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5G下井,給煤礦帶來什么?

中國煤炭網 2020-10-29 15:06:09

5G下井,給煤礦帶來什么?

本報記者 尚軍梅

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

業界認為,煤礦智能化的目標是將人從危險的崗位上解放出來,實現“少人則安、無人則安”,而5G技術大帶寬、高速率、低時延、低功耗的特征賦予了煤礦智能化快速發展的可能,這和實現煤礦本質安全的目標相一致,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影響,就是為煤礦智能化賦能,助力煤礦建成少人工作面或無人工作面,最終將人從繁重的、危險的場所解放出來,提高煤礦的本質安全水平。”中國安全生產科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系統之后的延伸。

中國煤炭科工集團首席科學家、中國工程院院士王國法表示,5G技術最顯著的大帶寬、低時延、廣連接的三大特點,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,實際上是在為井下特別是工作面海量數據上傳搭建一條高質量的高速公路。沒有這條高速公路支撐,井下設備的地面遠程控制、工作面的少人無人也只能是空想。

以陽煤集團新元公司為例。以前,井下設備也有無線接入,時延、掉線、丟包現象嚴重,不安全也不可靠,不能進行遠程操控。應用5G技術后,時延控制在20毫秒以內。通常人們能感知到的時延是100毫秒左右。也就是說,技術人員在地面操控設備感覺不到時延,跟在現場操作一樣。

“以前,井下的人揮手,我們視頻中看到的是‘慢動作’,現在看到的跟現場一樣,感覺不到差別。”陽煤集團信息化部部長鄭海山說。

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、刮板機監測數據接入等應用。

二是掘進系統自動化,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。

三是機電硐室無人巡檢,對接煤礦機器人研發廠家,在機電硐室安裝5G移動巡檢機器人,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。

“實現遠程控制后,井下就能減人,人少了也就安全了。”鄭海山說,“5G技術應用后,井下的崗位工能減下來。”

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

在人員安全方面,以5G技術為支撐,可以實現對人員的精準定位、精準預測、精準施救。

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

在鄭海山看來,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技術的落地可有效解決煤礦生產現場海量數據及視頻傳輸業務的瓶頸問題,包括水、火、瓦斯、頂板信息的精準預測預報、煤巖精準預測和探測、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、速度的快慢決定了智能化水平的高低。”太原理工大學教授、山西科達自控有限責任公司董事長付國軍說。

在煤礦智能化朝著少人化、無人化方向快速推進的當口,人在地面操作,井下無人值守,就需要井下增加傳感器和大量視頻傳輸,以前需要人去看的,現在則需要通過視頻實時查看。

“以大帶寬、低時延、廣連接為特征的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,成為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,激發了大型煤炭集團、科研院所、運營商、設備供應商等的極大熱情。

煤礦井下地理條件復雜多變,在支護強度大、信號衰減快等特殊環境下,推廣無線通信意義重大。5G技術在煤礦是剛需,是安全生產的堅強保障。

在全國煤礦智能化建設現場推進會上,華為企業業務副總裁、全球能源業務部副總裁孫福友透露,今年5月20日,華為做出一個重大戰略決策——升級能源業務的戰略定位,意味著未來華為的資源將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,后面的工作還有很多。”王國法說。

從技術發展的角度看,5G技術從研發之初就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、云計算、大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技術要為煤礦安全生產賦能,就必須與煤礦安全生產的理論、方法結合起來,必須跟煤礦的實際需求相結合,跟煤礦的理論相融合,融合在一起再創新,形成新的安全生產技術體系。我對它的定義叫‘安全技術再創新’。”張興凱說,“比如,5G+自動化控制,除了5G技術,還涉及自動控制、設備制造、安全技術、智能化技術等,是若干項技術的融合。”

另外,煤礦井下環境惡劣,瓦斯、水、粉塵、頂板等災害嚴重,5G通信設備跟煤礦其他設備一樣,必須具備煤礦特定環境下工作的能力。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,除了走人的地方、采煤的地方,剩下的都是墻壁,特定空間對無線通信系統會產生很大的影響。因此,在天線布置、理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,要推進的是5G+,必須把5G技術跟大數據、人工智能、區塊鏈,還有云計算、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技術構建起一個工業物聯網的模式,最終實現安全生產和減人提效,這是我們煤礦追求的目標。”鄭海山說。

在所有的工業應用場景中,煤礦是最復雜的。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,一是適應井下條件的5G設備研發和安標認證標準問題,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。

付國軍認為,現在的組網模式主要是運營商主導下的,只是運營商將地面的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,目的都是為了與生產直接貫通。一旦信息安全和系統安全問題解決不了,技術就沒有了生命力。

張興凱也表達了自己的擔憂。他說,現在,把地面的5G網絡搬到井下相對比較容易,但5G公網采用云存儲,連接的又是煤礦井下生產系統,而井下瓦斯、水、火、頂板等災害嚴重,一旦網絡安全出現漏洞,將給井下的生產安全帶來嚴重威脅。

“最好的辦法,就是開發出適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。也就是說,要組一個網,成本上還得讓煤礦能承受。”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,分類分批地進行,因地制宜分類分級地發展。

“5G在煤礦肯定是要推廣應用的,這是世界發展的趨勢,再往前一步就要發展5G+智能化+大數據。但是,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。他表示,煤礦企業要理性,因地制宜,要根據自身的智能化發展需求來決定用4G技術還是5G技術,但5G的研發應用不能降溫。

可喜的是,山東能源集團日前發布了礦用高可靠5G專網系統,包括礦用5G核心網、5G基站、5G基站控制器、5G高可靠控制器、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。經井下采煤工作面實測,時延降低到6毫秒。


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