承担能源“压舱石”重任的煤炭遇到高精尖的5G会碰撞出怎样的火花？
在全球数字经济飞速发展的大背景下，我国煤炭工业也迎来了智能化建设的第四次工业革命。当前，乘着“新基建”的东风，5G技术以其高速率、低时延、大容量优势在越来越多的工业场景中得以应用，煤炭行业也因此受益，智能化建设不断取得突破。日前，全球首套矿用高可靠5G专网系统发布，成为行业热议的焦点。
可靠性成制约5G技术在井下应用关键
近年来，煤矿智能化建设屡获政策支持。今年3月，国家8部委联合发布《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，山东、山西、内蒙古等省区先后推出煤矿智能化建设实施方案，煤矿智能化建设如火如荼。相关统计显示，截至今年8月底，我国已建成智能化采掘工作面401个，且这一数据有望在今年底升至550个。
但煤矿智能化建设并非易事。中国工程院院士王国法介绍，煤矿智能化的基本过程虽与工业过程控制基本一样，但煤矿地下空间的问题比地面更复杂，对通讯的要求极为严格，传统4G+WiFi的数据传输技术难以满足这种差异化需求。
“而5G网则可为智能化煤矿铺就一个“高速公路网”，大大提高煤矿开采数据可视化、开采过程透明化、开采设备智能化、开采现场少人化的进程，促进我国煤矿进一步向本质安全生产迈进。”王国法表示。
然而，矿用5G技术并不是简单地将地面技术移至井下。煤矿开采为常态化移动性地下作业，生产环节多，地质条件经常变化，线缆极易断裂、接触不良，对井下通信系统及设备的可靠性要求极高，采煤机、掘进机、运输车辆等主要生产设备需要无线网络实时监测和远程控制。因此，可靠性成为制约5G技术在井下应用的关键。
此外，普通地面5G设备也不能直接用于煤矿井下。以5G基站为例，该设备发热量极大，功率可达数百瓦，而矿用5G基站的功率必须在6瓦以下，且须按照防爆标准处理。
而现在，这些“卡脖子”问题或许不再是“拦路虎”。记者了解到，“全球首套矿用高可靠5G专网系统”由山东能源集团研发，包括了矿用5G核心网、5G基站、5G基站控制器、5G高可靠控制器、5G边缘计算控制器、5G CPE、5G智能手机等，可广泛适用于极端严苛的煤矿生产控制场景，目前已顺利拿到国家矿用5G系统“安全标志证”，并已在山东能源兖州煤业鲍店煤矿、东滩煤矿投用。
矿用5G时延缩短近200倍
据业内人士介绍，为让煤矿工人从井下复杂环境中解放出来，不少企业都上马了智能化采煤设备。但此前受制于传输信号的低速率和不稳定性，工作人员仍需在作业一线对设备进行监测，不能真正实现远程操控。
那么，解决了“可靠性”难题的矿用5G技术又有何“过人之处”呢？
“4G网络大约有3-4秒的延时。传输有延时，我在后方控制机器，信号到现场机器还会有一段时间。机器在延时过程中会有一定危险，如果延时较高，我们不敢尝试无人操作。”山东能源兖州煤业鲍店煤矿综掘二区区长许松告诉记者，现在使用矿用高可靠5G网后，延时已大幅降至20毫米。
“工欲善其事必先利其器”。借助这一5G系统，鲍店煤矿真正实现了远程操控、“采煤不见煤”。“自动跟机率和记忆截割率达到了90%以上，以前综放工作面生产人员每班需要14-16人，现在仅需7人，工效达到156吨/工。” 鲍店矿采煤副矿长徐长厚对记者表示，地上远程操控、高清视频实时回传、智能机器人无人巡检等已在鲍店煤矿成为现实，采掘一线实现减员50%以上，产能提高了一倍以上，实现了国内首个真正意义上的智能化综放工作面常态化运行。
中国联通首席技术官傅强表示，此前，山东联通与山东能源集团联合成立了国内首家“5G+智慧矿山”联合实验室，未来将共同推动矿用高可靠5G专网系统在行业全面落地实施。记者了解到，明年，山东能源集团将把这一专网系统率先推广至集团内10-30家煤矿，加速煤矿智能化建设。
煤炭工业互联网生态初现雏形
事实上，近年来，山东能源集团在煤矿智能化建设领域已走在全国前列。山东能源集团董事长李希勇告诉记者，目前山东能源集团已研发攻关“先进电液控及传感器、采煤机智能截割、工作面自动找直、5G高可靠应用”等国内领先的7大智能开采关键技术，建成80个智能采煤工作面、71个智能掘进工作面、10个智能矿山示范点，36对矿井取消夜班采掘作业，累计减少井下作业人员9700余人。下一步，将以智能产业化为目标，打造5G+智能矿山解决方案，构建贯穿创新链、产业链的煤炭工业互联网生态。
“5G助力智慧矿山在建设中实现透明化、高清视频与图片处理、实时信号传输，与煤矿智能化建设高度契合，大力支撑了煤炭工业互联网建设。”国际欧亚科学院院士邓中亮介绍。
最新数据显示，我国目前5G基站已超60万座，终端连接数超1.5亿。今年上半年，全国已累计开展5G创新应用400多项。随着产业配套的基本成熟和网络成本的持续下降，5G正为我国经济高质量发展注入强劲动力。
“当前5G技术在煤矿井下应用还存在几个难点：一是如何突破井下5G功率限制、加大覆盖范围；二是快速维护有待进一步加强；三是5G技术标准更新较快，已有的5G系统要跟上这一快速迭代步伐；四是打破芯片垄断任重道远。”山东能源集团兖矿信息化中心总工程师刘坤表示。
对于如何进一步推进5G技术与煤矿深度融合，王国法认为，需在构建好传输平台的基础上,更加注重平台与应用场景和先进技术的融合,解决一直困扰煤矿智能化开采的泛在感知、实时可靠传输、大数据应用、快速智能决策、混合现实远程操作等难题。
