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5G技术支撑下 采矿业“智变”正在加速推进

2021-09-13 17:30:42    来源:经济参考报

编者按

地下534米的矿井深处,全球最深5G网络正在赋予黑黝黝的矿井新的活力……在5G技术的支撑下,采矿业的“智变”正在加速推进。对于安全生产高于一切的采矿业来说,智能化替代已是行业刚需。而以5G、工业互联网、大数据、人工智能等为代表的新基建不仅将成为采矿业安全、智能、绿色的保障,也将带来新一轮大规模产业调整,一场轰轰烈烈的数字化变革将在中国采矿业展开。

矿井深处5G显威

□记者 梁晓飞 张磊 王皓 太原报道

“5G网络,对于别的行业是锦上添花,但对于采煤行业来说,就是雪中送炭。”山西一位参与5G煤矿建设的负责人由衷感慨。

5G技术问世不久,煤炭大省山西就把5G网络带到了数百米深的矿井深处。2019年5月,山西新元煤矿在地下534米处开通了我国首个煤矿井下5G网络,成为全球最深的5G网络。此后,全国煤矿智能化建设明显提速。在山西,类似的智能煤矿已有16座。

在近日召开的2021世界5G大会上,“新元煤矿5G智慧矿山项目”荣获5G应用设计揭榜赛决赛一等奖。“5G+煤矿”的奇妙组合,再度引发关注。

一趟全新的“地心之旅”

智能巡检机器人、一键呼叫“网约车”、实时手机视频通话,黑黝黝的矿井被科技赋予新的活力。记者日前来到晋能控股集团塔山煤矿,深入地下500米,实地探访5G智慧煤矿。换上矿工服,随身携带GPS定位卡、氧气自救器、5G矿用防爆手机等装备,记者乘坐无轨胶轮车,开启了全新的“地心之旅”。

漆黑的巷道中,驾驶位右前方一块明亮的导航屏幕首先吸引了记者的注意。“我们当前的行车轨迹,正清晰地显示在地面指挥中心的大屏上。”同行的塔山煤矿综采二队电工陈建龙说,有了它,这辆车就具备了“网约车”功能。

大学毕业后,陈建龙已经在井下工作了9年。“井下不能带手机、刷视频,连设备维护也不能上网查资料。每天下午2点多下井,上来就晚上11点多了,中间几乎与世隔绝。”

在巷道上方,可以看见山西联通与华为公司联合部署的5G基站。陈建龙说,5G入井后,各个作业点的画面、数据都能实时传回地面。“井上井下被网络连起来了,曾经的隔绝感也渐渐消除。”

经过40分钟的井下路程,记者抵达了二盘区变电所和水泵房。这里相当于煤矿的“心脏”,为井下设备提供电力。宽敞明亮的工作区域内,20多台电气设备整齐摆放。井上指挥中心一声令下,自动巡检机器人就可启动工作,将检查的信息实时传输到地面。

“有了智能巡检机器人的帮助,变电所和水泵房的人工工作量可减少80%以上。”塔山煤矿研发中心主任王伟光说,巡检机器人搭载传感器,能够感知周边环境,每天产生的数据量有4万多条,能够及时发现异常情况,第一时间排查隐患。

从水泵房离开时,记者体验到了井下“一键叫车”的便捷。只需要在手机上打开相应的叫车软件,点击用车申请,不到一分钟,附近的一辆胶轮车就来到了面前。

大约20分钟后,记者来到井下8303综放工作面,采煤机、液压支架、运输皮带隆隆作响,降尘水雾自动喷洒。潮湿的环境里,眼镜顿时蒙上了一层水汽。

“这是人员定位基站,那是位移传感器……”站在一根根液压支架间,陈建龙一一为记者介绍。采煤一线设备繁多,一个工作面光传感器就有1500多个,每个机器后面都有一条线路,这些光缆、信号线汇总到井下控制台。控制台随采煤机移动,一条线路出了故障,就需要一根一根地排除,工作量之大难以想象。

塔山煤矿副总经理张兴说,5G基站入驻采煤工作面后,已经有11种传感器改为无线传输。原先采煤工作面一个班20多名矿工,经过智能化改造,目前已减员30%至40%。

结束井下采访后,又经过约40分钟车程,记者回到地面。此时天色已黑,煤炭仍在源源不断地随着运输皮带涌出地面。

智能化替代成行业刚需

一改往日的“黑”面孔,穿西服、打领带,坐在屋里把煤采,矿山的智能化改造让煤矿工人换新颜。

记者走访多座5G煤矿发现,智能化进一步降低了煤矿企业综合维护成本,极大提高综采效率,让无人化、少人化的井下开采成为可能。以往20人班组完成的任务由现在每班七八个人便可完成,并且全都离开了工作面。依托这种智能化综放开采设备和技术,塔山煤矿实现了用设备替代人工,将采煤工效提升了42%,生产能耗较以往降低了5%以上。

“生产设备的数字化升级大大减少了资源的浪费,过去很多岗位工人三班倒生产,现在实现了人力解放。”王伟光说,“人力解放并不是辞退工人,而是培训工人由强体力劳动向高技术含量转型,把‘蓝领’变成‘白领’。”

对于矿山行业来说,安全生产高于一切。

日前,由晋能控股集团与国内科研院所联合研发的,全国首台适用于井下开展常态化危险气体巡检的机器人正式下井。它可以替代以往的瓦检工,在井下巷道复杂地形,可以进行现场环境探测和音视频采集,进行井下危险气体的常态化巡检。

“各种智能化操作系统信息一网传输,矿井在智能化操作、安全生产以及生产效率等方面实现了重大变化。井下只要出现风险点,便会通过4K高清摄像头、NB传感器等设备将数据精准、迅速回传至地面总调度室,井上的指令下达没有了时延,安全性和生产效率大大提升。”张兴说。

煤炭行业的“智变”正在加速推进。新基建不仅保障采掘业安全、智能、绿色开采,也给煤炭行业带来了新一轮的产业调整。煤炭行业也在试图突破“数据孤岛”的瓶颈,进行一场数字化革命。

落地关键在于应用

中国工程院院士王国法表示,我国煤矿智能化建设仍处于培育示范阶段,距离实现全面智能化还有不小差距。目前,我国煤矿智能化建设还存在诸多“痛点”须全力消除。痛点之一就是,5G应用场景和生态匮乏,有待进一步挖掘。

“5G网络应用,对煤炭行业来说是必然趋势。”张兴坦言,从4G到5G,在日常生活中的应用过渡得很自然,但对于煤矿来说,需要克服很多困难,应理性考虑,不能盲目追求高大上。

首先,5G信号在井下的传播面临很多苛刻的要求。井下巷道、密布的电缆、管路和拐角等都会对信号形成干扰,这些都会对技术攻关提出新要求。“简单说,在地面只需要28个基站就可以实现对园区的全覆盖,但在井下128个基站都很难达到使用要求。”张兴说。

其次,许多现有的井下设备还未搭载适用的5G模块。“就像4G手机跑不了5G网络一样,有了5G网络只是第一步,还需要相应的设备或模块。”张兴说,目前煤矿对矿用5G模块的需求非常迫切,市面上有哪些产品,就用哪些产品。

以传感器为例,5G网络搭建完成后,理论上讲,所有井下传感器都可以变成无线的。但目前,塔山煤矿只应用了11种无线传感器。“如果这些问题解决不了,就谈不上减员增效的问题。”张兴说。

再次,5G只是搭建了一个通信网络,智能化建设仍有许多技术受限。比如,理想的智能化割煤是一种“透明割煤”,需要建立井下三维模型,只割煤不割石头或矸石。然而,目前的物理探测技术只能探出一个轮廓,分辨不清哪些是煤炭、哪些是石头。

王国法表示,地质探测技术与装备的智能化,探测信息的数字化、模型化及地质信息与工程信息的有效融合,是打造“透明地质”或“透明工作面”的基础。目前,受地质探测理论、技术与装备发展水平的限制,“透明地质”技术保障支撑能力明显不足。

“煤层就像一个夹心蛋糕,大家都想要把煤炭采干净,留下矸石。这一想法并没有卡在通信领域,问题出在传感器和数据分析方面。”张兴说,5G煤矿这架“飞机”已经飞起来,但关键要落地,不能在空中解体。而落地的关键在于应用。

“5G+工业互联网”改写采矿史

□记者 陈爱平 陈云富 李唐宁

上海报道

“5G+工业互联网”正在采矿业表现出巨大的市场空间和强劲的发展后劲。

“5G+工业互联网”加速落地

近日,中国移动上海产业研究院与华电煤业集团有限公司、中兴通讯北京分公司等签署战略合作协议,三方将在产品创新、商机拓展、技术研发、项目共建等方面实现深化合作,推动5G与煤矿行业深度融合。据中国移动上海产业研究院副总经理陈豫蓉介绍,三方推动的5G+智慧矿山解决方案将基于一站、一柜、一平台的创新架构,通过新型云网基础设施构建大带宽、低时延、高安全隔离的定制化专网,以“井上井下一张网”的形式承载矿区各种业务,灵活满足矿山场景需求,提高矿山行业生产安全水平,推进以降本增效为核心的产业升级,助力矿山行业数字化转型。

截至2020年底,我国已建成400多个智能化采掘工作面,19种煤矿机器人在井下使用,71处煤矿列入国家首批智能化示范建设煤矿,“5G+工业互联网”助力采矿行业数字化转型的巨大潜力正不断释放。工信部数据显示,全国“5G+工业互联网”项目超过1500个,175个矿山实现5G应用商用落地。

自今年采矿行业“5G+工业互联网”现场工作会以来,全国采矿业“5G+工业互联网”建设更是明显提速。截至7月中旬,山西、内蒙古、山东、河南、甘肃、安徽、陕西、广东、江苏等多省新上采矿类“5G+工业互联网”项目28个,签约金额约3.5亿元。

基础电信企业加快能力整合,不断完善采矿业“5G+工业互联网”产品体系,结合采矿业实际需求细化远程设备操控、机器视觉质检、设备故障诊断、无人智能巡检、生产现场监测等十大典型应用场景,形成了涵盖矿区信息基础设施建设、掘进与综采设备管控、安全监测与管理、生产流程控制、生产经营管理等大类的近100余款“5G+工业互联网”产品,为采矿企业提供“菜单式”“一站式”服务。

采矿行业则主动探索5G与云计算、大数据、人工智能等新一代信息通信技术在采矿行业的融合创新应用模式,加快探索“5G+工业互联网”助力“机进人退”,实现井下作业少人化、无人化,推动矿山数字化、网络化、智能化发展,加快探索透明矿山、智慧矿山、绿色矿山建设等方面的新模式新路径。

典型应用场景逐步形成

“5G+工业互联网”如何影响采矿业?专家分析,安全生产是采矿行业的红线。在露天矿环境中,因矿山石坠落易引起开采人员伤亡,多层重叠采空区常出现塌方、滑坡、瓦斯爆炸、冲击地压等事故风险。在井工矿环境中,存在高温、高湿、粉尘等恶劣工作环境,工人长时间高强度井下作业对健康造成较大威胁。

针对上述行业生产重点难点,“5G+工业互联网”在采矿领域的应用场景主要集中在四个方面:一是5G技术高效支撑井下综采设备的远程操控,实现“机进人退”;二是5G新技术可以支撑井下工作面的远程监控,助力井下自然灾害防治和人员管理;三是5G技术助力实现井下作业的少人化、无人化,有效缓解招工难问题;四是5G技术助力矿山设备数字化、网络化、智能化,大幅提升井下采掘效率。

远程设备操控方面,新元煤矿与中国移动在山西省开通5G煤矿井下网络,建成井下“超千兆上行”煤矿5G专用网络,相关应用实现对掘进机、挖煤机、液压支架等综采设备的实时远程操控,以及对爆破全过程的高清监测与控制。内蒙古白云鄂博铁矿与中国移动等企业合作建成了5G无人矿卡指挥中心,部署了矿用汽车远程操控平台,完成6台矿用汽车纯线控硬件改造,实现了车辆运行的实时精准控制、数据同步回传等功能。

设备协同作业方面,千业水泥与中国移动在河南省焦作市开展“千业5G矿山绿色智能及矿产资源综合利用”项目建设,搭建5G网络,融合北斗高精度定位、车联网技术、纯电矿卡能量回收技术,实现了无人矿车的自动驾驶和协同编队、作业区域内车辆的集群调度,设备作业效率提升10%以上。晋能控股集团与中国联通合作,依托5G智慧网络平台的大数据分析,在塔山煤矿推广应用“网约车”模式,实现了井下无轨胶轮车运行管理的数字化和智能化,整体运行效率提升了30%左右。

无人智能巡检方面,庞庞塔煤矿与中国联通在山西省开展“5G+智能矿山”项目建设,在井下变电硐室和水泵房的排水、供电等设备远程集中监控的基础上,增加安装5G模组的巡检机器人,通过5G网络进行硐室4K高清视频回传、机器人监测数据回传和机器人实时控制,5G技术支撑实现运输机、皮带等设备的无人巡检。山东三山岛金矿引入5G+凿岩车、5G+远程破碎系统、运转系统无人化等场景,不但实现工人从井下转移到地表,解决了矿山安全生产等诸多问题,而且掘进和运送效率提高了近25%。

生产现场监测方面,鲍店煤矿与中国联通在山东省济南市开展“矿用高可靠5G专网系统及应用”项目建设,用高可靠5G专网系统及应用,针对极端严苛的煤矿生产控制场景,通过5G+机器人、5G+视觉识别等手段对设备状态、气体浓度、综合环境进行实时监测,实时回传至调度指挥中心。陕西小保当煤矿与华为、中国电信、中国矿业大学、中煤科工集团进行产学研合作,组建“井上井下一体化网络”,实现5G信号覆盖到矿区园区及矿井主要工作面,实现对工业园区、生活园区的统一管控,利用传感器数据传输及分析实现生产设备在线监控,提高了工作效率,降低了人员的工作强度。

打通行业壁垒 深化融合应用

业内认为,目前采矿行业发展面临着需求增速放缓、环境制约趋紧、要素成本上升、安全生产压力大等诸多挑战,应推动打通行业壁垒,深化融合应用,持续拓展“5G+工业互联网”发展新空间。

今年6月,国家发展改革委、国家能源局、中央网信办、工业和信息化部等四部门联合印发《能源领域5G应用实施方案》提出,在未来的3年至5年时间里,围绕智能电厂、智能电网、智能煤矿、智能油气、综合能源、智能制造与建造等方面拓展一批5G典型应用场景。其中在“智能煤矿+5G”领域,将建设煤矿井上井下5G网络基础系统,搭建智能化煤矿融合管控平台、企业云平台和大数据处理中心等基础设施,打造“云-边-端”的矿山工业互联网体系架构。利用5G的高速率、低时延、大连接、高可靠等特性,重点开展井下巡检和安防、无人驾驶等系统建设和应用,探索智能采掘及生产控制、环境监测与安全防护、虚拟交互等场景试点应用,促进智能煤矿建设。

中国矿业联合会副会长吴国华表示,“5G+工业互联网”为矿山装上智慧的大门,将赋能采矿行业数字化转型,行业协会要充分发挥自身的平台优势和桥梁作用,借鉴“5G+工业互联网”在采矿行业的成功应用经验,加强对采矿企业的引导和服务,强化跨行业协同和应用技术创新。

中国矿业大学(北京)校长葛世荣认为,煤炭工业互联网建设将不局限于煤炭企业,除了要满足煤矿自身的信息化智能化需要,还要与煤矿外部的行业互联互通,比如与燃煤电厂、化工厂、钢铁厂构建互联系统,这需要借助5G技术和煤炭工业互联网的支持。“此外,我国约60%的能源来自煤炭,通过煤炭工业互联网建设,将有利于推动煤炭智能化发展,这是我国实现能源智能化的重要组成部分。”

华为技术有限公司高级副总裁蒋亚非介绍,随着中国承诺“力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”,华为正与产业各方协同推进“5G+工业互联网”在采矿行业规模应用,帮助矿企减员提效。

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