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山西省全国首座5G煤矿与世界见面

日期:2020-07-31    来源:山西日报  作者:白雪峰

国际煤炭网

2020
07/31
08:36
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关键词: 5G煤矿 阳煤集团 新元煤矿

习近平总书记再次亲临山西视察,要求“大力加强科技创新,在新基建、新技术、新材料、新装备、新产品、新业态上不断取得突破”。省委十一届十次全会要求,全省上下要牢记领袖嘱托,以敢为人先的勇气胆识和换道领跑的竞争姿态,奋力在新兴产业上占据主动,坚决打赢打好“六新”攻坚战、争夺战。全国首座5G煤矿阳煤集团的落成,就是煤炭行业转型发展过程中在“率先”上抢先机,聚焦应用、强化研发、完善技术,着力实现“六新”突破的生动实践。

阳煤新元调度室。人脸识别,自动门缓缓开启。巨大的显示屏,占满整整一个墙面。

距离地面500多米,采煤作业区一览无余。调度台前,工作人员移动键盘,轻点鼠标。随着一条条指令下达,无人值守的工作面,巡检机器人“眼”观六路,缓缓前行,一条条信息快速回传。

“此时此刻,我所在的位置,是阳煤集团新元煤矿的井下采煤作业区,距离地面534米。这里开通了世界首个煤矿井下5G网络,也是世界上距离地表最深的5G网络。这次井下直播,是世界直播史上第一次……”今年6月,全国首座5G煤矿通过媒体的镜头与世界见面。

印象中的煤炭企业模样,在新元颠覆。5G技术下井,“新基建”和传统行业深度融合,正在有力推动着煤炭企业的质量变革、效率变革、动力变革,从而开启全省传统煤炭产业内核重塑、质的飞跃。

为什么要推动5G下井

53岁的杨惠社是一个“老煤矿”,工作已经34年,现在的工作是采煤队综采面电钳工。黝黑的面孔,笑起来,一口白净的牙齿。

行走在地下几百米深处的巷道里,每隔几米一盏的防爆灯,用淡薄的白光努力消除着幽深巷道里浓稠的黑暗。20多度的“上山”路,比平地里走艰难了不少,杨惠社却显得十分从容。

“干了多半辈子的矿工,无论对自己还是对家人,最重要的两个字,安全!”

煤炭行业作为传统能源行业,具有环节多、战线长、生产系统复杂、管理难度大等特点,安全生产成为行业的最大痛点。

着眼于安全、高效,煤矿生产经历了人力落煤、爆破开采、普通机械化开采、综合机械化开采。“在矿上干了多年,设备换了几茬了,反正就是机器干得越来越多,人干得越来越少。”

新技术、新装备、新工艺对安全生产的重要支撑作用,能够大量减少复杂岗位、高危岗位工人数量,是推进无人、少人的重要手段。31岁的郝瑞祥工作13年,是井下刮板运输司机,最大的梦想是:“有一天,井下能实现无人开采,机器人往来穿梭,忙而不乱……”

智能化是几乎所有煤炭人的梦想。

32岁的冀杰研究生毕业后进入新元,如今担任新元公司智能化矿井办公室主任,在他看来,煤矿实现智能化,目前好多方面都卡在通信上。

煤矿井下地理条件复杂多变,支护强度大,信号衰减快。在工作面无人开采时,工人需要在地面操作井下设备。在进行中,井下机器的运行轨迹需要精准的定位、实时的数据传输和大量的设备连接,如果出现延时的情况,一系列的工作都会受到影响。

“有些领域,时延高一些影响不大,但是真正的煤矿智能化、无人化开采或者安全生产,没有实时控制和低时延做支撑,是实现不了的。”

阳煤集团董事长翟红认为,原有的井下数字通信技术,对于实现煤矿智能化支撑不足,“恰恰是5G技术广连接、大带宽、低时延的三大特性,契合了煤矿智能化发展需求”。

5G下井,适应煤炭企业发展的现实需求,同样得益于政策的强力推动。

5月20日,工业和信息化部新闻发言人、信息通信发展司司长闻库在国务院新闻发布会上表示,将加速5G应用由2C向2B的拓展,加快传统产业数字化转型,开启我国数字经济高质量发展的新篇章。

我省作为首个国家资源型经济转型综改试验区,在深化能源供给侧结构性改革、构建清洁低碳用能模式、推进能源科技创新等方面具有厚重的产业基础和资源优势。去年8月,《山西省加快推进数字经济发展的实施意见》中明确提出,让5G与实体经济协同发展,其重点领域之一就是“5G+”智能矿井。

阳煤集团高层敏锐捕捉到了国家大力发展“新基建”的政策利好,深刻洞察到了5G之于煤炭行业发展的巨大潜力,坚持“与能人携手、与巨人同行”的理念,主动出击,先后赴中国移动、华为公司进行交流研讨,希望通过强强联合,推动5G与煤矿的“联姻”。

2019年9月5日,阳煤集团、中国移动、华为公司成立5G通信煤炭产业应用创新联盟。

2019年9月21日至10月1日,经过多次研讨,确定新元公司为5G技术矿井应用试点。

5G下井,克服了哪些困难

皮肤白净,戴一副眼镜。32岁的冀杰有着同龄人少有的沉稳。

2019年10月,冀杰办公室门外新挂了一个牌子——“5G+智能化矿井办公室”。作为办公室主任,冀杰说,“从未感觉到的一种无形压力”。

“选择在新元,一是这是一座年轻的煤矿,信息化、智能化基础较好;二是新元属于煤与瓦斯突出矿井,开采条件相对复杂,在这里试点成功,后续具有较强的推广价值。”

5G与煤矿的结合应用,业内尚属空白,加之井下环境复杂,面对诸多“第一”,冀杰说,最大的困难是“未知”。

“一切都是未知。井下是个庞大的系统,从哪个系统入手?你不知道技术路径的选择是不是合理,你不知道前面是直道还是有意料不到的暗渠。”

跨行业合作让双方都面临挑战:通讯公司技术人员对煤矿运行不清楚,煤矿技术人员对专业数据不熟悉。受疫情影响,网络成为交流的基本途径。“欣喜、失望反反复复”,回忆这段日子,技术团队所有人员都感觉兴奋而疲惫。

就是在这样一次次的思想碰撞中,一个个技术难题被攻克,也创造了煤矿5G的多个第一。

在中国矿业大学(北京)原副校长、教授孙继平看来,5G下井,首要的是解决防爆问题,否则,极可能引发瓦斯爆炸,好事变坏事。

针对设备安全问题,创新联盟对5G基站进行了特殊防爆改造,成功研发出首款矿用5G基站,于2020年4月28日获得全国首张5G基站防爆、煤安双认证。

“过去,我们开发应用的5G基站,主要应用在地表。虽然也做了很强的防水、防尘、防盐等方面的防护工艺,但当设备应用到井下时,环境变得更加复杂,除了满足防爆要求之外,还要通过结构化改造,对设备其他方面的防护等级进一步升级。另外,井下环境狭小,要求我们把基站做得尽量小型化,但功能尽量强大。”华为公司全球5G市场部部长赵志鹏介绍。

同样的困难来自如何实现“精准授时”。

传统的地面5G基站,需要使用卫星定位系统进行精准的同步授时。“在井下500多米,无法接收卫星信号。如果时间不能同步,设备之间的数据传输就会产生误差,如同生活中两个人握手,一个已经伸出了手,另一个的手却还静静袖着——对于工业,则失之毫厘,谬以千里。”中国移动山西分公司能源行业5G技术总监吕乐说,“专门研发的井下5G基站网络同步授时,解决了这一技术难题。精度为100纳秒以下,保证了网络的高可靠性、高可控性、超高安全性”。

百米井下,巡检机器人有多聪明?调度室,工作人员一个指令,机器人要通过感知、判断、分析,将相关信息归纳总结,全部传回。而要实现这一目标,信息通道如何布局同样是一道必须攻克的技术难题。

冀杰举了一个很形象的例子:“井上的5G是下行的要求比较多,上行的要求比较少,主要是用于娱乐。但是对于井下的5G来说,煤矿井下现场的高清视频数据量非常大,需要的是上行的比较多。打个比方,带宽是10车道,地面上8个车道是下行,2个车道是上行。对于煤矿井下来说,8个车道是上行,2个车道是下行。”

新元公司采用每400米安装一个基站的办法,实现了5G信号超千兆上行无线传输。

与此同时,围绕数据安全的全国首个“独立组网+边缘计算”,为保证5G网络性能的大功率分体式矿用基站和矿用大增益天馈,逢山开道,遇水架桥,通过技术团队的不懈努力,一道道难题被克服。

在500多米深的井下,5G网络依旧能够安全、稳定运行,并且成功解决基站设备安全、网络授时、上行数据传输、矿山信息安全等难题,中国矿业大学(北京)校长葛世荣说,“这为矿山5G技术的应用闯出了一条新路”。

5G下井,现在能做什么

井下机电硐室。一个小小的巡检机器人正沿着轨道自主行走。别看它个头不大,本领却不小,能够360度视频监测、音频采集、红外热成像,精准记录设备故障发生的时间、地点以及故障类型。

基于5G技术,它“看到”的所有场景都能够以4K高清视频画面的方式、“感知”到的所有数据都能够精准迅捷地回传到地面总调度室,便于井上对硐室环境、设备进行远程监测;同样是基于5G技术,在地面,就可以对机器人的动作进行远程实时控制。

从远程监测到远程监控,井下机电硐室的作业方式被彻底颠覆,实现了无人值守、无人巡检。

“目前正在小列车集控室,进风巷工作面情况正常。”新元公司,跟班队长郗书博开始一天的工作,在地下500多米,“搭乘”5G网络向井上做视频汇报。总调硕大的电子显示屏上,实时显示井下瓦斯浓度、温湿度和高清采煤场景,技术人员在进行远程监控操作。

5G与工业互联网的联袂“出演”,革新着传统井下作业模式,让这座煤矿实现着智能化嬗变。

采访中,记者在500多米深的井下见到了全国技能大师李瑞兵,从业20多年的他没有想到,5G智能化开采这么快就来到了身边。

李瑞兵说,以前的时候,所有的配电室都是专人值守、专人巡检,来回往返,每个开关的信息、状态都要记录,工作量大不说,有时还会因人为因素造成漏检、误检。现在有了5G+无人巡检,再也没有这方面的担心了。

新元公司总调大屏幕上,实时显示着全国首台“5G+综掘机”的运行状态。这台设备远在千里之外的上海,对它进行操作的是总调现场的阳煤集团技术人员。能够完成这样的远程监控,正是因为有了5G。

阳煤集团新元公司智能化办公室技术员刘亮亮一边操作一边说:“我们现在先控制一下截割臂的起升。看,截割臂已经升起来了。我们测试了一下,远端控制的延时控制在了20毫秒以内。”

新元公司副总经理王海钢介绍:“目前我们在新元煤矿,主要推出机电硐室无人巡检、掘进面无人操作、综采面无人操作三项5G应用,实现了采煤智能化和远程操控,有效解决传统人工作业操作危险系数大、劳动强度高的问题,同时提升生产效率。”

机电硐室无人巡检应用,针对解决煤矿企业机电设备在长期运行过程中易发生故障的问题量身定制,降低了工作人员的劳动强度和风险,提高巡检质量与效率。

掘进面无人操作应用解决了传统人工作业操作危险系数大、劳动强度高的问题,可进行远程操作截割和支护作业,实现了掘进作业的远程安全精准操控。

综采面无人操作应用,解决了井下设备运行过程中线缆维护量大、信号经常缺失等问题,为远程操作人员提供全景高清作业视野,既有效降低危险作业区域安全事故发生率,也节省大量人力物力。

“近年来,阳煤集团以新元公司为代表,推广综采自动化。新元井下系统已减少321人,5G技术的应用,有望在产能进一步提升的同时,再减少1000人。”翟红表示。

5G下井,未来还需要做什么

新元公司,乳化液泵站,41岁的郝建军开始了一天的工作。虽然在煤矿工作已经20多年,但是面对越来越多的新设备,他还是好奇而兴奋。

距离新元公司40公里处,阳泉市,阳煤集团三矿二号井采煤队。2006年新元公司投产之前,郝建军在这儿有6年采煤经历。而今,这座老矿经历111年风雨,已经关闭。

从百年老矿到现代化新元,郝建军想到最多的词是“蝉蜕和新生”,而5G将赋予自己工作什么样的改变,郝建军说:“这是一个永远想不清楚的未来。”

而对于冀杰来说,5G在煤矿井下作业场景的成功部署应用,标志着“5G+智慧矿山”建设已迈出关键一步。“从0到1实现后,下一步就是从1到N”,一切仅仅是个开始,挑战无处不在。

“对于煤矿智能化来说,5G技术是赋能的。高速公路修好了,还要建服务区,要有车辆、监控设备等,需要5G各种应用场景的技术,后面开发的工作还很多。”

5G落地如何应用,牵涉整个煤炭上下游产业链。

6月9日,阳煤集团与中国煤炭工业协会签署协议,借助阳煤示范项目的原创和先发优势,双方将共同研究制定煤矿5G总体网络框架、工业互联网应用平台及相关技术要求标准。

“智能矿山,标准先行。”中国煤炭工业协会副会长刘峰表示,“标准化应用是煤矿5G应用和智能矿山建设的重要技术基础。”尤其是需要明确井下5G专用频段、组网架构、多网融合等关键性问题。

5G下井,将推动煤炭产业链的巨大变革。而5G工业应用研发投入大,涉及领域广,需要政府、行业、企业通力合作,互有重点,互通有无,扩大5G+智能煤矿产业生态圈。

可喜的是,为引导资源共建共享,加快关键核心技术突破,中国移动联合清华大学、中国矿业大学(北京)、阳煤集团、中煤科工、华为公司等70多家单位,已于6月18日正式成立“5G智慧矿山联盟”。

对此中国移动表示,下一步将在应急管理部、国家煤监局和山西省委、省政府的指导支持下,一方面全面实施“5G+”计划,充分发挥5G智慧矿山联盟作用,构建资源共享、生态共生、互利共赢、融通发展的5G新生态。

另一方面,共同推动产学研用深度融合,努力将一流技术、优质资源、创新产品快速落地并规模推广,不断催生智慧矿山新模式、新业态、新场景,加快矿山行业转型升级,推动5G真正成为社会信息流动的主动脉、产业转型升级的加速器、数字社会建设的新基石。

巡检机器人、5G基站,一个又一个的“方盒子”加入到了采掘一线的奋战中。郝建军头灯的光柱指向了新来的“战友”,看着它们,郝建军憨憨地笑着。

头灯摇曳、数据奔涌,和身边的工友一样,郝建军也是这场信息化变革中的探路者、先行者。“5G将带领大伙走向何处?”不小的问题在郝建军的心中生根发芽,但他知道,5G给煤矿带来的将是安全生产、将是无限可能。

聚焦“六新”率先突破,是我省在转型发展上率先蹚出一条新路来的方向目标、路径要求和战略举措,直道冲刺、弯道超车、换道领跑,手执先行先试的“尚方宝剑”,站在风口的“新基建”,必将为我省蓄势赋能,在转型发展上率先蹚出一条新路。


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