走進(jìn)5G+智能化煤礦 “樣板間”

文｜李清波

新春時(shí)節(jié)，位于山西省晉中市壽陽縣的潞安化工集團(tuán)新元公司一片繁忙景象。這里是全國首座在井下建成5G 網(wǎng)絡(luò)的煤礦，5G 如何幫助井上井下互聯(lián)互通？礦工日常工作有何變化？產(chǎn)能和安全如何兼得？讓我們一起實(shí)地走訪5G+智能化煤礦“樣板間”。

光：照亮的不僅是巷道

潞安化工集團(tuán)新元公司

礦井口搭建了喜慶的春節(jié)背景墻，升井通道旁邊鋪著紅地毯、掛了紅燈籠，LED大屏上放著幻燈片、播放著歡快的祝福歌曲。在機(jī)修車間里，升井的故障備件和修理好的備件吊裝運(yùn)轉(zhuǎn)不停。早上10時(shí)，白班倒班工人和機(jī)修班工人乘坐無軌防爆膠輪車從3號和9號煤井上下往返。升井的工人們走進(jìn)礦燈、瓦斯報(bào)警儀專用儲存室，將設(shè)備放入自己的專屬柜子充電，再去更衣室沐浴，從而結(jié)束整個(gè)輪班。

“5G+智能化煤礦的建成對一線工人最直接的影響就是井下工作環(huán)境得到極大改善，在這樣的環(huán)境工作，我們感覺很自豪、很幸福。”剛剛升井的綜采隊(duì)二組檢修班工長白景說。

作為每天白班作業(yè)的前哨站，檢修班要為白班生產(chǎn)排除所有的設(shè)備故障?！耙郧?，如果采煤機(jī)等大型設(shè)備出現(xiàn)了我們無法修理的故障，最直接的做法是讓上海、天津等地的廠商派人來檢修，路上最少也得花一天時(shí)間，而現(xiàn)在，通過單位配備的防爆手機(jī)可以在地下直接聯(lián)系天南海北的廠家，與對方工程師在線溝通，提高檢修效率?！睓z修班工人說。

新元公司技術(shù)人員調(diào)試井下5G基站

無軌防爆膠輪車是礦工上下井非常便捷快速的工具，往返于礦井入口和各個(gè)綜采面，可減少礦工攀爬三四千米的巷道，節(jié)約大量的體力，從出發(fā)到工作場所只需行走幾十米，而且每一個(gè)轉(zhuǎn)載點(diǎn)都有防塵措施，防塵簾、防塵噴霧，再加上個(gè)人隨身攜帶的便攜式自救器，保障安全的同時(shí)降低了患職業(yè)病的風(fēng)險(xiǎn)。

綜采區(qū)作業(yè)采用的是2715制，2個(gè)生產(chǎn)班各7個(gè)小時(shí)，1個(gè)檢修班5個(gè)小時(shí)，年僅26歲的綜采隊(duì)二組技術(shù)員關(guān)鐵鋼就是井下生產(chǎn)第一負(fù)責(zé)人，主要負(fù)責(zé)施工措施的編制，保證措施執(zhí)行無偏差，井下有哪些需要更換的大型備件都由他來指導(dǎo)。

支架護(hù)頂保護(hù)巷道，采煤機(jī)進(jìn)刀開始割煤，頂溜銜接煤塊運(yùn)輸，皮帶接力連接地面選煤生產(chǎn)……煤炭生產(chǎn)大體有4個(gè)流程。生產(chǎn)班最主要的任務(wù)是割煤，采煤機(jī)鋒利地切割著煤層，通過生產(chǎn)溜把切割下的煤炭轉(zhuǎn)運(yùn)到皮帶上，然后再輸送到地面。生產(chǎn)溜就是整個(gè)綜采工作面第一個(gè)運(yùn)煤的裝置?！半S著生產(chǎn)組織的進(jìn)度加快，生產(chǎn)溜因?yàn)樨?fù)荷增大而報(bào)出來的故障最近比較常見，所以給割煤、拉架（搭支架）、頂溜（生產(chǎn)溜）3個(gè)工作設(shè)置了智能化程序，一旦出現(xiàn)故障，設(shè)備將會同步停機(jī)，這就需要我們時(shí)刻留意，掌握工作進(jìn)度，不能過快?！标P(guān)鐵鋼說。

采煤機(jī)根據(jù)煤層走向延伸，走到哪里支架就需要跟到哪里，類似千斤頂撐起整個(gè)煤層頂板。采煤機(jī)行走的路線并非全部是水平路線，高高低低的支架，形成的綜采面作業(yè)空間也是起伏不定，這就需要關(guān)鐵鋼時(shí)刻盯在現(xiàn)場，他要保證采煤機(jī)的前進(jìn)沿著煤層走，少走彎路。

一個(gè)煤礦的先進(jìn)程度主要體現(xiàn)在工人的工作環(huán)境上，沒有氧氣時(shí)，可以堅(jiān)持45分鐘的自救器、礦燈之外的照明設(shè)施、無處不在的防塵措施、能按時(shí)補(bǔ)充能量的工作餐，這些溫暖照亮了每一位職工的心。

電：守護(hù)礦工生命線

2022年，新元公司地面供電集控中心剛剛完成了技術(shù)改造。對機(jī)電動(dòng)力部供電隊(duì)來說，開關(guān)柜一鍵順控視頻雙確認(rèn)系統(tǒng)和在線智能巡檢系統(tǒng)的完善意味著安全水平和勞動(dòng)效率的又一次提升。這座2007年建成的煤礦采用了當(dāng)年最先進(jìn)的供變電技術(shù)，在5G+智能化煤礦改造期間，不斷進(jìn)行“自我升級”。

走進(jìn)供電集控中心，抬眼望去，大屏幕上顯示著，智能巡檢機(jī)器人沿著配電柜外固定路線逐一巡視，每到一處，機(jī)械臂伸長脖頸探出攝像頭，觀察開關(guān)柜各項(xiàng)數(shù)據(jù)、燈光指示是否異常，開關(guān)溫度是否正常，指示燈與集控中心是否一致，隨后將檢查結(jié)果以文本形式發(fā)送給集控中心監(jiān)控后臺。

工人正在維修瓦斯報(bào)警器

任正非在新元煤礦井下

“我們改進(jìn)的一鍵順控視頻雙確認(rèn)系統(tǒng)為變電站開關(guān)柜遙控校驗(yàn)提供了一種全新的、可視化的校驗(yàn)確認(rèn)手段，工作站客戶端站端可以完整展示整個(gè)操作過程中的監(jiān)控畫面?！惫╇婈?duì)技術(shù)員劉躍說。

新元公司供電電源從壽陽縣白家莊220千伏變電站引入兩回110千伏主母線，是整個(gè)煤礦生存運(yùn)行的保障。

兩回電源常年保持一回運(yùn)行一回備用，煤礦的生產(chǎn)運(yùn)行、礦工的生命保障都依靠它。極端情況下，運(yùn)行電源出現(xiàn)故障，備用電源需要在1秒之內(nèi)完成切換，但是設(shè)備全部重啟需要一定時(shí)間。以保障礦工呼吸的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)為例，停電意味著井下的瓦斯無法排出到地面，大氣壓力也無法將新鮮空氣壓入地下，井下工人的自救器只能維持45分鐘。供電系統(tǒng)的故障和檢修超時(shí)都是以生命為代價(jià)，所以煤礦建設(shè)時(shí)都必須使用最先進(jìn)的設(shè)備和系統(tǒng)，以提升安全性和可靠性。下一步，供電集控中心會將數(shù)據(jù)分享給調(diào)度室，以供應(yīng)急情況下領(lǐng)導(dǎo)層決策參考。

指揮：無延遲遙控地下煤山

5G+智能化煤礦建成的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，并不是進(jìn)化和發(fā)展的終點(diǎn)。作為整個(gè)煤礦生產(chǎn)的中樞神經(jīng)，調(diào)度室是5G和智能化礦井的中樞指揮系統(tǒng)?！耙郧暗挠芯€光纖信號和4G基站傳遞上來的視頻信號都非?？D”，調(diào)度室業(yè)務(wù)組長馮志民在煤礦工作了12年深有感觸。

以前聽到報(bào)修故障的渠道都是接聽到固定電話，進(jìn)而安排指令，但由于煤礦的封閉性和溝通不便性，報(bào)修、巡檢、大修和檢修計(jì)劃的預(yù)判都是依賴于人工經(jīng)驗(yàn)。如今，無處不在的傳感器和視頻監(jiān)控可以讓調(diào)度員腦中勾勒出地下生產(chǎn)的圖景。

得到礦長書面授權(quán)的調(diào)度室擁有礦內(nèi)調(diào)動(dòng)一切人員和生產(chǎn)資料的權(quán)限。調(diào)度室因此匯聚了井下門類最全的各類數(shù)據(jù)，安全、環(huán)境、控制、電氣、監(jiān)控等，每一類數(shù)據(jù)之下又擁有大量的設(shè)備，最終的數(shù)據(jù)龐大而繁雜。

馮志民說，有了海量的數(shù)據(jù)，仍然不能缺少一線感受和體驗(yàn)。為了保障調(diào)度員不脫離一線，除了需要最少兩年的下井經(jīng)驗(yàn)，他們還需要調(diào)度輪班后，在每個(gè)月內(nèi)固定完成一定的下井次數(shù)，就怕他們太過于依賴數(shù)據(jù)，忘記真實(shí)感受，脫離了實(shí)際。

5G+智能化煤礦建成后，馮志民最直觀的感受是減員增效，減少的工作人員、工作量都被傳感器取代，減少了不必要的巡檢，根據(jù)報(bào)故障的來源安排巡檢工作，效率更高，人員更少。

5G：地下開花、地上結(jié)果

2019年，任正非曾號召華為向谷歌軍團(tuán)學(xué)習(xí)，但其實(shí)，煤炭軍團(tuán)早已和智能化意愿極強(qiáng)烈的新元公司形成了緊密的合作關(guān)系，雙方成立了聯(lián)合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，5G+智能化礦山在山西省晉中市壽陽縣有了雛形。2020年12月7日，任正非深入新元煤礦礦井考察了新型智能化設(shè)備在井下現(xiàn)場的應(yīng)用情況。

時(shí)至今日，新元煤礦地面工業(yè)廠區(qū)設(shè)置了多達(dá)9個(gè)5G基站，地下則安裝了特制的防爆基站，這些基站撐起了密集的數(shù)據(jù)，然后傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上。經(jīng)過防爆化處理的5G基站只有電腦主機(jī)大小，它的傳輸頻率高、速度快、時(shí)延低，但是繞射能力差。

有技術(shù)員表示，井下通信、視頻等各類數(shù)據(jù)傳輸最可靠的仍然是有線路線，例如智能礦燈、記錄儀。5G需要解決例如巡檢機(jī)器人、采煤機(jī)等移動(dòng)設(shè)施的數(shù)據(jù)傳輸問題，5G技術(shù)的速度和穩(wěn)定性在地下更能發(fā)揮好作用，好鋼要用在刀刃上。

“在300米長的巷道內(nèi)，巡檢機(jī)器人拖著數(shù)百米長的各類數(shù)據(jù)線來回往返，在惡劣的環(huán)境下，故障率極高。不可移動(dòng)設(shè)備有光纖傳輸數(shù)據(jù)，而這類移動(dòng)設(shè)備非常需要一個(gè)穩(wěn)定的無線環(huán)境，但是原先的無線網(wǎng)絡(luò)，比如W i-F i，信號并不穩(wěn)定。”武宏旺說。

技術(shù)人員在井下采用構(gòu)筑超寬基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，滿足視頻監(jiān)控和5G視頻通話等業(yè)務(wù)演進(jìn)對網(wǎng)絡(luò)大帶寬的需求，在組網(wǎng)方式上，采用了環(huán)形組網(wǎng)，在多點(diǎn)故障情況下，能利用冗余鏈路自動(dòng)恢復(fù)業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)就像奔跑在中斷的繞城高速上，最終順利到達(dá)目的地。

新元煤礦是全球首次采用了華為SPN切片技術(shù)的煤礦，通過井下一張物理網(wǎng)可達(dá)到多張物理網(wǎng)的隔離承載效果，可將主干網(wǎng)絡(luò)時(shí)延降低到1毫秒以下。

5G+智能化礦井辦公室主任冀杰說：“井下采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、水泵、壓風(fēng)機(jī)、開關(guān)等設(shè)備遠(yuǎn)程控制，皮帶異物、人員違章等重要場景視頻智能識別，保障安全監(jiān)控、精確定位系統(tǒng)人員車輛的海量數(shù)據(jù)量都可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)制式歸一了，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維復(fù)雜度大大降低了。每一套數(shù)據(jù)就像千層餅中的一層，無論多少層，帶寬都足以容納，而且切片方式可以靈活調(diào)整，切片內(nèi)的業(yè)務(wù)互不干擾。目前，我們的帶寬利用率不到一半，給未來的智能化改造留足了空間和遐想。”

人們對于5G+智能化礦井最長遠(yuǎn)的期待是井下無人作業(yè)，新元公司副總經(jīng)理崔志芳表示，這一目標(biāo)目前來看仍然遙不可及，新元公司將繼續(xù)在深化5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、采掘智能化工作面、作業(yè)流程智能管控平臺、設(shè)備全生命周期、AI智能分析、井下物流一體化派送等場景應(yīng)用上先行先試，當(dāng)好“樣板間”。