在日前召開的全國煤礦智能化建設(shè)現(xiàn)場推進(jìn)會上，具有快速賦能煤礦智能全場景優(yōu)勢的5G技術(shù)、5G+智慧礦山解決方案備受關(guān)注。

業(yè)界認(rèn)為，煤礦智能化的目標(biāo)是將人從危險(xiǎn)的崗位上解放出來，實(shí)現(xiàn)“少人則安、無人則安”，而5G技術(shù)大帶寬、高速率、低時延、低功耗的特征賦予了煤礦智能化快速發(fā)展的可能，這和實(shí)現(xiàn)煤礦本質(zhì)安全的目標(biāo)相一致，也是煤礦應(yīng)用5G技術(shù)的主要動力所在。

5G給井下海量數(shù)據(jù)傳輸提供技術(shù)支撐

“5G技術(shù)對煤礦帶來的最大影響，就是為煤礦智能化賦能，助力煤礦建成少人工作面或無人工作面，最終將人從繁重的、危險(xiǎn)的場所解放出來，提高煤礦的本質(zhì)安全水平。”中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院院長張興凱在接受《中國煤炭報(bào)》記者采訪時表示。

5G，即第五代移動通信技術(shù)，是最新一代蜂窩移動通信技術(shù)，也是繼4G、3G和2G系統(tǒng)之后的延伸。

中國煤炭科工集團(tuán)首席科學(xué)家、中國工程院院士王國法表示，5G技術(shù)最顯著的大帶寬、低時延、廣連接的三大特點(diǎn)，正好契合了煤礦智能化發(fā)展需要更廣泛數(shù)據(jù)接入、更大數(shù)據(jù)傳輸帶寬和更低時延控制的支撐。

5G技術(shù)入井，實(shí)際上是在為井下特別是工作面海量數(shù)據(jù)上傳搭建一條高質(zhì)量的高速公路。沒有這條高速公路支撐，井下設(shè)備的地面遠(yuǎn)程控制、工作面的少人無人也只能是空想。

以陽煤集團(tuán)新元公司為例。以前，井下設(shè)備也有無線接入，時延、掉線、丟包現(xiàn)象嚴(yán)重，不安全也不可靠，不能進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。應(yīng)用5G技術(shù)后，時延控制在20毫秒以內(nèi)。通常人們能感知到的時延是100毫秒左右。也就是說，技術(shù)人員在地面操控設(shè)備感覺不到時延，跟在現(xiàn)場操作一樣。

“以前，井下的人揮手，我們視頻中看到的是‘慢動作’，現(xiàn)在看到的跟現(xiàn)場一樣，感覺不到差別。”陽煤集團(tuán)信息化部部長鄭海山說。

目前，新元公司正在推進(jìn)5G技術(shù)井下的三個場景應(yīng)用。

一是綜采系統(tǒng)智能化，在進(jìn)風(fēng)和輔助進(jìn)風(fēng)順槽布設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)兩巷超高清視頻、手機(jī)通信、刮板機(jī)監(jiān)測數(shù)據(jù)接入等應(yīng)用。

二是掘進(jìn)系統(tǒng)自動化，在掘進(jìn)巷道覆蓋5G網(wǎng)絡(luò)，通過掘進(jìn)機(jī)加裝5G傳輸模塊，利用5G低時延特性，在地面及井下實(shí)現(xiàn)對掘進(jìn)機(jī)的遠(yuǎn)程操作。

三是機(jī)電硐室無人巡檢，對接煤礦機(jī)器人研發(fā)廠家，在機(jī)電硐室安裝5G移動巡檢機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)設(shè)備現(xiàn)場超高清視頻、語音、紅外成像等數(shù)據(jù)的實(shí)時回傳及設(shè)備運(yùn)行故障的超前預(yù)判、預(yù)警。

“實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制后，井下就能減人，人少了也就安全了。”鄭海山說，“5G技術(shù)應(yīng)用后，井下的崗位工能減下來。”

對于煤礦來說，安全無非兩方面：一是人的安全，二是設(shè)備的安全。5G技術(shù)恰恰給煤礦安全賦予了兩方面可能。

在人員安全方面，以5G技術(shù)為支撐，可以實(shí)現(xiàn)對人員的精準(zhǔn)定位、精準(zhǔn)預(yù)測、精準(zhǔn)施救。

在設(shè)備安全方面，應(yīng)用5G技術(shù)可以對設(shè)備實(shí)時監(jiān)控、實(shí)時預(yù)警、遠(yuǎn)程診斷、超前預(yù)防，實(shí)現(xiàn)全生命周期管理。

在鄭海山看來，5G技術(shù)在煤礦的應(yīng)用，不僅解決了通話傳輸?shù)膯栴}，更主要的是提升綜采掘進(jìn)水平，提升機(jī)器人應(yīng)用水平，提升井下環(huán)境監(jiān)測水平，提升煤機(jī)裝備整體水平，提升數(shù)據(jù)應(yīng)用水平，提升煤礦綜合管控水平。

5G技術(shù)的落地可有效解決煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場海量數(shù)據(jù)及視頻傳輸業(yè)務(wù)的瓶頸問題，包括水、火、瓦斯、頂板信息的精準(zhǔn)預(yù)測預(yù)報(bào)、煤巖精準(zhǔn)預(yù)測和探測、設(shè)備故障遠(yuǎn)程診斷和智能聯(lián)動、智能巡檢、無人值守、精準(zhǔn)定位等應(yīng)用場景。

“智能化技術(shù)是基于通信技術(shù)進(jìn)行的一些應(yīng)用，其中很關(guān)鍵的一項(xiàng)技術(shù)是信息傳輸技術(shù)。從某種程度上來說，信息傳輸技術(shù)的優(yōu)劣、速度的快慢決定了智能化水平的高低。”太原理工大學(xué)教授、山西科達(dá)自控有限責(zé)任公司董事長付國軍說。

在煤礦智能化朝著少人化、無人化方向快速推進(jìn)的當(dāng)口，人在地面操作，井下無人值守，就需要井下增加傳感器和大量視頻傳輸，以前需要人去看的，現(xiàn)在則需要通過視頻實(shí)時查看。

“以大帶寬、低時延、廣連接為特征的5G技術(shù)恰好滿足了煤礦井下移動場所的數(shù)據(jù)信息傳輸需要，成為煤礦智能化的一個技術(shù)支撐。”付國軍說。

有序推進(jìn)5G賦能煤礦智能全場景

5G技術(shù)在煤礦應(yīng)用的廣闊前景，激發(fā)了大型煤炭集團(tuán)、科研院所、運(yùn)營商、設(shè)備供應(yīng)商等的極大熱情。

煤礦井下地理?xiàng)l件復(fù)雜多變，在支護(hù)強(qiáng)度大、信號衰減快等特殊環(huán)境下，推廣無線通信意義重大。5G技術(shù)在煤礦是剛需，是安全生產(chǎn)的堅(jiān)強(qiáng)保障。

在全國煤礦智能化建設(shè)現(xiàn)場推進(jìn)會上，華為企業(yè)業(yè)務(wù)副總裁、全球能源業(yè)務(wù)部副總裁孫福友透露，今年5月20日，華為做出一個重大戰(zhàn)略決策——升級能源業(yè)務(wù)的戰(zhàn)略定位，意味著未來華為的資源將持續(xù)不斷地聚焦到能源領(lǐng)域。

“對于煤礦智能化來說，5G技術(shù)是來賦能的。高速公路修好了還要建服務(wù)區(qū)，要有車輛、監(jiān)控設(shè)備等，需要5G各種應(yīng)用場景的技術(shù)，后面的工作還有很多。”王國法說。

從技術(shù)發(fā)展的角度看，5G技術(shù)從研發(fā)之初就不僅僅是建設(shè)一張網(wǎng)而已，其核心要義在于對新一代信息技術(shù)的強(qiáng)有力支撐或者賦能。因此，建成5G網(wǎng)絡(luò)不等于完成了5G建設(shè)，應(yīng)用場景的規(guī)劃和開發(fā)才是重頭戲，而基于5G支撐的AI、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等恰恰是5G有用和應(yīng)用賦能的具體體現(xiàn)。

“5G技術(shù)要為煤礦安全生產(chǎn)賦能，就必須與煤礦安全生產(chǎn)的理論、方法結(jié)合起來，必須跟煤礦的實(shí)際需求相結(jié)合，跟煤礦的理論相融合，融合在一起再創(chuàng)新，形成新的安全生產(chǎn)技術(shù)體系。我對它的定義叫‘安全技術(shù)再創(chuàng)新’。”張興凱說，“比如，5G+自動化控制，除了5G技術(shù)，還涉及自動控制、設(shè)備制造、安全技術(shù)、智能化技術(shù)等，是若干項(xiàng)技術(shù)的融合。”

另外，煤礦井下環(huán)境惡劣，瓦斯、水、粉塵、頂板等災(zāi)害嚴(yán)重，5G通信設(shè)備跟煤礦其他設(shè)備一樣，必須具備煤礦特定環(huán)境下工作的能力。一要防爆，二要防潮，三要防碰撞，四要防塵。

“煤礦井下空間有限，除了走人的地方、采煤的地方，剩下的都是墻壁，特定空間對無線通信系統(tǒng)會產(chǎn)生很大的影響。因此，在天線布置、理論算法上需要一套好的應(yīng)用技術(shù)。”付國軍表示。

實(shí)際上，5G概念已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了5G技術(shù)本身，要推進(jìn)的是5G+，必須把5G技術(shù)跟大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈，還有云計(jì)算、邊緣技術(shù)、切片技術(shù)等融合到一起，才能真正賦能各種工業(yè)應(yīng)用場景。

“推進(jìn)5G+采煤+掘進(jìn)+運(yùn)輸+巡檢+信息的應(yīng)用，通過5G技術(shù)構(gòu)建起一個工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的模式，最終實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)和減人提效，這是我們煤礦追求的目標(biāo)。”鄭海山說。

在所有的工業(yè)應(yīng)用場景中，煤礦是最復(fù)雜的。賦能煤礦智能化和煤礦本質(zhì)安全，很多難題亟待解決。

王國法指出，一是適應(yīng)井下條件的5G設(shè)備研發(fā)和安標(biāo)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)問題，二是場景設(shè)計(jì)和落地問題，三是商業(yè)模式問題，四是思維模式的問題。

付國軍認(rèn)為，現(xiàn)在的組網(wǎng)模式主要是運(yùn)營商主導(dǎo)下的，只是運(yùn)營商將地面的5G公網(wǎng)搬到了煤礦井下，并不是真正意義上的煤礦核心專網(wǎng)。也就是說，煤礦的海量數(shù)據(jù)需要在運(yùn)營商的核心網(wǎng)進(jìn)行交換，不僅使5G技術(shù)信息傳輸?shù)牡蜁r延特性受到影響，還牽涉信息安全和系統(tǒng)安全的問題。不管煤礦用4G技術(shù)還是5G技術(shù)，目的都是為了與生產(chǎn)直接貫通。一旦信息安全和系統(tǒng)安全問題解決不了，技術(shù)就沒有了生命力。

張興凱也表達(dá)了自己的擔(dān)憂。他說，現(xiàn)在，把地面的5G網(wǎng)絡(luò)搬到井下相對比較容易，但5G公網(wǎng)采用云存儲，連接的又是煤礦井下生產(chǎn)系統(tǒng)，而井下瓦斯、水、火、頂板等災(zāi)害嚴(yán)重，一旦網(wǎng)絡(luò)安全出現(xiàn)漏洞，將給井下的生產(chǎn)安全帶來嚴(yán)重威脅。

“最好的辦法，就是開發(fā)出適合煤礦應(yīng)用的小型化的核心網(wǎng)，一要容量小型化，二要價(jià)格降下來。也就是說，要組一個網(wǎng)，成本上還得讓煤礦能承受。”付國軍說。

王國法表示，盡管5G在煤炭行業(yè)應(yīng)用尚處于初級階段，但在總的發(fā)展方向上是毋庸置疑的，推進(jìn)煤礦5G應(yīng)用要因地制宜，分類分批地進(jìn)行，因地制宜分類分級地發(fā)展。

“5G在煤礦肯定是要推廣應(yīng)用的，這是世界發(fā)展的趨勢，再往前一步就要發(fā)展5G+智能化+大數(shù)據(jù)。但是，目前5G技術(shù)在煤礦應(yīng)用才剛剛開始，建議逐步推開，成熟應(yīng)用，不要一哄而上。”張興凱表示。

付國軍持同樣觀點(diǎn)。他表示，煤礦企業(yè)要理性，因地制宜，要根據(jù)自身的智能化發(fā)展需求來決定用4G技術(shù)還是5G技術(shù)，但5G的研發(fā)應(yīng)用不能降溫。

可喜的是，山東能源集團(tuán)日前發(fā)布了礦用高可靠5G專網(wǎng)系統(tǒng)，包括礦用5G核心網(wǎng)、5G基站、5G基站控制器、5G高可靠控制器、5G邊緣計(jì)算控制器、5G智能手機(jī)等，采用礦用邊緣計(jì)算控制技術(shù)進(jìn)一步降低了時延。經(jīng)井下采煤工作面實(shí)測，時延降低到6毫秒。