5G 時代的智慧礦山

5G+智能采煤、5G+智能輔助運輸、5G+無人機巡檢、5G+高清工業(yè)應(yīng)用視頻、5G+智能視頻分析平臺……各種各樣的5G 工業(yè)應(yīng)用場景讓人們?yōu)橹鸷场Ｔ跁x能控股集團，用數(shù)字化、智能化技術(shù)武裝起來的5G+智慧礦山正在大放異彩，一個世界一流的高科技、高效率、智能化、環(huán)境友好型的現(xiàn)代能源旗艦勁旅正乘風(fēng)破浪，揚帆起航。

“5G+”鋪就智能開采“高速路”

2020 年11 月13 日上午8 時，晉能控股煤業(yè)集團塔山礦調(diào)度指揮中心技術(shù)工人魏志強開始了他一天的“采煤”工作。

“采煤設(shè)備確認完畢，可以進行遠程操控”……沒過幾秒鐘，正在井下8234 智能化工作面進行安全巡查的綜采三隊黨支部書記李珂通過5G 可視手機向指揮中心進行了確認。只見魏志強輕點鼠標(biāo)，井下的采煤機、運輸機、轉(zhuǎn)載機等井下綜采設(shè)備相繼聯(lián)動運轉(zhuǎn)。沒有機械的轟鳴、沒有飛揚的煤塵，在整潔敞亮的調(diào)度指揮中心，只見在監(jiān)控屏幕上各類數(shù)據(jù)的跳動間，塔山礦8234 智能化工作面就源源不斷地將煤炭輸送到了地面儲煤倉。

“這個5G 可視手機，圖像和聲音都特別清晰，沒有一點延遲，比咱們在地面視頻都流暢。”魏志強介紹說，“為了進一步增加地面與井下生產(chǎn)現(xiàn)場溝通的及時性，切實做到隨時掌握生產(chǎn)現(xiàn)場情況，并能有效解決生產(chǎn)過程中存在問題，我們礦依托已經(jīng)建成的井上下全覆蓋5G 網(wǎng)絡(luò)，為全礦相關(guān)生產(chǎn)區(qū)隊配備了礦用本安型5G 可視手機。該手機采用華為麒麟9905G SOC 旗艦級芯片，搭載EMUI 操作系統(tǒng)，在5G 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下能達到下載739Mbps，上傳139Mbps 的上網(wǎng)速率，是原來地面4G 網(wǎng)絡(luò)速率的15 倍，網(wǎng)絡(luò)傳輸能力實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，有效地保證了視頻和通話質(zhì)量的流暢性和穩(wěn)定性。”

“不光是5G 手機，基于5G 高速網(wǎng)絡(luò)，我們已實現(xiàn)高清工業(yè)視頻、智能視頻分析平臺、巡檢機器人、NB 無線傳感器等5G+應(yīng)用，5G+智慧礦山已走在了行業(yè)前列。”塔山礦機電副總經(jīng)理張興介紹說。目前，塔山礦正在積極探索5G 技術(shù)與人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)等新信息技術(shù)的融合，大力推進5G 聯(lián)合實驗室和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心建設(shè)，加快推進“5G+智慧礦山”等一系列重大項目，為建設(shè)“創(chuàng)新、綠色、卓越、高效”的晉能控股集團全面發(fā)力。

而在距離塔山煤礦大約8 公里的同忻礦，5G+智慧礦山建設(shè)也取得新突破。由“煤炭技能大師”楊繼彪帶領(lǐng)的研究生團隊已完成了智能化綜放操作系統(tǒng)的第八次升級。

從2013 年8 月同忻礦“千萬噸級高效綜采關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化示范工程”立項啟動到2016 年底正式運行，同忻礦建成國內(nèi)首個“智能化綜放工作面”，填補了煤炭行業(yè)智能化綜放工作面生產(chǎn)空白，獲煤炭工業(yè)科技進步獎一等獎。經(jīng)過4 年多的實踐探索，同忻礦智能化綜放工作面創(chuàng)新改進支護初撐力智能補壓、三角區(qū)域割煤參數(shù)制定、融合小煤柱開采、煤礦堅硬頂板地面壓裂控制技術(shù)等30 多項，由最初的只能完成簡單的系統(tǒng)指令到如今全系統(tǒng)智能融合，5G網(wǎng)絡(luò)一網(wǎng)承載，精確割煤、精準放煤，自主完成智能化綜放工作面操作系統(tǒng)版本從4.0 到10.0 的升級，三代智能化綜放工作面從“水土不服”到全面符合實際安全生產(chǎn)條件，使智能化綜放開采技術(shù)再完善、再提升，成為行業(yè)第一、世界一流。

“現(xiàn)在我們把井下放煤控制設(shè)備全部搬到了地面聯(lián)合樓‘創(chuàng)新工作室’里，通過大屏幕便可以實時觀看井下的采掘、運輸、檢修等情況，真正實現(xiàn)了井下放煤與地面操控同步推進……”同忻礦信息中心副主任宋春儒說，“5G 建設(shè)項目為8102 智能化綜采工作面的數(shù)據(jù)傳輸和遠程控制開通了一條高速公路，讓智能化開采通訊‘高速路’更快、更穩(wěn)定、更高效。”

“利用5G 網(wǎng)絡(luò)廣連接、大帶寬、超低時延的特性，井下可接入的設(shè)備更多了，我們從中獲取的數(shù)據(jù)將更為全面、精準，以便更及時、準確、高效地解決問題。”宋春儒指著調(diào)度指揮中心大屏幕說，“接入更多的設(shè)備，就意味著礦井的‘感官’更為敏銳，只要出現(xiàn)風(fēng)險點，便會通過4K 高清視頻畫面、NB 傳感器等設(shè)備將‘看到’的場景、‘感知’到的數(shù)據(jù)都能精準迅速回傳至地面總調(diào)度室，我們就知道采取哪種措施在什么地方解決問題。同時，‘搭乘’5G 網(wǎng)絡(luò)，井上井下實時通話，指令下達沒有了時延，安全性和生產(chǎn)效率都大大提高了。”

“以前放煤時，需要4 個工人操作一個工作面100 個放頂煤液壓支架，每個人需要按照經(jīng)驗判斷時間，一個一個放，員工勞動強度很高，且工作環(huán)境也不好。現(xiàn)在有了可實時調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)的全自動化放煤系統(tǒng)和5G 網(wǎng)絡(luò)，100 個放頂煤液壓支架只需一人操作便可定時同時放下，更加安全高效。”說起放煤系統(tǒng)，該礦放煤操作員張鑫如數(shù)家珍。如今，矸石分離的效果更好了，原煤回收率相對提升了5～6 個百分點，原煤開采量每個班提升了10%，工人們都笑得合不攏嘴了。

5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋后，應(yīng)用變得十分關(guān)鍵。在該礦聯(lián)合樓五樓的智能化創(chuàng)新工作室，圍繞智能系統(tǒng)應(yīng)用，技術(shù)人員們正在埋頭進行著軟件平臺設(shè)計和應(yīng)用設(shè)備的研發(fā)改造升級，加速5G 網(wǎng)絡(luò)與礦井實際應(yīng)用的深度融合。

“數(shù)智化”開啟智慧礦山“新模式”

2020 年8 月18 日，塔山礦8222 工作面順利通過了國家“十三五”資源領(lǐng)域重點研發(fā)項目——“千萬噸級特厚煤層智能綜放開采關(guān)鍵技術(shù)及示范”中期檢查驗收，智能化工作面建設(shè)取得了階段性成效。提起這件事，每個“塔山人”的心里都是喜滋滋的，眉眼中透著自豪。

“這是我國年產(chǎn)1500 萬噸特厚煤層智能化綜放工作面建設(shè)示范工程，從2019 年2 月正式投入生產(chǎn)至今，已經(jīng)累計生產(chǎn)原煤1400 萬噸。智能化讓煤炭開采更加安全高效。”塔山礦監(jiān)控中心主任張慧說，“我們還投入使用了產(chǎn)量平衡時空預(yù)警系統(tǒng)、無軌膠輪車智能調(diào)度系統(tǒng)、安全雙重預(yù)防管理信息系統(tǒng)和智能巡檢機器人等一大批在行業(yè)內(nèi)達到世界先進水平的優(yōu)秀科技成果，礦井基本實現(xiàn)人員、設(shè)備、環(huán)境實時動態(tài)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)感知。截至目前，我們礦井已完成4 個智能化綜放工作面的建設(shè)，礦井智能化工作面占比達到100%，實現(xiàn)了效率、效益的雙提升。”

在塔山礦調(diào)度指揮中心，工作人員正緊盯大屏幕觀察著井下采掘設(shè)備、通風(fēng)、運輸?shù)葘崟r數(shù)據(jù)，分析判斷著當(dāng)前井下的生產(chǎn)狀態(tài)。在這里，全礦安全生產(chǎn)各類實時數(shù)據(jù)一目了然，在三維模擬的形式下，井下生產(chǎn)更為立體、直觀。綜合調(diào)度、生產(chǎn)管理、機電管理、位置服務(wù)等模塊系統(tǒng)多維關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)了綜采設(shè)備的遠程自動化控制及“監(jiān)、管、控一體化”全流程數(shù)字化運行。

張慧指著調(diào)度指揮中心大屏幕說：“礦山云圖智能決策大數(shù)據(jù)平臺集中了煤礦開采的各項數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)平臺與應(yīng)用系統(tǒng)的融合。通過三維模擬的形式，一分鐘就可以掌握井下和井上安全生產(chǎn)環(huán)節(jié)的情況。你看，通過綜合調(diào)度模塊，可以實時了解工作面設(shè)備的開停狀態(tài)；通過計量設(shè)備模塊，盤區(qū)主風(fēng)機等數(shù)據(jù)全部都能實時調(diào)取出來……有什么問題，一目了然，解決問題更方便、精準了。”

而同樣在同忻礦調(diào)度室旁的數(shù)據(jù)中心控制室里，15 臺各種數(shù)據(jù)采集電腦正在實時分析和采集井下的各種安全數(shù)據(jù)為調(diào)度中心的安全決策提供依據(jù)。

“‘?dāng)?shù)字化智慧調(diào)度管理中心’集成了一通三防、主扇運行、瓦斯抽放監(jiān)測等24 個綜合安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，井上井下完全遠程集中自動化控制，安全全面可控。”同忻礦智能化系統(tǒng)研發(fā)負責(zé)人陳軍介紹說。同忻礦開發(fā)了設(shè)備終身數(shù)據(jù)庫，設(shè)備維檢人員通過設(shè)備信息APP，就可自動采集、統(tǒng)計、分析和反饋設(shè)備實時運行數(shù)據(jù)，并精準、快速地查明設(shè)備故障原因、消除了安全生產(chǎn)隱患。我們還通過數(shù)據(jù)比對，對實際生產(chǎn)過程中各種詳細數(shù)據(jù)進行分析研究后，先后分析完成了智能化工作面礦壓監(jiān)測及頂板斷裂位置研究、特厚煤層堅硬頂板條件下孤島工作面小煤柱留設(shè)寬度的研究應(yīng)用和智能化工作面頂板斷裂方式及礦壓規(guī)律研究等技術(shù)理論。安全管理人員依據(jù)所采集的大數(shù)據(jù)，進行總結(jié)、分析，創(chuàng)新實施了采用“三支架+木垛”聯(lián)合尾巷支護方案、圍巖壓力和圍巖變形在線遠程實時監(jiān)測、錨桿組合間合理排距等工作新方法，創(chuàng)造近千萬元經(jīng)濟效益的同時，實現(xiàn)了礦井“‘管控營’一體化、安全可靠化、管理高效化、效益最大化”。此外，安全生產(chǎn)過程中的各種大數(shù)據(jù)，還為礦井“工作面地面覆蓋層打孔抽排瓦斯”“煤水共采、廢熱利用”等重點項目實施提供了可靠的方案依據(jù)。

“路線圖”打造智慧礦山“排頭兵”

5G 賦能智慧礦山，是當(dāng)前煤炭產(chǎn)業(yè)與時代同頻共振，實現(xiàn)轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要途徑。晉能控股集團堅持以“六新”突破為牽引，按照山西省委“四為四高兩同步”的總體思路和要求，重新梳理了智慧礦山建設(shè)思路,立足當(dāng)前、規(guī)劃未來,制定了智慧礦山建設(shè)“路線圖”，確保5G+智慧礦山建設(shè)做到統(tǒng)籌規(guī)劃、合理布局、推進有序，推動企業(yè)高質(zhì)量轉(zhuǎn)型發(fā)展。

“我們計劃通過三年來打造5G+智慧礦山。2020年，重點完善綜合自動化、基礎(chǔ)平臺及應(yīng)用系統(tǒng)，建成統(tǒng)一完備的傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)管理平臺、系統(tǒng)平臺、智能分析平臺；2021 年，深度融合自動化與信息化，提升礦山智能化的應(yīng)用水平；2022 年，完成智能分析、智能聯(lián)動、智能決策平臺軟件的應(yīng)用，最終實現(xiàn)礦井‘管控營’一體化、安全可靠化、管理高效化、效益最大化的目標(biāo)。”同忻礦信息中心副主任宋春儒說。

同樣，根據(jù)智慧礦山建設(shè)規(guī)劃，塔山礦計劃通過40 個項目、3 年時間來完成智慧礦山建設(shè)。

目前，晉能控股集團正圍繞礦山智慧大腦綜合基礎(chǔ)平臺、智能裝備和機器人、煤礦大數(shù)據(jù)三大方向，構(gòu)建起5G+萬兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)有線無線雙網(wǎng)融合的網(wǎng)絡(luò)大平臺基礎(chǔ)。規(guī)劃建設(shè)一個集數(shù)據(jù)實時共享、各專業(yè)快速聯(lián)動于一體的智能化調(diào)度指揮中心，使其成為智慧礦山的‘大腦’。同時，依托5G+智能化聯(lián)創(chuàng)實驗室，規(guī)劃在人工智能、工業(yè)機器人應(yīng)用、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智慧能耗管理、基于無人駕駛的井下智慧交通、基于萬物互聯(lián)的煤礦大數(shù)據(jù)分析等方面，深入開展5G+研究，切實推動人工智能技術(shù)與現(xiàn)代煤炭開發(fā)利用的深度融合，全面推進“5G+智慧礦山”建設(shè)，全面打造具有自主感知、自主決策的集成智慧礦山示范礦井。