陽煤集團新元公司技術(shù)人員正在調(diào)試井下5G設(shè)備。
習(xí)近平總書記再次親臨山西視察，要求“大力加強科技創(chuàng)新，在新基建、新技術(shù)、新材料、新裝備、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)上不斷取得突破”。省委十一屆十次全會要求，全省上下要牢記領(lǐng)袖囑托，以敢為人先的勇氣膽識和換道領(lǐng)跑的競爭姿態(tài)，奮力在新興產(chǎn)業(yè)上占據(jù)主動，堅決打贏打好“六新”攻堅戰(zhàn)、爭奪戰(zhàn)。全國首座5G煤礦在陽煤集團的落成，就是煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展過程中在“率先”上搶先機，聚焦應(yīng)用、強化研發(fā)、完善技術(shù)，著力實現(xiàn)“六新”突破的生動實踐。
陽煤新元調(diào)度室。人臉識別，自動門緩緩開啟。巨大的顯示屏，占滿整整一個墻面。
距離地面500多米，采煤作業(yè)區(qū)一覽無余。調(diào)度臺前，工作人員移動鍵盤，輕點鼠標(biāo)。隨著一條條指令下達，無人值守的工作面，巡檢機器人“眼”觀六路，緩緩前行，一條條信息快速回傳。
“此時此刻，我所在的位置，是陽煤集團新元煤礦的井下采煤作業(yè)區(qū)，距離地面534米。這里開通了世界首個煤礦井下5G網(wǎng)絡(luò)，也是世界上距離地表最深的5G網(wǎng)絡(luò)。這次井下直播，是世界直播史上第一次……”今年6月，全國首座5G煤礦通過媒體的鏡頭與世界見面。
印象中的煤炭企業(yè)模樣，在新元顛覆。5G技術(shù)下井，“新基建”和傳統(tǒng)行業(yè)深度融合，正在有力推動著煤炭企業(yè)的質(zhì)量變革、效率變革、動力變革，從而開啟全省傳統(tǒng)煤炭產(chǎn)業(yè)內(nèi)核重塑、質(zhì)的飛躍。
為什么要推動5G下井
53歲的楊惠社是一個“老煤礦”，工作已經(jīng)34年，現(xiàn)在的工作是采煤隊綜采面電鉗工。黝黑的面孔，笑起來，一口白凈的牙齒。
行走在地下幾百米深處的巷道里，每隔幾米一盞的防爆燈，用淡薄的白光努力消除著幽深巷道里濃稠的黑暗。20多度的“上山”路，比平地里走艱難了不少，楊惠社卻顯得十分從容。
“干了多半輩子的礦工，無論對自己還是對家人，最重要的兩個字，安全！”
煤炭行業(yè)作為傳統(tǒng)能源行業(yè)，具有環(huán)節(jié)多、戰(zhàn)線長、生產(chǎn)系統(tǒng)復(fù)雜、管理難度大等特點，安全生產(chǎn)成為行業(yè)的最大痛點。
著眼于安全、高效，煤礦生產(chǎn)經(jīng)歷了人力落煤、爆破開采、普通機械化開采、綜合機械化開采。“在礦上干了多年，設(shè)備換了幾茬了，反正就是機器干得越來越多，人干得越來越少?！?/p>
新技術(shù)、新裝備、新工藝對安全生產(chǎn)的重要支撐作用，能夠大量減少復(fù)雜崗位、高危崗位工人數(shù)量，是推進無人、少人的重要手段。31歲的郝瑞祥工作13年，是井下刮板運輸司機，最大的夢想是：“有一天，井下能實現(xiàn)無人開采，機器人往來穿梭，忙而不亂……”
智能化是幾乎所有煤炭人的夢想。
32歲的冀杰研究生畢業(yè)后進入新元，如今擔(dān)任新元公司智能化礦井辦公室主任，在他看來，煤礦實現(xiàn)智能化，目前好多方面都卡在通信上。
煤礦井下地理條件復(fù)雜多變，支護強度大，信號衰減快。在工作面無人開采時，工人需要在地面操作井下設(shè)備。在進行中，井下機器的運行軌跡需要精準(zhǔn)的定位、實時的數(shù)據(jù)傳輸和大量的設(shè)備連接，如果出現(xiàn)延時的情況，一系列的工作都會受到影響。
“有些領(lǐng)域，時延高一些影響不大，但是真正的煤礦智能化、無人化開采或者安全生產(chǎn)，沒有實時控制和低時延做支撐，是實現(xiàn)不了的?！?/p>
陽煤集團董事長翟紅認(rèn)為，原有的井下數(shù)字通信技術(shù)，對于實現(xiàn)煤礦智能化支撐不足，“恰恰是5G技術(shù)廣連接、大帶寬、低時延的三大特性，契合了煤礦智能化發(fā)展需求”。
5G下井，適應(yīng)煤炭企業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實需求，同樣得益于政策的強力推動。
5月20日，工業(yè)和信息化部新聞發(fā)言人、信息通信發(fā)展司司長聞庫在國務(wù)院新聞發(fā)布會上表示，將加速5G應(yīng)用由2C向2B的拓展，加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，開啟我國數(shù)字經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的新篇章。
我省作為首個國家資源型經(jīng)濟轉(zhuǎn)型綜改試驗區(qū)，在深化能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、構(gòu)建清潔低碳用能模式、推進能源科技創(chuàng)新等方面具有厚重的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和資源優(yōu)勢。去年8月，《山西省加快推進數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的實施意見》中明確提出，讓5G與實體經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展，其重點領(lǐng)域之一就是“5G+”智能礦井。
陽煤集團高層敏銳捕捉到了國家大力發(fā)展“新基建”的政策利好，深刻洞察到了5G之于煤炭行業(yè)發(fā)展的巨大潛力，堅持“與能人攜手、與巨人同行”的理念，主動出擊，先后赴中國移動、華為公司進行交流研討，希望通過強強聯(lián)合，推動5G與煤礦的“聯(lián)姻”。
2019年9月5日，陽煤集團、中國移動、華為公司成立5G通信煤炭產(chǎn)業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新聯(lián)盟。
2019年9月21日至10月1日，經(jīng)過多次研討，確定新元公司為5G技術(shù)礦井應(yīng)用試點。
5G下井，克服了哪些困難
皮膚白凈，戴一副眼鏡。32歲的冀杰有著同齡人少有的沉穩(wěn)。
2019年10月，冀杰辦公室門外新掛了一個牌子——“5G+智能化礦井辦公室”。作為辦公室主任，冀杰說，“從未感覺到的一種無形壓力”。
“選擇在新元，一是這是一座年輕的煤礦，信息化、智能化基礎(chǔ)較好；二是新元屬于煤與瓦斯突出礦井，開采條件相對復(fù)雜，在這里試點成功，后續(xù)具有較強的推廣價值?！?/p>
5G與煤礦的結(jié)合應(yīng)用，業(yè)內(nèi)尚屬空白，加之井下環(huán)境復(fù)雜，面對諸多“第一”，冀杰說，最大的困難是“未知”。
“一切都是未知。井下是個龐大的系統(tǒng)，從哪個系統(tǒng)入手？你不知道技術(shù)路徑的選擇是不是合理，你不知道前面是直道還是有意料不到的暗渠?！?/p>
跨行業(yè)合作讓雙方都面臨挑戰(zhàn)：通訊公司技術(shù)人員對煤礦運行不清楚，煤礦技術(shù)人員對專業(yè)數(shù)據(jù)不熟悉。受疫情影響，網(wǎng)絡(luò)成為交流的基本途徑?！靶老?、失望反反復(fù)復(fù)”，回憶這段日子，技術(shù)團隊所有人員都感覺興奮而疲憊。
就是在這樣一次次的思想碰撞中，一個個技術(shù)難題被攻克，也創(chuàng)造了煤礦5G的多個第一。
在中國礦業(yè)大學(xué)(北京)原副校長、教授孫繼平看來，5G下井，首要的是解決防爆問題，否則，極可能引發(fā)瓦斯爆炸，好事變壞事。
針對設(shè)備安全問題，創(chuàng)新聯(lián)盟對5G基站進行了特殊防爆改造，成功研發(fā)出首款礦用5G基站，于2020年4月28日獲得全國首張5G基站防爆、煤安雙認(rèn)證。
“過去，我們開發(fā)應(yīng)用的5G基站，主要應(yīng)用在地表。雖然也做了很強的防水、防塵、防鹽等方面的防護工藝，但當(dāng)設(shè)備應(yīng)用到井下時，環(huán)境變得更加復(fù)雜，除了滿足防爆要求之外，還要通過結(jié)構(gòu)化改造，對設(shè)備其他方面的防護等級進一步升級。另外，井下環(huán)境狹小，要求我們把基站做得盡量小型化，但功能盡量強大?！比A為公司全球5G市場部部長趙志鵬介紹。
同樣的困難來自如何實現(xiàn)“精準(zhǔn)授時”。
傳統(tǒng)的地面5G基站，需要使用衛(wèi)星定位系統(tǒng)進行精準(zhǔn)的同步授時?！霸诰?00多米，無法接收衛(wèi)星信號。如果時間不能同步，設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸就會產(chǎn)生誤差，如同生活中兩個人握手，一個已經(jīng)伸出了手，另一個的手卻還靜靜袖著——對于工業(yè)，則失之毫厘，謬以千里?！敝袊苿由轿鞣止灸茉葱袠I(yè)5G技術(shù)總監(jiān)呂樂說，“專門研發(fā)的井下5G基站網(wǎng)絡(luò)同步授時，解決了這一技術(shù)難題。精度為100納秒以下，保證了網(wǎng)絡(luò)的高可靠性、高可控性、超高安全性”。
百米井下，巡檢機器人有多聰明？調(diào)度室，工作人員一個指令，機器人要通過感知、判斷、分析，將相關(guān)信息歸納總結(jié)，全部傳回。而要實現(xiàn)這一目標(biāo)，信息通道如何布局同樣是一道必須攻克的技術(shù)難題。
冀杰舉了一個很形象的例子：“井上的5G是下行的要求比較多，上行的要求比較少，主要是用于娛樂。但是對于井下的5G來說，煤礦井下現(xiàn)場的高清視頻數(shù)據(jù)量非常大，需要的是上行的比較多。打個比方，帶寬是10車道，地面上8個車道是下行，2個車道是上行。對于煤礦井下來說，8個車道是上行，2個車道是下行?！?/p>
新元公司采用每400米安裝一個基站的辦法，實現(xiàn)了5G信號超千兆上行無線傳輸。
與此同時，圍繞數(shù)據(jù)安全的全國首個“獨立組網(wǎng)+邊緣計算”，為保證5G網(wǎng)絡(luò)性能的大功率分體式礦用基站和礦用大增益天饋，逢山開道，遇水架橋，通過技術(shù)團隊的不懈努力，一道道難題被克服。
在500多米深的井下，5G網(wǎng)絡(luò)依舊能夠安全、穩(wěn)定運行，并且成功解決基站設(shè)備安全、網(wǎng)絡(luò)授時、上行數(shù)據(jù)傳輸、礦山信息安全等難題，中國礦業(yè)大學(xué)(北京)校長葛世榮說，“這為礦山5G技術(shù)的應(yīng)用闖出了一條新路”。
5G下井，現(xiàn)在能做什么
井下機電硐室。一個小小的巡檢機器人正沿著軌道自主行走。別看它個頭不大，本領(lǐng)卻不小，能夠360度視頻監(jiān)測、音頻采集、紅外熱成像，精準(zhǔn)記錄設(shè)備故障發(fā)生的時間、地點以及故障類型。
基于5G技術(shù)，它“看到”的所有場景都能夠以4K高清視頻畫面的方式、“感知”到的所有數(shù)據(jù)都能夠精準(zhǔn)迅捷地回傳到地面總調(diào)度室，便于井上對硐室環(huán)境、設(shè)備進行遠(yuǎn)程監(jiān)測；同樣是基于5G技術(shù)，在地面，就可以對機器人的動作進行遠(yuǎn)程實時控制。
從遠(yuǎn)程監(jiān)測到遠(yuǎn)程監(jiān)控，井下機電硐室的作業(yè)方式被徹底顛覆，實現(xiàn)了無人值守、無人巡檢。
“目前正在小列車集控室，進風(fēng)巷工作面情況正常?！毙略荆嚓犻L郗書博開始一天的工作，在地下500多米，“搭乘”5G網(wǎng)絡(luò)向井上做視頻匯報。總調(diào)碩大的電子顯示屏上，實時顯示井下瓦斯?jié)舛取貪穸群透咔宀擅簣鼍?，技術(shù)人員在進行遠(yuǎn)程監(jiān)控操作。
5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)袂“出演”，革新著傳統(tǒng)井下作業(yè)模式，讓這座煤礦實現(xiàn)著智能化嬗變。
采訪中，記者在500多米深的井下見到了全國技能大師李瑞兵，從業(yè)20多年的他沒有想到，5G智能化開采這么快就來到了身邊。
李瑞兵說，以前的時候，所有的配電室都是專人值守、專人巡檢，來回往返，每個開關(guān)的信息、狀態(tài)都要記錄，工作量大不說，有時還會因人為因素造成漏檢、誤檢?，F(xiàn)在有了5G+無人巡檢，再也沒有這方面的擔(dān)心了。
新元公司總調(diào)大屏幕上，實時顯示著全國首臺“5G+綜掘機”的運行狀態(tài)。這臺設(shè)備遠(yuǎn)在千里之外的上海，對它進行操作的是總調(diào)現(xiàn)場的陽煤集團技術(shù)人員。能夠完成這樣的遠(yuǎn)程監(jiān)控，正是因為有了5G。
陽煤集團新元公司智能化辦公室技術(shù)員劉亮亮一邊操作一邊說：“我們現(xiàn)在先控制一下截割臂的起升?？矗馗畋垡呀?jīng)升起來了。我們測試了一下，遠(yuǎn)端控制的延時控制在了20毫秒以內(nèi)?！?/p>
新元公司副總經(jīng)理王海鋼介紹：“目前我們在新元煤礦，主要推出機電硐室無人巡檢、掘進面無人操作、綜采面無人操作三項5G應(yīng)用，實現(xiàn)了采煤智能化和遠(yuǎn)程操控，有效解決傳統(tǒng)人工作業(yè)操作危險系數(shù)大、勞動強度高的問題，同時提升生產(chǎn)效率?！?/p>
機電硐室無人巡檢應(yīng)用，針對解決煤礦企業(yè)機電設(shè)備在長期運行過程中易發(fā)生故障的問題量身定制，降低了工作人員的勞動強度和風(fēng)險，提高巡檢質(zhì)量與效率。
掘進面無人操作應(yīng)用解決了傳統(tǒng)人工作業(yè)操作危險系數(shù)大、勞動強度高的問題，可進行遠(yuǎn)程操作截割和支護作業(yè)，實現(xiàn)了掘進作業(yè)的遠(yuǎn)程安全精準(zhǔn)操控。
綜采面無人操作應(yīng)用，解決了井下設(shè)備運行過程中線纜維護量大、信號經(jīng)常缺失等問題，為遠(yuǎn)程操作人員提供全景高清作業(yè)視野，既有效降低危險作業(yè)區(qū)域安全事故發(fā)生率，也節(jié)省大量人力物力。
“近年來，陽煤集團以新元公司為代表，推廣綜采自動化。新元井下系統(tǒng)已減少321人，5G技術(shù)的應(yīng)用，有望在產(chǎn)能進一步提升的同時，再減少1000人?！钡约t表示。
5G下井，未來還需要做什么
新元公司，乳化液泵站，41歲的郝建軍開始了一天的工作。雖然在煤礦工作已經(jīng)20多年，但是面對越來越多的新設(shè)備，他還是好奇而興奮。
距離新元公司40公里處，陽泉市，陽煤集團三礦二號井采煤隊。2006年新元公司投產(chǎn)之前，郝建軍在這兒有6年采煤經(jīng)歷。而今，這座老礦經(jīng)歷111年風(fēng)雨，已經(jīng)關(guān)閉。
從百年老礦到現(xiàn)代化新元，郝建軍想到最多的詞是“蟬蛻和新生”，而5G將賦予自己工作什么樣的改變，郝建軍說：“這是一個永遠(yuǎn)想不清楚的未來?！?/p>
而對于冀杰來說，5G在煤礦井下作業(yè)場景的成功部署應(yīng)用，標(biāo)志著“5G+智慧礦山”建設(shè)已邁出關(guān)鍵一步?！皬?到1實現(xiàn)后，下一步就是從1到N”，一切僅僅是個開始，挑戰(zhàn)無處不在。
“對于煤礦智能化來說，5G技術(shù)是賦能的。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)，后面開發(fā)的工作還很多?！?/p>
5G落地如何應(yīng)用，牽涉整個煤炭上下游產(chǎn)業(yè)鏈。
6月9日，陽煤集團與中國煤炭工業(yè)協(xié)會簽署協(xié)議，借助陽煤示范項目的原創(chuàng)和先發(fā)優(yōu)勢，雙方將共同研究制定煤礦5G總體網(wǎng)絡(luò)框架、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺及相關(guān)技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)。
“智能礦山，標(biāo)準(zhǔn)先行?！敝袊禾抗I(yè)協(xié)會副會長劉峰表示，“標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用是煤礦5G應(yīng)用和智能礦山建設(shè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)?！庇绕涫切枰鞔_井下5G專用頻段、組網(wǎng)架構(gòu)、多網(wǎng)融合等關(guān)鍵性問題。
5G下井，將推動煤炭產(chǎn)業(yè)鏈的巨大變革。而5G工業(yè)應(yīng)用研發(fā)投入大，涉及領(lǐng)域廣，需要政府、行業(yè)、企業(yè)通力合作，互有重點，互通有無，擴大5G+智能煤礦產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈。
可喜的是，為引導(dǎo)資源共建共享，加快關(guān)鍵核心技術(shù)突破，中國移動聯(lián)合清華大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)(北京)、陽煤集團、中煤科工、華為公司等70多家單位，已于6月18日正式成立“5G智慧礦山聯(lián)盟”。
對此中國移動表示，下一步將在應(yīng)急管理部、國家煤監(jiān)局和山西省委、省政府的指導(dǎo)支持下，一方面全面實施“5G+”計劃，充分發(fā)揮5G智慧礦山聯(lián)盟作用，構(gòu)建資源共享、生態(tài)共生、互利共贏、融通發(fā)展的5G新生態(tài)。
另一方面，共同推動產(chǎn)學(xué)研用深度融合，努力將一流技術(shù)、優(yōu)質(zhì)資源、創(chuàng)新產(chǎn)品快速落地并規(guī)模推廣，不斷催生智慧礦山新模式、新業(yè)態(tài)、新場景，加快礦山行業(yè)轉(zhuǎn)型升級，推動5G真正成為社會信息流動的主動脈、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的加速器、數(shù)字社會建設(shè)的新基石。
巡檢機器人、5G基站，一個又一個的“方盒子”加入到了采掘一線的奮戰(zhàn)中。郝建軍頭燈的光柱指向了新來的“戰(zhàn)友”，看著它們，郝建軍憨憨地笑著。
頭燈搖曳、數(shù)據(jù)奔涌，和身邊的工友一樣，郝建軍也是這場信息化變革中的探路者、先行者?！?G將帶領(lǐng)大伙走向何處？”不小的問題在郝建軍的心中生根發(fā)芽，但他知道，5G給煤礦帶來的將是安全生產(chǎn)、將是無限可能。
聚焦“六新”率先突破，是我省在轉(zhuǎn)型發(fā)展上率先蹚出一條新路來的方向目標(biāo)、路徑要求和戰(zhàn)略舉措，直道沖刺、彎道超車、換道領(lǐng)跑，手執(zhí)先行先試的“尚方寶劍”，站在風(fēng)口的“新基建”，必將為我省蓄勢賦能，在轉(zhuǎn)型發(fā)展上率先蹚出一條新路。
