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5G下井,改變了什么 山西省全國首座5G煤礦與世界見面

來源:太原日報  作者:龐泉機械  發布日期:2020-08-16   


陽煤集團新元公司智能化總調度室。

技術人員進行5G基站設備的培訓講解。

陽煤集團新元公司技術人員正在調試井下5G設備。


陽煤新元調度室。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,采煤作業區一覽無余。調度臺前,工作人員移動鍵盤,輕點鼠標。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區,距離地面534米。這里開通了世界首個煤礦井下5G網絡,也是世界上距離地表最深的5G網絡。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。

印象中的煤炭企業模樣,在新元顛覆。5G技術下井,“新基建”和傳統行業深度融合,正在有力推動著煤炭企業的質量變革、效率變革、動力變革,從而開啟全省傳統煤炭產業內核重塑、質的飛躍。

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34年,現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!”

煤炭行業作為傳統能源行業,具有環節多、戰線長、生產系統復雜、管理難度大等特點,安全生產成為行業的最大痛點。

著眼于安全、高效,煤礦生產經歷了人力落煤、爆破開采、普通機械化開采、綜合機械化開采?!霸诘V上干了多年,設備換了幾茬了,反正就是機器干得越來越多,人干得越來越少?!?/p>

新技術、新裝備、新工藝對安全生產的重要支撐作用,能夠大量減少復雜崗位、高危崗位工人數量,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后進入新元,如今擔任新元公司智能化礦井辦公室主任,在他看來,煤礦實現智能化,目前好多方面都卡在通信上。

煤礦井下地理條件復雜多變,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備。在進行中,井下機器的運行軌跡需要精準的定位、實時的數據傳輸和大量的設備連接,如果出現延時的情況,一系列的工作都會受到影響。

“有些領域,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,沒有實時控制和低時延做支撐,是實現不了的?!?/p>

陽煤集團董事長翟紅認為,原有的井下數字通信技術,對于實現煤礦智能化支撐不足,“恰恰是5G技術廣連接、大帶寬、低時延的三大特性,契合了煤礦智能化發展需求”。

5G下井,適應煤炭企業發展的現實需求,同樣得益于政策的強力推動。

5月20日,工業和信息化部新聞發言人、信息通信發展司司長聞庫在國務院新聞發布會上表示,將加速5G應用由2C向2B的拓展,加快傳統產業數字化轉型,開啟我國數字經濟高質量發展的新篇章。

我省作為首個國家資源型經濟轉型綜改試驗區,在深化能源供給側結構性改革、構建清潔低碳用能模式、推進能源科技創新等方面具有厚重的產業基礎和資源優勢。去年8月,《山西省加快推進數字經濟發展的實施意見》中明確提出,讓5G與實體經濟協同發展,其重點領域之一就是“5G+”智能礦井。

陽煤集團高層敏銳捕捉到了國家大力發展“新基建”的政策利好,深刻洞察到了5G之于煤炭行業發展的巨大潛力,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,希望通過強強聯合,推動5G與煤礦的“聯姻”。

2019年9月5日,陽煤集團、中國移動、華為公司成立5G通信煤炭產業應用創新聯盟。

2019年9月21日至10月1日,經過多次研討,確定新元公司為5G技術礦井應用試點。

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。

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、智能化基礎較好;二是新元屬于煤與瓦斯突出礦井,開采條件相對復雜,在這里試點成功,后續具有較強的推廣價值?!?/p>

5G與煤礦的結合應用,業內尚屬空白,加之井下環境復雜,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,從哪個系統入手?你不知道技術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>

跨行業合作讓雙方都面臨挑戰:通訊公司技術人員對煤礦運行不清楚,煤礦技術人員對專業數據不熟悉。受疫情影響,網絡成為交流的基本途徑?!靶老?、失望反反復復”,回憶這段日子,技術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,一個個技術難題被攻克,也創造了煤礦5G的多個第一。

在中國礦業大學(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,極可能引發瓦斯爆炸,好事變壞事。

針對設備安全問題,創新聯盟對5G基站進行了特殊防爆改造,成功研發出首款礦用5G基站,于2020年4月28日獲得全國首張5G基站防爆、煤安雙認證。

“過去,我們開發應用的5G基站,主要應用在地表。雖然也做了很強的防水、防塵、防鹽等方面的防護工藝,但當設備應用到井下時,環境變得更加復雜,除了滿足防爆要求之外,還要通過結構化改造,對設備其他方面的防護等級進一步升級。另外,井下環境狹小,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“精準授時”。

傳統的地面5G基站,需要使用衛星定位系統進行精準的同步授時?!霸诰?00多米,無法接收衛星信號。如果時間不能同步,設備之間的數據傳輸就會產生誤差,如同生活中兩個人握手,一個已經伸出了手,另一個的手卻還靜靜袖著——對于工業,則失之毫厘,謬以千里?!敝袊苿由轿鞣止灸茉葱袠I5G技術總監呂樂說,“專門研發的井下5G基站網絡同步授時,解決了這一技術難題。精度為100納秒以下,保證了網絡的高可靠性、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,將相關信息歸納總結,全部傳回。而要實現這一目標,信息通道如何布局同樣是一道必須攻克的技術難題。

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,煤礦井下現場的高清視頻數據量非常大,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,實現了5G信號超千兆上行無線傳輸。

與此同時,圍繞數據安全的全國首個“獨立組網+邊緣計算”,為保證5G網絡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網絡依舊能夠安全、穩定運行,并且成功解決基站設備安全、網絡授時、上行數據傳輸、礦山信息安全等難題,中國礦業大學(北京)校長葛世榮說,“這為礦山5G技術的應用闖出了一條新路”。

5G下井,現在能做什么

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,本領卻不小,能夠360度視頻監測、音頻采集、紅外熱成像,精準記錄設備故障發生的時間、地點以及故障類型。

基于5G技術,它“看到”的所有場景都能夠以4K高清視頻畫面的方式、“感知”到的所有數據都能夠精準迅捷地回傳到地面總調度室,便于井上對硐室環境、設備進行遠程監測;同樣是基于5G技術,在地面,就可以對機器人的動作進行遠程實時控制。

從遠程監測到遠程監控,井下機電硐室的作業方式被徹底顛覆,實現了無人值守、無人巡檢。

“目前正在小列車集控室,進風巷工作面情況正常?!毙略?,跟班隊長郗書博開始一天的工作,在地下500多米,“搭乘”5G網絡向井上做視頻匯報??傉{碩大的電子顯示屏上,實時顯示井下瓦斯濃度、溫濕度和高清采煤場景,技術人員在進行遠程監控操作。

5G與工業互聯網的聯袂“出演”,革新著傳統井下作業模式,讓這座煤礦實現著智能化嬗變。

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,每個開關的信息、狀態都要記錄,工作量大不說,有時還會因人為因素造成漏檢、誤檢?,F在有了5G+無人巡檢,再也沒有這方面的擔心了。

新元公司總調大屏幕上,實時顯示著全國首臺“5G+綜掘機”的運行狀態。這臺設備遠在千里之外的上海,對它進行操作的是總調現場的陽煤集團技術人員。能夠完成這樣的遠程監控,正是因為有了5G。

陽煤集團新元公司智能化辦公室技術員劉亮亮一邊操作一邊說:“我們現在先控制一下截割臂的起升???,截割臂已經升起來了。我們測試了一下,遠端控制的延時控制在了20毫秒以內?!?/p>

新元公司副總經理王海鋼介紹:“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應用,實現了采煤智能化和遠程操控,有效解決傳統人工作業操作危險系數大、勞動強度高的問題,同時提升生產效率?!?/p>

機電硐室無人巡檢應用,針對解決煤礦企業機電設備在長期運行過程中易發生故障的問題量身定制,降低了工作人員的勞動強度和風險,提高巡檢質量與效率。

掘進面無人操作應用解決了傳統人工作業操作危險系數大、勞動強度高的問題,可進行遠程操作截割和支護作業,實現了掘進作業的遠程安全精準操控。

綜采面無人操作應用,解決了井下設備運行過程中線纜維護量大、信號經常缺失等問題,為遠程操作人員提供全景高清作業視野,既有效降低危險作業區域安全事故發生率,也節省大量人力物力。

“近年來,陽煤集團以新元公司為代表,推廣綜采自動化。新元井下系統已減少321人,5G技術的應用,有望在產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20多年,但是面對越來越多的新設備,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年新元公司投產之前,郝建軍在這兒有6年采煤經歷。而今,這座老礦經歷111年風雨,已經關閉。

從百年老礦到現代化新元,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:“這是一個永遠想不清楚的未來?!?/p>

而對于冀杰來說,5G在煤礦井下作業場景的成功部署應用,標志著“5G+智慧礦山”建設已邁出關鍵一步?!皬?到1實現后,下一步就是從1到N”,一切僅僅是個開始,挑戰無處不在。

“對于煤礦智能化來說,5G技術是賦能的。高速公路修好了,還要建服務區,要有車輛、監控設備等,需要5G各種應用場景的技術,后面開發的工作還很多?!?/p>

5G落地如何應用,牽涉整個煤炭上下游產業鏈。

6月9日,陽煤集團與中國煤炭工業協會簽署協議,借助陽煤示范項目的原創和先發優勢,雙方將共同研究制定煤礦5G總體網絡框架、工業互聯網應用平臺及相關技術要求標準。

“智能礦山,標準先行?!敝袊禾抗I協會副會長劉峰表示,“標準化應用是煤礦5G應用和智能礦山建設的重要技術基礎?!庇绕涫切枰鞔_井下5G專用頻段、組網架構、多網融合等關鍵性問題。

5G下井,將推動煤炭產業鏈的巨大變革。而5G工業應用研發投入大,涉及領域廣,需要政府、行業、企業通力合作,互有重點,互通有無,擴大5G+智能煤礦產業生態圈。

可喜的是,為引導資源共建共享,加快關鍵核心技術突破,中國移動聯合清華大學、中國礦業大學(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智慧礦山聯盟”。

對此中國移動表示,下一步將在應急管理部、國家煤監局和山西省委、省政府的指導支持下,一方面全面實施“5G+”計劃,充分發揮5G智慧礦山聯盟作用,構建資源共享、生態共生、互利共贏、融通發展的5G新生態。

另一方面,共同推動產學研用深度融合,努力將一流技術、優質資源、創新產品快速落地并規模推廣,不斷催生智慧礦山新模式、新業態、新場景,加快礦山行業轉型升級,推動5G真正成為社會信息流動的主動脈、產業轉型升級的加速器、數字社會建設的新基石。

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中。郝建軍頭燈的光柱指向了新來的“戰友”,看著它們,郝建軍憨憨地笑著。

頭燈搖曳、數據奔涌,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將帶領大伙走向何處?”不小的問題在郝建軍的心中生根發芽,但他知道,5G給煤礦帶來的將是安全生產、將是無限可能。

聚焦“六新”率先突破,是我省在轉型發展上率先蹚出一條新路來的方向目標、路徑要求和戰略舉措,直道沖刺、彎道超車、換道領跑,手執先行先試的“尚方寶劍”,站在風口的“新基建”,必將為我省蓄勢賦能,在轉型發展上率先蹚出一條新路。




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