作為人類世界使用的主要能源之一，煤炭素來被譽(yù)為“黑色的金子”、“工業(yè)的食糧”。我國(guó)是煤炭消費(fèi)大國(guó)，也是世界上最早發(fā)現(xiàn)和利用煤炭的國(guó)家之一，對(duì)于煤炭開采已有幾千年的歷史。
傳統(tǒng)的煤炭生產(chǎn)方式存在礦難事件頻發(fā)、人工成本居高不下、礦工作業(yè)艱苦危險(xiǎn)、開采效率難以提升等問題。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，煤礦開采已經(jīng)從最初簡(jiǎn)單的人工挖礦發(fā)展為機(jī)械化采礦，并進(jìn)一步向數(shù)字化、智能化發(fā)展。
煤礦井下場(chǎng)景
2020年3月，國(guó)家發(fā)改委等8部委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，提出煤礦智能化是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐。順應(yīng)大勢(shì)，各大礦業(yè)集團(tuán)近年來也正積極推動(dòng)智能礦山建設(shè)，實(shí)現(xiàn)煤礦井下“少人化、無人化”的作業(yè)流程。而以5G 為代表的新一代通信技術(shù)，則從根本上解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)難以滿足井下環(huán)境惡劣、移動(dòng)生產(chǎn)、設(shè)備及傳感器數(shù)量龐大等生產(chǎn)特點(diǎn)的問題。
智能采礦向“無人化、少人化”轉(zhuǎn)型
某種意義上，煤礦井下就像一個(gè)微型的地下城市，里面的巷道錯(cuò)綜復(fù)雜，包括掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)、皮帶機(jī)、液壓支架在內(nèi)的大量機(jī)械設(shè)備不知疲倦地執(zhí)行著采掘、運(yùn)輸、洗選、提升以及生產(chǎn)輔助等日常作業(yè)，其中的很多設(shè)備都需要人工來進(jìn)行操控。
人工井下作業(yè)存在的問題顯而易見。一方面，對(duì)操作員們而言，煤礦采掘工作面環(huán)境復(fù)雜，危險(xiǎn)因素多，地質(zhì)條件相對(duì)比較惡劣，水、瓦斯、粉塵等自然災(zāi)害的潛在威脅普遍存在，而且日常勞動(dòng)強(qiáng)度極大，操作不當(dāng)時(shí)還易發(fā)生危險(xiǎn)事故。根據(jù)中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，2020年我國(guó)煤礦發(fā)生死亡事故122起、死亡225人，雖然相比往年人員傷亡數(shù)量持續(xù)降低，但畢竟生命無價(jià)，安全問題始終都是煤礦生產(chǎn)的頭等大事。另一方面，對(duì)礦業(yè)企業(yè)來說，隨著人口紅利的消失以及人們對(duì)井下作業(yè)危險(xiǎn)性的擔(dān)憂，越來越多的人不愿意從事井下工作，煤礦招工難、用工難的問題日益凸顯。
在此背景下，采掘工作面的“少人化、無人化”一直是礦山智能化轉(zhuǎn)型的一個(gè)重要方向。國(guó)家發(fā)改委、能源局聯(lián)合發(fā)布的《國(guó)家能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃 (2016–2030 年 )》中就明確指出，要在2020 年基本實(shí)現(xiàn)智能開采，重點(diǎn)煤礦區(qū)采煤工作面人數(shù)減少 50% 以上，2030 年實(shí)現(xiàn)煤炭安全開采，重點(diǎn)煤礦區(qū)基本實(shí)現(xiàn)工作面無人化。
通過在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)部署多個(gè)高清攝像頭，將現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境信息完整地傳送到管理中心，再結(jié)合采礦設(shè)備本身的各種傳感器信息上報(bào)，工作人員就可以在管理中心遠(yuǎn)程操控各類設(shè)備，從而達(dá)到作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)“少人化、無人化”的目標(biāo)。這個(gè)過程涉及大量設(shè)備的接入、海量數(shù)據(jù)的傳輸以及低時(shí)延的控制操作，都對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)馁|(zhì)量和能力提出了前所未有的要求。
傳統(tǒng)有線傳輸?shù)姆绞诫m然信號(hào)穩(wěn)定，但井下地形復(fù)雜，設(shè)備繁多，給布線造成了很大的困難。更重要的是，由于液壓支架、采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)經(jīng)常需要移動(dòng)，信號(hào)傳輸線纜經(jīng)過多次折疊后較易發(fā)生斷裂，很可能造成數(shù)據(jù)傳輸中斷，從而影響采礦作業(yè)。WiFi無線網(wǎng)絡(luò)縱使能夠解決布線難題，但卻存在信號(hào)抗干擾能力弱、覆蓋面積有限、穿透力弱、以及跨AP區(qū)域數(shù)據(jù)傳輸時(shí)有明顯延遲等劣勢(shì)。同樣，4G也不能有效支持低時(shí)延要求的各種控制信號(hào)的傳輸。
如今，憑借易部署、廣連接、大帶寬、超低時(shí)延等優(yōu)勢(shì)，5G能夠滿足煤礦井下通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)安全與性能的要求，為煤礦行業(yè)的智能化提供了加速度。
5G大帶寬為遠(yuǎn)程管理奠定基礎(chǔ)
煤礦井下的日常作業(yè)過程會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)：包括空氣溫度、空氣濕度、巷道壓力等環(huán)境數(shù)據(jù)，采煤工作面、掘進(jìn)工作面、運(yùn)輸轉(zhuǎn)載點(diǎn)等視頻數(shù)據(jù)，井下重要崗位工作人員的通信對(duì)講數(shù)據(jù)，以及液壓支架和泵站遠(yuǎn)程集中控制等控制類數(shù)據(jù)。5G的大帶寬特性，為這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程管理奠定了基礎(chǔ)。
例如，內(nèi)蒙古某企業(yè)想要在總部實(shí)現(xiàn)對(duì)其所屬的全部煤礦點(diǎn)的異地遠(yuǎn)程管理，并對(duì)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)及平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一綜合管理，實(shí)現(xiàn)煤礦大數(shù)據(jù)可視化及快速推送上屏顯示�；诳蛻粜枨�，廈門四信通信科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱“四信通信”）為其量身定制了“5G智慧礦井系統(tǒng)監(jiān)測(cè)方案”，基于該方案打造的煤礦調(diào)度中心，可滿足該企業(yè)日常指揮中心各項(xiàng)數(shù)據(jù)展示、管理和控制的需求，便于日常管理調(diào)度、各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)參觀視察及綜合匯報(bào)等工作開展。
5G+智慧礦山實(shí)時(shí)管理應(yīng)用
5G智慧礦井系統(tǒng)監(jiān)測(cè)方案的核心是四信通信5G工業(yè)CPE F-NR200，該款5G工業(yè)CPE內(nèi)置基于高通驍龍X55 5G調(diào)制解調(diào)器的廣和通5G模組 FM150，支持NSA和SA網(wǎng)絡(luò)，兼容各大運(yùn)營(yíng)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(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)安全、獨(dú)立、穩(wěn)定的運(yùn)行，保證無線通信及數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴⒎�(wěn)定性。
四信通信5G工業(yè)CPEF-NR200
無獨(dú)有偶，在山西、陜西的多座礦山，宇祺（山東）智能裝備有限公司（以下簡(jiǎn)稱“宇祺智能”）也用其完整的“5G礦用無線通信系統(tǒng)”，助力客戶實(shí)現(xiàn)了井下作業(yè)情況的實(shí)時(shí)管理和控制。
礦用隔爆兼本安型5G CPE
宇祺智能的該套系統(tǒng)分別采用了搭載芯訊通5G模組SIM8200EA-M2和高新興5G模組GM800的5G CPE，都內(nèi)置高通驍龍X55 5G調(diào)制解調(diào)器，使得煤礦井下眾多的設(shè)備——如煤礦智能巡檢機(jī)器人、煤礦機(jī)器人、自動(dòng)駕駛、綜采設(shè)備等煤礦裝備系統(tǒng)能獲得高速的5G網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)了井下語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)一網(wǎng)承載，各種智能化操作系統(tǒng)信息的一網(wǎng)傳輸。井下作業(yè)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息可以實(shí)時(shí)傳回至地面總調(diào)度室，調(diào)度人員通過大屏幕便可以實(shí)時(shí)觀看深井下的采掘、運(yùn)輸、檢修等情況，實(shí)現(xiàn)井上井下實(shí)時(shí)通話，有效提高安全性和生產(chǎn)效率。
宇祺智能礦用5G隔爆兼本安型基站
宇祺智能總經(jīng)理張建對(duì)高通的解決方案給予了高度評(píng)價(jià)：“煤礦行業(yè)屬于工業(yè)防爆環(huán)境，系統(tǒng)建設(shè)難度大、穩(wěn)定性要求高、生命周期長(zhǎng)及兼容性強(qiáng)，所以我們?cè)陂_發(fā)智能化系統(tǒng)解決方案時(shí)，一個(gè)重要考量便是方案的穩(wěn)定性和長(zhǎng)期性。高通的5G技術(shù)具有長(zhǎng)期的規(guī)劃和完善的生態(tài)，讓我們的解決方案沒有后顧之憂。”
5G低時(shí)延助力礦井設(shè)備遠(yuǎn)程操控
在遠(yuǎn)程管理的基礎(chǔ)上，5G的大帶寬、低時(shí)延特性還讓掘進(jìn)機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)等設(shè)備的遠(yuǎn)程操控成為可能。
遠(yuǎn)程操控的精髓在于“令行禁止”，即身處操作室的操作員下達(dá)指令后，井下的設(shè)備可以立即同步做出反應(yīng)。為了讓操作員可以擁有一副“千里眼”，方案上往往會(huì)在設(shè)備上布置高清攝像頭，模擬駕駛員駕駛視角，同時(shí)在四周的環(huán)境中布置廣角攝像頭，拼接360°全景影像，然后將這些視頻影像通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至控制室。
試想一下，如果操作員看到的畫面和設(shè)備的實(shí)際動(dòng)作之間存在很高的延遲，就會(huì)影響開采效率，甚至造成設(shè)備的損耗。例如，掘進(jìn)機(jī)在挖掘的過程中可能會(huì)碰到硬度極高的巖石。過去，身處現(xiàn)場(chǎng)的操作員看到這類巖石的時(shí)候就會(huì)立即按下暫停鍵，避免機(jī)器去“硬碰硬”。而在遠(yuǎn)程操作的場(chǎng)景下，如果采用4G網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)闀r(shí)延較高，等操作員從視頻畫面里察覺到異常再操作時(shí)已經(jīng)來不及了，從而有可能導(dǎo)致大型設(shè)備的損耗。同理，無極繩絞車等設(shè)備的操作時(shí)延都要求控制在30ms以內(nèi)，而5G端到端的時(shí)延理論上可達(dá)1ms，能夠完美滿足遠(yuǎn)程控制場(chǎng)景下的通信需求，為礦井無人化綜采的發(fā)展提供技術(shù)支撐。
在5G技術(shù)的賦能之下，四信通信和宇祺智能已經(jīng)在全國(guó)多地的礦井項(xiàng)目中落地了智能化的解決方案，幫助客戶保障礦工人員安全，提升開采作業(yè)效率。
與此同時(shí)，四信通信也在積極向全球市場(chǎng)推廣自己的5G CPE產(chǎn)品。廈門四信通信科技有限公司市場(chǎng)總監(jiān)張志坤表示：“高通的5G技術(shù)具備業(yè)界領(lǐng)先的高能效和高性能，芯片研發(fā)市場(chǎng)成熟，產(chǎn)業(yè)鏈完善，規(guī)模化量產(chǎn)能夠幫助我們的產(chǎn)品贏得市場(chǎng)先機(jī)。更為重要的是，高通全球化的5G解決方案能夠滿足5G終端在世界各個(gè)地區(qū)和國(guó)家的設(shè)計(jì)需求，這對(duì)我們開拓海外市場(chǎng)具有重要的戰(zhàn)略意義。”
總而言之，5G是推動(dòng)煤礦新一輪智能化發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。未來，在5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)一步成熟的基礎(chǔ)下，礦井作業(yè)將實(shí)現(xiàn)開采面無人作業(yè)、掘進(jìn)面無人作業(yè)、危險(xiǎn)場(chǎng)所無人作業(yè)、大型設(shè)備無人作業(yè)，直到整座礦山無人作業(yè)，形成真正智慧化的無人礦山。
