裝備，記者乘坐無軌膠輪車，開啟了全新的“地心之旅”。

漆黑的巷道中，駕駛位右前方一塊明亮的導航屏幕首先吸引了記者的注意。“我們當前的行車軌跡，正清晰地顯示在地面指揮中心的大屏上。”同行的塔山煤礦綜采二隊電工陳建龍說，有了它，這輛車就具備了“網(wǎng)約車”功能。

大學畢業(yè)后，陳建龍已經(jīng)在井下工作了9年。“井下不能帶手機、刷視頻，連設備維護也不能上網(wǎng)查資料。每天下午2點多下井，上來就晚上11點多了，中間幾乎與世隔絕。”

在巷道上方，可以看見山西聯(lián)通與華為公司聯(lián)合部署的5G基站。陳建龍說，5G入井后，各個作業(yè)點的畫面、數(shù)據(jù)都能實時傳回地面。“井上井下被網(wǎng)絡連起來了，曾經(jīng)的隔絕感也漸漸消除。”

經(jīng)過40分鐘的井下路程，記者抵達了二盤區(qū)變電所和水泵房。這里相當于煤礦的“心臟”，為井下設備提供電力。寬敞明亮的工作區(qū)域內(nèi)，20多臺電氣設備整齊擺放。井上指揮中心一聲令下，自動巡檢機器人就可啟動工作，將檢查的信息實時傳輸?shù)降孛妗?/p>

“有了智能巡檢機器人的幫助，變電所和水泵房的人工工作量可減少80%以上。”塔山煤礦研發(fā)中心主任王偉光說，巡檢機器人搭載傳感器，能夠感知周邊環(huán)境，每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量有4萬多條，能夠及時發(fā)現(xiàn)異常情況，第一時間排查隱患。

從水泵房離開時，記者體驗到了井下“一鍵叫車”的便捷。只需要在手機上打開相應的叫車軟件，點擊用車申請，不到一分鐘，附近的一輛膠輪車就來到了面前。

大約20分鐘后，記者來到井下8303綜放工作面，采煤機、液壓支架、運輸皮帶隆隆作響，降塵水霧自動噴灑。潮濕的環(huán)境里，眼鏡頓時蒙上了一層水汽。

“這是人員定位基站，那是位移傳感器……”站在一根根液壓支架間，陳建龍一一為記者介紹。采煤一線設備繁多，一個工作面光傳感器就有1500多個，每個機器后面都有一條線路，這些光纜、信號線匯總到井下控制臺?？刂婆_隨采煤機移動，一條線路出了故障，就需要一根一根地排除，工作量之大難以想象。

塔山煤礦副總經(jīng)理張興說，5G基站入駐采煤工作面后，已經(jīng)有11種傳感器改為無線傳輸。原先采煤工作面一個班20多名礦工，經(jīng)過智能化改造，目前已減員30%至40%。

結束井下采訪后，又經(jīng)過約40分鐘車程，記者回到地面。此時天色已黑，煤炭仍在源源不斷地隨著運輸皮帶涌出地面。

智能化替代成行業(yè)剛需

一改往日的“黑”面孔，穿西服、打領帶，坐在屋里把煤采，礦山的智能化改造讓煤礦工人換新顏。

記者走訪多座5G煤礦發(fā)現(xiàn)，智能化進一步降低了煤礦企業(yè)綜合維護成本，極大提高綜采效率，讓無人化、少人化的井下開采成為可能。以往20人班組完成的任務由現(xiàn)在每班七八個人便可完成，并且全都離開了工作面。依托這種智能化綜放開采設備和技術，塔山煤礦實現(xiàn)了用設備替代人工，將采煤工效提升了42%，生產(chǎn)能耗較以往降低了5%以上。

“生產(chǎn)設備的數(shù)字化升級大大減少了資源的浪費，過去很多崗位工人三班倒生產(chǎn)，現(xiàn)在實現(xiàn)了人力解放。”王偉光說，“人力解放并不是辭退工人，而是培訓工人由強體力勞動向高技術含量轉型，把‘藍領’變成‘白領’。”

對于礦山行業(yè)來說，安全生產(chǎn)高于一切。

日前，由晉能控股集團與國內(nèi)科研院所聯(lián)合研發(fā)的，全國首臺適用于井下開展常態(tài)化危險氣體巡檢的機器人正式下井。它可以替代以往的瓦檢工，在井下巷道復雜地形，可以進行現(xiàn)場環(huán)境探測和音視頻采集，進行井下危險氣體的常態(tài)化巡檢。

“各種智能化操作系統(tǒng)信息一網(wǎng)傳輸，礦井在智能化操作、安全生產(chǎn)以及生產(chǎn)效率等方面實現(xiàn)了重大變化。井下只要出現(xiàn)風險點，便會通過4K高清攝像頭、NB傳感器等設備將數(shù)據(jù)精準、迅速回傳至地面總調(diào)度室，井上的指令下達沒有了時延，安全性和生產(chǎn)效率大大提升。”張興說。

煤炭行業(yè)的“智變”正在加速推進。新基建不僅保障采掘業(yè)安全、智能、綠色開采，也給煤炭行業(yè)帶來了新一輪的產(chǎn)業(yè)調(diào)整。煤炭行業(yè)也在試圖突破“數(shù)據(jù)孤島”的瓶頸，進行一場數(shù)字化革命。

落地關鍵在于應用

中國工程院院士王國法表示，我國煤礦智能化建設仍處于培育示范階段，距離實現(xiàn)全面智能化還有不小差距。目前，我國煤礦智能化建設還存在諸多“痛點”須全力消除。痛點之一就是，5G應用場景和生態(tài)匱乏，有待進一步挖掘。

“5G網(wǎng)絡應用，對煤炭行業(yè)來說是必然趨勢。”張興坦言，從4G到5G，在日常生活中的應用過渡得很自然，但對于煤礦來說，需要克服很多困難，應理性考慮，不能盲目追求高大上。

首先，5G信號在井下的傳播面臨很多苛刻的要求。井下巷道、密布的電纜、管路和拐角等都會對信號形成干擾，這些都會對技術攻關提出新要求。“簡單說，在地面只需要28個基站就可以實現(xiàn)對園區(qū)的全覆蓋，但在井下128個基站都很難達到使用要求。”張興說。

其次，許多現(xiàn)有的井下設備還未搭載適用的5G模塊。“就像4G手機跑不了5G網(wǎng)絡一樣，有了5G網(wǎng)絡只是第一步，還需要相應的設備或模塊。”張興說，目前煤礦對礦用5G模塊的需求非常迫切，市面上有哪些產(chǎn)品，就用哪些產(chǎn)品。

以傳感器為例，5G網(wǎng)絡搭建完成后，理論上講，所有井下傳感器都可以變成無線的。但目前，塔山煤礦只應用了11種無線傳感器。“如果這些問題解決不了，就談不上減員增效的問題。”張興說。

再次，5G只是搭建了一個通信網(wǎng)絡，智能化建設仍有許多技術受限。比如，理想的智能化割煤是一種“透明割煤”，需要建立井下三維模型，只割煤不割石頭或矸石。然而，目前的物理探測技術只能探出一個輪廓，分辨不清哪些是煤炭、哪些是石頭。

王國法表示，地質(zhì)探測技術與裝備的智能化，探測信息的數(shù)字化、模型化及地質(zhì)信息與工程信息的有效融合，是打造“透明地質(zhì)”或“透明工作面”的基礎。目前，受地質(zhì)探測理論、技術與裝備發(fā)展水平的限制，“透明地質(zhì)”技術保障支撐能力明顯不足。

“煤層就像一個夾心蛋糕，大家都想要把煤炭采干凈，留下矸石。這一想法并沒有卡在通信領域，問題出在傳感器和數(shù)據(jù)分析方面。”張興說，5G煤礦這架“飛機”已經(jīng)飛起來，但關鍵要落地，不能在空中解體。而落地的關鍵在于應用。

“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”改寫采礦史

□記者 陳愛平 陳云富 李唐寧

上海報道

“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”正在采礦業(yè)表現(xiàn)出巨大的市場空間和強勁的發(fā)展后勁。

“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”加速落地

近日，中國移動上海產(chǎn)業(yè)研究院與華電煤業(yè)集團有限公司、中興通訊北京分公司等簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，三方將在產(chǎn)品創(chuàng)新、商機拓展、技術研發(fā)、項目共建等方面實現(xiàn)深化合作，推動5G與煤礦行業(yè)深度融合。據(jù)中國移動上海產(chǎn)業(yè)研究院副總經(jīng)理陳豫蓉介紹，三方推動的5G+智慧礦山解決方案將基于一站、一柜、一平臺的創(chuàng)新架構，通過新型云網(wǎng)基礎設施構建大帶寬、低時延、高安全隔離的定制化專網(wǎng)，以“井上井下一張網(wǎng)”的形式承載礦區(qū)各種業(yè)務，靈活滿足礦山場景需求，提高礦山行業(yè)生產(chǎn)安全水平，推進以降本增效為核心的產(chǎn)業(yè)升級，助力礦山行業(yè)數(shù)字化轉型。

截至2020年底，我國已建成400多個智能化采掘工作面，19種煤礦機器人在井下使用，71處煤礦列入國家首批智能化示范建設煤礦，“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”助力采礦行業(yè)數(shù)字化轉型的巨大潛力正不斷釋放。工信部數(shù)據(jù)顯示，全國“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”項目超過1500個，175個礦山實現(xiàn)5G應用商用落地。

自今年采礦行業(yè)“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”現(xiàn)場工作會以來，全國采礦業(yè)“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”建設更是明顯提速。截至7月中旬，山西、內(nèi)蒙古、山東、河南、甘肅、安徽、陜西、廣東、江蘇等多省新上采礦類“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”項目28個，簽約金額約3.5億元。

基礎電信企業(yè)加快能力整合，不斷完善采礦業(yè)“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”產(chǎn)品體系，結合采礦業(yè)實際需求細化遠程設備操控、機器視覺質(zhì)檢、設備故障診斷、無人智能巡檢、生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)測等十大典型應用場景，形成了涵蓋礦區(qū)信息基礎設施建設、掘進與綜采設備管控、安全監(jiān)測與管理、生產(chǎn)流程控制、生產(chǎn)經(jīng)營管理等大類的近100余款“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”產(chǎn)品，為采礦企業(yè)提供“菜單式”“一站式”服務。

采礦行業(yè)則主動探索5G與云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息通信技術在采礦行業(yè)的融合創(chuàng)新應用模式，加快探索“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”助力“機進人退”，實現(xiàn)井下作業(yè)少人化、無人化，推動礦山數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化發(fā)展，加快探索透明礦山、智慧礦山、綠色礦山建設等方面的新模式新路徑。

典型應用場景逐步形成

“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”如何影響采礦業(yè)?專家分析，安全生產(chǎn)是采礦行業(yè)的紅線。在露天礦環(huán)境中，因礦山石墜落易引起開采人員傷亡，多層重疊采空區(qū)常出現(xiàn)塌方、滑坡、瓦斯爆炸、沖擊地壓等事故風險。在井工礦環(huán)境中，存在高溫、高濕、粉塵等惡劣工作環(huán)境，工人長時間高強度井下作業(yè)對健康造成較大威脅。

針對上述行業(yè)生產(chǎn)重點難點，“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”在采礦領域的應用場景主要集中在四個方面：一是5G技術高效支撐井下綜采設備的遠程操控，實現(xiàn)“機進人退”;二是5G新技術可以支撐井下工作面的遠程監(jiān)控，助力井下自然災害防治和人員管理;三是5G技術助力實現(xiàn)井下作業(yè)的少人化、無人化，有效緩解招工難問題;四是5G技術助力礦山設備數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化，大幅提升井下采掘效率。

遠程設備操控方面，新元煤礦與中國移動在山西省開通5G煤礦井下網(wǎng)絡，建成井下“超千兆上行”煤礦5G專用網(wǎng)絡，相關應用實現(xiàn)對掘進機、挖煤機、液壓支架等綜采設備的實時遠程操控，以及對爆破全過程的高清監(jiān)測與控制。內(nèi)蒙古白云鄂博鐵礦與中國移動等企業(yè)合作建成了5G無人礦卡指揮中心，部署了礦用汽車遠程操控平臺，完成6臺礦用汽車純線控硬件改造，實現(xiàn)了車輛運行的實時精準控制、數(shù)據(jù)同步回傳等功能。

設備協(xié)同作業(yè)方面，千業(yè)水泥與中國移動在河南省焦作市開展“千業(yè)5G礦山綠色智能及礦產(chǎn)資源綜合利用”項目建設，搭建5G網(wǎng)絡，融合北斗高精度定位、車聯(lián)網(wǎng)技術、純電礦卡能量回收技術，實現(xiàn)了無人礦車的自動駕駛和協(xié)同編隊、作業(yè)區(qū)域內(nèi)車輛的集群調(diào)度，設備作業(yè)效率提升10%以上。晉能控股集團與中國聯(lián)通合作，依托5G智慧網(wǎng)絡平臺的大數(shù)據(jù)分析，在塔山煤礦推廣應用“網(wǎng)約車”模式，實現(xiàn)了井下無軌膠輪車運行管理的數(shù)字化和智能化，整體運行效率提升了30%左右。

無人智能巡檢方面，龐龐塔煤礦與中國聯(lián)通在山西省開展“5G+智能礦山”項目建設，在井下變電硐室和水泵房的排水、供電等設備遠程集中監(jiān)控的基礎上，增加安裝5G模組的巡檢機器人，通過5G網(wǎng)絡進行硐室4K高清視頻回傳、機器人監(jiān)測數(shù)據(jù)回傳和機器人實時控制，5G技術支撐實現(xiàn)運輸機、皮帶等設備的無人巡檢。山東三山島金礦引入5G+鑿巖車、5G+遠程破碎系統(tǒng)、運轉系統(tǒng)無人化等場景，不但實現(xiàn)工人從井下轉移到地表，解決了礦山安全生產(chǎn)等諸多問題，而且掘進和運送效率提高了近25%。

生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)測方面，鮑店煤礦與中國聯(lián)通在山東省濟南市開展“礦用高可靠5G專網(wǎng)系統(tǒng)及應用”項目建設，用高可靠5G專網(wǎng)系統(tǒng)及應用，針對極端嚴苛的煤礦生產(chǎn)控制場景，通過5G+機器人、5G+視覺識別等手段對設備狀態(tài)、氣體濃度、綜合環(huán)境進行實時監(jiān)測，實時回傳至調(diào)度指揮中心。陜西小保當煤礦與華為、中國電信、中國礦業(yè)大學、中煤科工集團進行產(chǎn)學研合作，組建“井上井下一體化網(wǎng)絡”，實現(xiàn)5G信號覆蓋到礦區(qū)園區(qū)及礦井主要工作面，實現(xiàn)對工業(yè)園區(qū)、生活園區(qū)的統(tǒng)一管控，利用傳感器數(shù)據(jù)傳輸及分析實現(xiàn)生產(chǎn)設備在線監(jiān)控，提高了工作效率，降低了人員的工作強度。

打通行業(yè)壁壘 深化融合應用

業(yè)內(nèi)認為，目前采礦行業(yè)發(fā)展面臨著需求增速放緩、環(huán)境制約趨緊、要素成本上升、安全生產(chǎn)壓力大等諸多挑戰(zhàn)，應推動打通行業(yè)壁壘，深化融合應用，持續(xù)拓展“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”發(fā)展新空間。

今年6月，國家發(fā)展改革委、國家能源局、中央網(wǎng)信辦、工業(yè)和信息化部等四部門聯(lián)合印發(fā)《能源領域5G應用實施方案》提出，在未來的3年至5年時間里，圍繞智能電廠、智能電網(wǎng)、智能煤礦、智能油氣、綜合能源、智能制造與建造等方面拓展一批5G典型應用場景。其中在“智能煤礦+5G”領域，將建設煤礦井上井下5G網(wǎng)絡基礎系統(tǒng)，搭建智能化煤礦融合管控平臺、企業(yè)云平臺和大數(shù)據(jù)處理中心等基礎設施，打造“云-邊-端”的礦山工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構。利用5G的高速率、低時延、大連接、高可靠等特性，重點開展井下巡檢和安防、無人駕駛等系統(tǒng)建設和應用，探索智能采掘及生產(chǎn)控制、環(huán)境監(jiān)測與安全防護、虛擬交互等場景試點應用，促進智能煤礦建設。

中國礦業(yè)聯(lián)合會副會長吳國華表示，“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”為礦山裝上智慧的大門，將賦能采礦行業(yè)數(shù)字化轉型，行業(yè)協(xié)會要充分發(fā)揮自身的平臺優(yōu)勢和橋梁作用，借鑒“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”在采礦行業(yè)的成功應用經(jīng)驗，加強對采礦企業(yè)的引導和服務，強化跨行業(yè)協(xié)同和應用技術創(chuàng)新。

中國礦業(yè)大學(北京)校長葛世榮認為，煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設將不局限于煤炭企業(yè)，除了要滿足煤礦自身的信息化智能化需要，還要與煤礦外部的行業(yè)互聯(lián)互通，比如與燃煤電廠、化工廠、鋼鐵廠構建互聯(lián)系統(tǒng)，這需要借助5G技術和煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的支持。“此外，我國約60%的能源來自煤炭，通過煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設，將有利于推動煤炭智能化發(fā)展，這是我國實現(xiàn)能源智能化的重要組成部分。”

華為技術有限公司高級副總裁蔣亞非介紹，隨著中國承諾“力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和”，華為正與產(chǎn)業(yè)各方協(xié)同推進“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”在采礦行業(yè)規(guī)模應用，幫助礦企減員提效。

關鍵詞： 5G技術 支撐下 采礦業(yè) 智變 加速推進