作者/孫繼平 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）原副校長(zhǎng)、教授
作者介紹：二十多年來(lái)一直從事煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控與通信、安全生產(chǎn)信息化及煤礦電氣安全方面的研究和實(shí)踐，解決了一系列行業(yè)共性、關(guān)鍵性技術(shù)難題。
煤炭是我國(guó)主要的能源，在一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭占比均超過(guò)六成，是我國(guó)能源供應(yīng)的壓艙石。大型化、智能化、機(jī)械化是現(xiàn)代化煤礦發(fā)展的方向。為了加快煤礦智能化建設(shè)，國(guó)家發(fā)改委、能源局等八部委聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，目標(biāo)就是促進(jìn)智能化技術(shù)與煤炭產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，提升煤礦智能化水平，完善煤礦生產(chǎn)主要環(huán)節(jié)的信息化傳輸和自動(dòng)化運(yùn)行技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面減人提效、綜采工作面內(nèi)少人或無(wú)人操作、井下和露天煤礦固定崗位的無(wú)人值守與遠(yuǎn)程監(jiān)控。
煤礦智能化是煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心，其目標(biāo)是采煤效率提升、生產(chǎn)安全升級(jí)和井下少人無(wú)人化。煤礦智能化發(fā)展，是通過(guò)有線和無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、GIS、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，以新聯(lián)接技術(shù)為底座，達(dá)成煤礦全息業(yè)務(wù)的閉環(huán)運(yùn)行體系，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和維護(hù)；智能化的目標(biāo)，在于實(shí)現(xiàn)智慧化分析決策和系統(tǒng)預(yù)測(cè)預(yù)判，釋放更大的生產(chǎn)力。此外，智能化的另一個(gè)目標(biāo)是解放人力，井下的工作人員越多，發(fā)生事故時(shí)遇險(xiǎn)人員就越多，減少井下人員其實(shí)是個(gè)安全問(wèn)題。煤礦智能化建設(shè)的目標(biāo)，就是減人、提效、保安全；當(dāng)務(wù)之急是建好煤礦信息高速公路，為礦井監(jiān)控、通信、定位、監(jiān)視、地面遠(yuǎn)程控制等，提供大帶寬、低時(shí)延、高可靠、廣接入的信息傳輸通道。
在井下作業(yè)環(huán)境，涉及通信與信息交互的場(chǎng)景包含傳感監(jiān)控、調(diào)度通信、礦井人車(chē)位置通信及煤礦視頻監(jiān)視等，目前至少有礦用有線調(diào)度通信網(wǎng)、煤礦安全監(jiān)控網(wǎng)和礦用工業(yè)環(huán)網(wǎng)3張網(wǎng)，如果煤礦井下使用5G，還需增加礦用5G通信網(wǎng)，至少有4張網(wǎng)，增加了網(wǎng)絡(luò)部署和運(yùn)維難度，增加了煤礦企業(yè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，需要更多的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員，不利于減少井下作業(yè)人員。如果采用同一張網(wǎng)絡(luò)承載不同類(lèi)型的業(yè)務(wù)，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用QoS服務(wù)質(zhì)量機(jī)制，一般情況下，可以保證最高優(yōu)先級(jí)應(yīng)用的實(shí)時(shí)性和可靠性，但當(dāng)多路接口信號(hào)同時(shí)匯入且數(shù)據(jù)量大時(shí)，最高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的質(zhì)量也難以保證。
為簡(jiǎn)化煤礦網(wǎng)絡(luò)部署和維護(hù)，且實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、礦井人車(chē)位置通信、視頻和語(yǔ)音通信等多種井下業(yè)務(wù)的高可靠承載，井下多張網(wǎng)絡(luò)融合是未來(lái)的必然趨勢(shì)，而不同業(yè)務(wù)間需要實(shí)現(xiàn)硬管道的隔離能力。硬管道能力，是將不同業(yè)務(wù)隔離在多個(gè)信道上，每個(gè)信道分配一定的帶寬，不同業(yè)務(wù)可以分配不同的信道，信道之間互不影響，保證所有業(yè)務(wù)的高可靠、低時(shí)延承載。因此，礦山的智能化建設(shè)，需要一張支持硬管道技術(shù)的全礦井一體化信息傳輸網(wǎng)。
煤礦智能化建設(shè)，F5G扮演著重要角色
井下網(wǎng)絡(luò)技術(shù)面向未來(lái)發(fā)展，要滿(mǎn)足安全可靠、長(zhǎng)距離、大帶寬和低時(shí)延的業(yè)務(wù)承載能力�；�光纖的網(wǎng)絡(luò)在滿(mǎn)足以上需求的基礎(chǔ)上，通過(guò)無(wú)源分光器取代了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的匯聚層設(shè)備，極大程度減少了危險(xiǎn)環(huán)境中電火花風(fēng)險(xiǎn)，是未來(lái)井下通信技術(shù)發(fā)展的必然方向。
由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)提出，F(xiàn)5G基于兩層點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，不同于傳統(tǒng)工業(yè)以太的逐層匯聚網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，F(xiàn)5G的頭端節(jié)點(diǎn)部署在井上機(jī)房?jī)?nèi)，末端的光終端部署在井下，末端和頭端間長(zhǎng)達(dá)數(shù)十公里的范圍內(nèi)，都是由無(wú)源光器件組成，極大簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)部署和運(yùn)維，大幅提升了井下的安全性�；诠饫w無(wú)源免取電的優(yōu)勢(shì)，華為在煤礦場(chǎng)景需求持續(xù)創(chuàng)新，推出了本安型F5G工業(yè)光終端，實(shí)現(xiàn)了井下網(wǎng)絡(luò)設(shè)備全部本質(zhì)安全，這是F5G在井下部署最核心的價(jià)值。
F5G融合了時(shí)分復(fù)用技術(shù)和波分復(fù)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了端到端網(wǎng)絡(luò)硬隔離，保障業(yè)務(wù)安全可靠承載。具備硬管道能力的F5G技術(shù)將是礦井智能化建設(shè)過(guò)程中新的主力網(wǎng)絡(luò)方案，將是解決井下海量數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾x擇。通過(guò)F5G技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、礦井人車(chē)位置通信、視頻和語(yǔ)音通信等業(yè)務(wù)的在一根光纖上的統(tǒng)一承載，F(xiàn)5G將協(xié)同網(wǎng)絡(luò)硬切片和5G技術(shù)，搭建構(gòu)筑一條通暢的井下信息高速公路。
華為F5G技術(shù)在煤礦行業(yè)的應(yīng)用
礦井下生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境，粉塵大、潮濕、狹小且照度低，井下網(wǎng)絡(luò)故障發(fā)生時(shí)，人工排查和維護(hù)的難度較大。為了提升礦井網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維效率，華為推出創(chuàng)新的DQ ORP方案，通過(guò)標(biāo)記光路和無(wú)源光器件，基于圖像識(shí)別點(diǎn)亮光纖網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了光鏈路和器件的精準(zhǔn)可視化，井上對(duì)井下網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、斷纖位置等信息一目了然，目前光路診斷技術(shù)定位精度可達(dá)米級(jí)，減少了90%的井下維護(hù)時(shí)間，提升了運(yùn)維工作的安全系數(shù)。
煤礦井下環(huán)境惡劣、設(shè)備維護(hù)困難。用于煤礦井下的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備必須簡(jiǎn)單、可靠、免維護(hù)、易維護(hù)。華為推出了預(yù)連接技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)光器件在井下的快速連接，避免了井下光纖熔接機(jī)的使用，保證了井下網(wǎng)絡(luò)部署的安全性。此外，煤礦工作面定期移動(dòng)，尤其遠(yuǎn)程控制類(lèi)業(yè)務(wù)可能需要新增接入信息節(jié)點(diǎn)，華為光終端，即插即用免配置，降低了方案的技術(shù)門(mén)檻。
華為推出的DQ ORP方案和預(yù)連接方案是F5G技術(shù)結(jié)合煤礦應(yīng)用的重要?jiǎng)?chuàng)新，會(huì)進(jìn)一步加速技術(shù)普及。目前煤礦智能化推進(jìn)正處于示范礦建設(shè)階段，場(chǎng)景融合、技術(shù)協(xié)同是礦山網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的方向，尤其有線和無(wú)線技術(shù)之間要做好場(chǎng)景互補(bǔ)；另外，隨著技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，光纖在礦井的應(yīng)用將不止于通信，光纖傳感技術(shù)也將推動(dòng)煤礦生產(chǎn)安全進(jìn)一步升級(jí)。
后記：
2021年3月，中國(guó)煤科·煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司和華為技術(shù)有限公司共同發(fā)布了F5G智能化煤礦應(yīng)用方案和白皮書(shū)；在國(guó)家礦山安全監(jiān)察局的見(jiàn)證下，雙方聯(lián)合中國(guó)煤科所屬安標(biāo)國(guó)家礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志中心有限公司、中煤科工能源科技發(fā)展有限公司共同成立了"智能礦山聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室"，標(biāo)志著F5G技術(shù)在煤炭行業(yè)的普及正式啟動(dòng)。2021年下半年，國(guó)家能源局將F5G技術(shù)寫(xiě)入了《智能化煤礦驗(yàn)收管理辦法（試行）》規(guī)范，為煤礦網(wǎng)絡(luò)技術(shù)選擇給出了指引參考。
持續(xù)引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，華為與煤科院等產(chǎn)業(yè)伙伴協(xié)同，推進(jìn)F5G在煤礦大省的商用加速和生態(tài)構(gòu)建，截至目前，F(xiàn)5G礦山商用部署已超40個(gè)，包含延長(zhǎng)石油巴拉素煤礦、陜煤化紅柳林煤礦、永煤陳四樓煤礦、貴州豫能新田煤礦等，F(xiàn)5G的商用部署將持續(xù)推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)。
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