5G下井，給煤礦帶來什麽？

在日(rì)前召開的全國煤礦智能化建設現場推進會上，具有快(kuài)速賦能煤礦智能全場景優勢的5G技術、5G+智慧礦山(shān)解決方案備受關注。

業界認爲，煤礦智能化的目标是将人(rén)從危險的崗位上解放(fàng)出來，實現“少人(rén)則安、無人(rén)則安”，而5G技術大(dà)帶寬、高速率、低時延、低功耗的特征賦予了煤礦智能化快(kuài)速發展的可(kě)能，這和實現煤礦本質安全的目标相(xiàng)一緻，也是煤礦應用5G技術的主要動力所在。

5G給井下海量數據傳輸提供技術支撐

“5G技術對煤礦帶來的最大(dà)影(yǐng)響，就(jiù)是爲煤礦智能化賦能，助力煤礦建成少人(rén)工(gōng)作(zuò)面或無人(rén)工(gōng)作(zuò)面，最終将人(rén)從繁重的、危險的場所解放(fàng)出來，提高煤礦的本質安全水平。”中國安全生(shēng)産科(kē)學研究院院長張興凱在接受《中國煤炭報》記者采訪時表示。

5G，即第五代移動通信技術，是最新一代蜂窩移動通信技術，也是繼4G、3G和2G系統之後的延伸。

中國煤炭科(kē)工(gōng)集團首席科(kē)學家、中國工(gōng)程院院士王國法表示，5G技術最顯著的大(dà)帶寬、低時延、廣連接的三大(dà)特點，正好契合了煤礦智能化發展需要更廣泛數據接入、更大(dà)數據傳輸帶寬和更低時延控制的支撐。

5G技術入井，實際上是在爲井下特别是工(gōng)作(zuò)面海量數據上傳搭建一條高質量的高速公路(lù)。沒有這條高速公路(lù)支撐，井下設備的地面遠程控制、工(gōng)作(zuò)面的少人(rén)無人(rén)也隻能是空想。

以陽煤集團新元公司爲例。以前，井下設備也有無線接入，時延、掉線、丢包現象嚴重，不安全也不可(kě)靠，不能進行遠程操控。應用5G技術後，時延控制在20毫秒以内。通常人(rén)們能感知到的時延是100毫秒左右。也就(jiù)是說，技術人(rén)員在地面操控設備感覺不到時延，跟在現場操作(zuò)一樣。

“以前，井下的人(rén)揮手，我們視頻中看(kàn)到的是‘慢(màn)動作(zuò)’，現在看(kàn)到的跟現場一樣，感覺不到差别。”陽煤集團信息化部部長鄭海山(shān)說。

目前，新元公司正在推進5G技術井下的三個場景應用。

一是綜采系統智能化，在進風和輔助進風順槽布設5G網絡，實現兩巷超高清視頻、手機通信、刮闆機監測數據接入等應用。

二是掘進系統自(zì)動化，在掘進巷道覆蓋5G網絡，通過掘進機加裝5G傳輸模塊，利用5G低時延特性，在地面及井下實現對掘進機的遠程操作(zuò)。

三是機電硐室無人(rén)巡檢，對接煤礦機器人(rén)研發廠家，在機電硐室安裝5G移動巡檢機器人(rén)，實現設備現場超高清視頻、語音、紅外成像等數據的實時回傳及設備運行故障的超前預判、預警。

“實現遠程控制後，井下就(jiù)能減人(rén)，人(rén)少了也就(jiù)安全了。”鄭海山(shān)說，“5G技術應用後，井下的崗位工(gōng)能減下來。”

對于煤礦來說，安全無非兩方面：一是人(rén)的安全，二是設備的安全。5G技術恰恰給煤礦安全賦予了兩方面可(kě)能。

在人(rén)員安全方面，以5G技術爲支撐，可(kě)以實現對人(rén)員的精準定位、精準預測、精準施救。

在設備安全方面，應用5G技術可(kě)以對設備實時監控、實時預警、遠程診斷、超前預防，實現全生(shēng)命周期管理(lǐ)。

在鄭海山(shān)看(kàn)來，5G技術在煤礦的應用，不僅解決了通話傳輸的問題，更主要的是提升綜采掘進水平，提升機器人(rén)應用水平，提升井下環境監測水平，提升煤機裝備整體水平，提升數據應用水平，提升煤礦綜合管控水平。

5G技術的落地可(kě)有效解決煤礦生(shēng)産現場海量數據及視頻傳輸業務的瓶頸問題，包括水、火(huǒ)、瓦斯、頂闆信息的精準預測預報、煤岩精準預測和探測、設備故障遠程診斷和智能聯動、智能巡檢、無人(rén)值守、精準定位等應用場景。

“智能化技術是基于通信技術進行的一些應用，其中很關鍵的一項技術是信息傳輸技術。從某種程度上來說，信息傳輸技術的優劣、速度的快(kuài)慢(màn)決定了智能化水平的高低。”太原理(lǐ)工(gōng)大(dà)學教授、山(shān)西科(kē)達自(zì)控有限責任公司董事(shì)長付國軍說。

在煤礦智能化朝着少人(rén)化、無人(rén)化方向快(kuài)速推進的當口，人(rén)在地面操作(zuò)，井下無人(rén)值守，就(jiù)需要井下增加傳感器和大(dà)量視頻傳輸，以前需要人(rén)去(qù)看(kàn)的，現在則需要通過視頻實時查看(kàn)。

“以大(dà)帶寬、低時延、廣連接爲特征的5G技術恰好滿足了煤礦井下移動場所的數據信息傳輸需要，成爲煤礦智能化的一個技術支撐。”付國軍說。

有序推進5G賦能煤礦智能全場景

5G技術在煤礦應用的廣闊前景，激發了大(dà)型煤炭集團、科(kē)研院所、運營商、設備供應商等的極大(dà)熱情。

煤礦井下地理(lǐ)條件(jiàn)複雜多變，在支護強度大(dà)、信号衰減快(kuài)等特殊環境下，推廣無線通信意義重大(dà)。5G技術在煤礦是剛需，是安全生(shēng)産的堅強保障。

在全國煤礦智能化建設現場推進會上，華爲企業業務副總裁、全球能源業務部副總裁孫福友透露，今年(nián)5月20日(rì)，華爲做出一個重大(dà)戰略決策——升級能源業務的戰略定位，意味着未來華爲的資源将持續不斷地聚焦到能源領域。

“對于煤礦智能化來說，5G技術是來賦能的。高速公路(lù)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，後面的工(gōng)作(zuò)還有很多。”王國法說。

從技術發展的角度看(kàn)，5G技術從研發之初就(jiù)不僅僅是建設一張網而已，其核心要義在于對新一代信息技術的強有力支撐或者賦能。因此，建成5G網絡不等于完成了5G建設，應用場景的規劃和開發才是重頭戲，而基于5G支撐的AI、雲計算、大(dà)數據和物聯網應用等恰恰是5G有用和應用賦能的具體體現。

“5G技術要爲煤礦安全生(shēng)産賦能，就(jiù)必須與煤礦安全生(shēng)産的理(lǐ)論、方法結合起來，必須跟煤礦的實際需求相(xiàng)結合，跟煤礦的理(lǐ)論相(xiàng)融合，融合在一起再創新，形成新的安全生(shēng)産技術體系。我對它的定義叫‘安全技術再創新’。”張興凱說，“比如(rú)，5G+自(zì)動化控制，除了5G技術，還涉及自(zì)動控制、設備制造、安全技術、智能化技術等，是若幹項技術的融合。”

另外，煤礦井下環境惡劣，瓦斯、水、粉塵、頂闆等災害嚴重，5G通信設備跟煤礦其他(tā)設備一樣，必須具備煤礦特定環境下工(gōng)作(zuò)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(rén)的地方、采煤的地方，剩下的都(dōu)是牆壁，特定空間對無線通信系統會産生(shēng)很大(dà)的影(yǐng)響。因此，在天線布置、理(lǐ)論算法上需要一套好的應用技術。”付國軍表示。

實際上，5G概念已經遠遠超過了5G技術本身(shēn)，要推進的是5G+，必須把5G技術跟大(dà)數據、人(rén)工(gōng)智能、區塊鏈，還有雲計算、邊緣技術、切片技術等融合到一起，才能真正賦能各種工(gōng)業應用場景。

“推進5G+采煤+掘進+運輸+巡檢+信息的應用，通過5G技術構建起一個工(gōng)業物聯網的模式，最終實現安全生(shēng)産和減人(rén)提效，這是我們煤礦追求的目标。”鄭海山(shān)說。

在所有的工(gōng)業應用場景中，煤礦是最複雜的。賦能煤礦智能化和煤礦本質安全，很多難題亟待解決。

王國法指出，一是适應井下條件(jiàn)的5G設備研發和安标認證标準問題，二是場景設計和落地問題，三是商業模式問題，四是思維模式的問題。

付國軍認爲，現在的組網模式主要是運營商主導下的，隻是運營商将地面的5G公網搬到了煤礦井下，并不是真正意義上的煤礦核心專網。也就(jiù)是說，煤礦的海量數據需要在運營商的核心網進行交換，不僅使5G技術信息傳輸的低時延特性受到影(yǐng)響，還牽涉信息安全和系統安全的問題。不管煤礦用4G技術還是5G技術，目的都(dōu)是爲了與生(shēng)産直接貫通。一旦信息安全和系統安全問題解決不了，技術就(jiù)沒有了生(shēng)命力。

張興凱也表達了自(zì)己的擔憂。他(tā)說，現在，把地面的5G網絡搬到井下相(xiàng)對比較容易，但(dàn)5G公網采用雲存儲，連接的又是煤礦井下生(shēng)産系統，而井下瓦斯、水、火(huǒ)、頂闆等災害嚴重，一旦網絡安全出現漏洞，将給井下的生(shēng)産安全帶來嚴重威脅。

“最好的辦法，就(jiù)是開發出适合煤礦應用的小型化的核心網，一要容量小型化，二要價格降下來。也就(jiù)是說，要組一個網，成本上還得(de)讓煤礦能承受。”付國軍說。

王國法表示，盡管5G在煤炭行業應用尚處于初級階段，但(dàn)在總的發展方向上是毋庸置疑的，推進煤礦5G應用要因地制宜，分(fēn)類分(fēn)批地進行，因地制宜分(fēn)類分(fēn)級地發展。

“5G在煤礦肯定是要推廣應用的，這是世界發展的趨勢，再往前一步就(jiù)要發展5G+智能化+大(dà)數據。但(dàn)是，目前5G技術在煤礦應用才剛剛開始，建議逐步推開，成熟應用，不要一哄而上。”張興凱表示。

付國軍持同樣觀點。他(tā)表示，煤礦企業要理(lǐ)性，因地制宜，要根據自(zì)身(shēn)的智能化發展需求來決定用4G技術還是5G技術，但(dàn)5G的研發應用不能降溫。

可(kě)喜的是，山(shān)東能源集團日(rì)前發布了礦用高可(kě)靠5G專網系統，包括礦用5G核心網、5G基站(zhàn)、5G基站(zhàn)控制器、5G高可(kě)靠控制器、5G邊緣計算控制器、5G智能手機等，采用礦用邊緣計算控制技術進一步降低了時延。經井下采煤工(gōng)作(zuò)面實測，時延降低到6毫秒。