1月17日，寒冬料峭、初雪交融。位于山西省晉中市壽陽縣的潞安化工集團(tuán)新元公司一片繁忙景象。這里是全國首座井下建成5G網(wǎng)絡(luò)的煤礦，礦工日常工作有何變化？5G如何幫助井上井下互聯(lián)互通？產(chǎn)能和安全如何兼得？記者春節(jié)期間深入煤礦生產(chǎn)一線，實地走訪5G智能化煤礦“樣板間”。
光：照亮的不僅是巷道
礦井口搭建了一個喜慶的春節(jié)慰問背景墻，升井通道旁邊鋪上了紅地毯，吊掛了紅燈籠，LED大屏播放著歡快的春節(jié)祝福MV，公司將舉辦慰問儀式。機修車間里升井的故障備件和修理好的備件吊裝運轉(zhuǎn)絡(luò)繹不絕，早上十點，白班倒班工人和機修班工人乘坐無軌防爆膠輪車從3號和9號煤上下往返。升井的工人們走進(jìn)礦燈、瓦斯報警儀專用儲存室，將設(shè)備放入自己的專屬柜子充電，再去更衣室沐浴，結(jié)束了一整個輪班。
綜采隊二組檢修班工長白景剛剛升井。“5G+智能化煤礦的建成對我們一線工人來說，最直觀的就是井下工作環(huán)境的極大改觀，能在這樣的環(huán)境工作感覺很自豪、很幸福?！?/span>
作為每天白班作業(yè)的前哨戰(zhàn)，檢修班要為白班生產(chǎn)排除所有的設(shè)備故障。“以前，如果采煤機等大型設(shè)備出現(xiàn)了我們無法修理的故障，最直接的做法需要從上海、天津等地廠商去請人，路上最少也得1天，而現(xiàn)在，通過單位配備的防爆手機可以在地下直接聯(lián)系天南海北的廠家，與對方持續(xù)在線的工程師溝通，提高檢修效率?！边@類問題也通常是電氣問題，普通的機械問題就在單位內(nèi)部通過調(diào)換配件，檢修處理，一般都不在話下。
無軌防爆膠輪車是礦工上下井非常便捷快速工具，往返礦井入口和各個綜采面，減少了礦工3、4千米巷道的攀爬，節(jié)約了大量的體力，從出發(fā)到工作場所只需行走幾十米，而且每一個轉(zhuǎn)載點都有防塵措施，防塵簾、防塵噴霧，再加上個人隨身攜帶的便攜式自救器，保障安全的同時降低了患職業(yè)病的風(fēng)險。白景表示，這兩年，每個工人隨身攜帶的自救器從提供支持15分鐘氧氣，延長到30分鐘、45分鐘。
綜采區(qū)作業(yè)的是2715制，2個生產(chǎn)班各7個小時，1個檢修班5個小時，年僅26歲的綜采隊二組技術(shù)員關(guān)鐵鋼就是井下生產(chǎn)第一負(fù)責(zé)人：“我負(fù)責(zé)施工措施的編制，保證措施執(zhí)行無偏差，井下有哪些需要更換的大型備件都由我來指導(dǎo)，保證安全的前提下，把工程完成?！?/span>
支架護(hù)頂保護(hù)巷道，采煤機進(jìn)刀開始割煤、頂溜銜接煤塊運輸、皮帶接力連接地面選煤生產(chǎn)……煤炭生產(chǎn)大體四個流程。生產(chǎn)班最主要任務(wù)是割煤，采煤機鋒利地切割著煤層，通過生產(chǎn)溜把切割下的煤炭轉(zhuǎn)運到皮帶上、輸送上地面，生產(chǎn)溜就是整個綜采工作面第一個運煤的裝置。“隨著生產(chǎn)組織的進(jìn)度加快，生產(chǎn)溜因為負(fù)荷增大而報出來的故障最近比較常見，負(fù)荷增加報出故障，但是割煤、拉架（搭支架）、頂溜（生產(chǎn)溜）三個工作設(shè)置了智能化程序，設(shè)備將會同步停機，這就需要我們時刻留意，掌握工作進(jìn)度，不能過快。”關(guān)鐵鋼說。
采煤機根據(jù)煤層走向延伸，走到哪里支架就需要跟在哪里，類似千斤頂撐起整個煤層頂板，采煤機行走的路線并非全部是水平，高高低低的支架，形成的綜采面作業(yè)空間也是起伏不定，這時是關(guān)鐵鋼最需要盯在現(xiàn)場的時候，他要保證采煤機的前進(jìn)沿著煤層走，少走彎路。
關(guān)鐵鋼說，一個輪班里，采煤機的機頭機尾挖掘了多遠(yuǎn)，推移了多少支架，換算成工分，就成了當(dāng)班礦工收入的考核標(biāo)準(zhǔn)。
一個煤礦的先進(jìn)程度主要體現(xiàn)在工人的工作環(huán)境上，沒有氧氣時可以堅持45分鐘的自救器、礦燈之外的照明設(shè)施、無處不在的防塵措施、能按時補充能量的工作餐，點點溫暖照亮了職工的心。
電：守護(hù)礦工生命線
2022年，新元公司地面供電集控中心剛剛完成了技術(shù)改造。開關(guān)柜一鍵順控視頻雙確認(rèn)系統(tǒng)和在線智能巡檢系統(tǒng)的完善對機電動力部供電隊來說意味著安全水平和勞動效率的又一次提升。這座2007年建成的煤礦采用了當(dāng)年最先進(jìn)的供變電技術(shù)，在5G+智能化煤礦改造期間，不斷進(jìn)行“自我升級”狀態(tài)。
1月17日下午，在供電集控中心大屏幕上顯示著，智能巡檢機器人沿著配電柜外固定路線逐一巡視，每到一處，機械臂伸長脖頸探出攝像頭，觀察開關(guān)柜各項數(shù)據(jù)、燈光指示是否異常，開關(guān)溫度是否正常，指示燈與集控中心是否一致，隨后將檢查結(jié)果以文本形式發(fā)送給集控中心監(jiān)控后臺。
“我們改進(jìn)的一鍵順控雙視頻確認(rèn)系統(tǒng)為變電站開關(guān)柜遙控校驗提供了一種全新的、可視化的校驗確認(rèn)手段，站端工作站客戶端可以完整展示整個操作過程中的監(jiān)控畫面?！惫╇婈牸夹g(shù)員劉躍說。
新元公司供電電源從壽陽縣白家莊220kV變電站引入兩回110kV主母線，是整個煤礦生存運行的保障。
兩回電源常年保持一回運行一回備用，煤礦的生產(chǎn)運行、礦工的生命保障都依靠它。“極端情況下，運行電源出現(xiàn)故障，備用電源需要1秒之內(nèi)完成切換，但是設(shè)備全部重啟需要一定時間，以保障礦工呼吸的風(fēng)機系統(tǒng)為例，停電意味著井下的瓦斯無法排出到地面，大氣壓力也無法將新鮮空氣壓入地下，井下工人的自救器只能維持45分鐘，供電系統(tǒng)的故障和檢修超時都是以生命為代價，所以煤礦建設(shè)時常常使用最先進(jìn)的設(shè)備和系統(tǒng)，提升可靠性?！?/span>
下一步，供電集控中心會將數(shù)據(jù)分享給調(diào)度室，以供應(yīng)急情況下領(lǐng)導(dǎo)層決策參考。“但是，分合閘作業(yè)的開關(guān)操作權(quán)仍然要牢牢掌握在專業(yè)人士手中”，劉躍說。
指揮：無延遲遙控地下煤山
5G+智能化煤礦建成的時間節(jié)點，并不是進(jìn)化和發(fā)展的終點。
2020年12月，華為創(chuàng)始人任正非造訪這座煤礦時表示，希望借助5G這個工具，學(xué)習(xí)國外智能化發(fā)展先進(jìn)經(jīng)驗，做好人才隊伍建設(shè)，實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)效率、生產(chǎn)能力的變革，提供企業(yè)盈利能力。
作為整個煤礦生產(chǎn)的中樞神經(jīng)，調(diào)度室是5G和智能化礦井的中樞指揮系統(tǒng)?！耙郧暗挠芯€光纖信號和4G基站傳遞上來的視頻信號都非?？D”，調(diào)度室業(yè)務(wù)組長馮志民在煤礦工作了12年深有感觸。
以前聽到了保修故障的渠道都是接聽固定電話，進(jìn)而安排指令，由于煤礦的封閉性和溝通不便性，報修、巡檢、大修和檢修計劃的預(yù)判都依賴于人工經(jīng)驗，如今，無處不在的傳感器和視頻監(jiān)控，讓調(diào)度員腦中勾勒出了地下生產(chǎn)圖景。
得到礦長書面授權(quán)的調(diào)度室擁有礦內(nèi)調(diào)動一切人員和生產(chǎn)資料的權(quán)限。調(diào)度室因此匯聚了井下門類最全的各類數(shù)據(jù)，安全、環(huán)境、控制、電氣、監(jiān)控等，每一類數(shù)據(jù)之下又擁有大量的設(shè)備，最終的數(shù)據(jù)龐大而繁雜。
馮志民說，有了海量的數(shù)據(jù)，仍然不能少了一線的感受和體驗。為了保障調(diào)度員不脫離一線，除了最少兩年的下井經(jīng)驗，他們還需要調(diào)度輪班后，在每個月內(nèi)固定完成一定的下井次數(shù)，就怕他們太過于依賴數(shù)據(jù)，忘記真實感受，脫離了實際。
5G+煤礦建成后，馮志民最直觀的感受是減員增效，減少的工作人員、工作量都被傳感器取代，減少了不必要的巡檢，根據(jù)報故障的來源安排巡檢工作，效率更高，人員更少?！叭松俨⒉皇茄矙z效果打了折扣，以前我們相信口頭匯報和自身經(jīng)驗，現(xiàn)在是依靠數(shù)據(jù)加人工經(jīng)驗?！?/span>
2020年5G+智能化礦井建成之前，華為5G技術(shù)人員常駐煤礦，解決5G信號問題、搭建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，5G+智能化礦井建設(shè)辦公室負(fù)責(zé)牽頭匯總業(yè)務(wù)部門的需求，將煤礦生產(chǎn)的難點痛點全部攤開，華為技術(shù)人員以此為依據(jù)，提出解決方案，從數(shù)據(jù)收集和傳輸、到數(shù)據(jù)存儲和可視化，5G技術(shù)完成了多類型數(shù)據(jù)的安全可靠傳輸，形成了獨特的SPN切片網(wǎng)技術(shù)，建成了符合煤炭生產(chǎn)實際的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，5G網(wǎng)絡(luò)從地上延伸到地下各個巷道“枝蔓”，幫助煤礦生產(chǎn)找到了安全生產(chǎn)和高效運行的密碼。
5G：地下開花、地上結(jié)果
2019年任正非曾號召內(nèi)部向谷歌軍團(tuán)學(xué)習(xí)，他在一次內(nèi)部講話中說：“一線既有算法又有數(shù)據(jù)，就容易突破……抽象的平臺一定要有實踐東西檢驗，多幾個具體化的平臺，綜合起來才會有抽象平臺”。
但其實，煤炭軍團(tuán)早已和智能化意愿極強烈的新元公司形成了緊密的合作關(guān)系，雙方成立了聯(lián)合創(chuàng)新實驗室，5G+智能化礦山在山西晉中市壽陽縣有了雛形，2020年12月7日，任正非深入新元煤礦的礦井，實地觀看5G在井下現(xiàn)場應(yīng)用情況。
時至今日，新元煤礦地面工業(yè)廠區(qū)設(shè)置了多達(dá)9個5G基站，地下則安裝了的是特制的防爆基站，這些基站撐起了密集的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過防爆化處理的5G基站只有電腦主機大小，它的傳輸頻率高，速度快，時延低，但是繞射能力差，覆蓋面小比4G基站。
“5G SPN建成后寬帶是原來千兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)的50倍?！?/span>5G+智能化礦井建設(shè)辦公室副主任武宏旺用最簡答的比喻回答了改造前后的變化，但是實際中的5G運行情況更加復(fù)雜。
武宏旺表示，井下通訊、視頻各類數(shù)據(jù)最可靠的仍然是有線路線，例如智能礦燈、記錄儀，5G需要解決例如巡檢機器人、采煤機等移動設(shè)施的數(shù)據(jù)傳輸問題，5G技術(shù)的速度和穩(wěn)定性在地下更能發(fā)揮好作用，好鋼要用在刀刃上。
在300米長的巷道內(nèi)，巡檢機器人拖著數(shù)百米長的各類數(shù)據(jù)線來回往返，在惡劣的環(huán)境下，故障率極高。武宏旺說，不可移動設(shè)備有光纖傳輸數(shù)據(jù)，而這類移動設(shè)備則非常需要一個無線環(huán)境，但是原先的無線網(wǎng)絡(luò)，比如WiFi，信號不穩(wěn)定。
技術(shù)人員在井下采用高性價比的50GE端口組網(wǎng)，構(gòu)筑超寬基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，滿足視頻監(jiān)控和5G視頻通話等業(yè)務(wù)演進(jìn)對網(wǎng)絡(luò)大帶寬的需求，在組網(wǎng)方式上，采用了環(huán)形組網(wǎng)，在多點故障情況下，能利用冗余鏈路自動恢復(fù)業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)就像奔跑在中斷的繞城高速中，最終順利到達(dá)目的地。
新元煤礦還在全球首次采用了華為SPN切片技術(shù)，通過井下一張物理網(wǎng)可達(dá)到多張物理網(wǎng)的隔離承載效果，將主干網(wǎng)絡(luò)時延可降低到1ms以下。
5G+智能化礦井辦公室主任冀杰說，井下采煤機、掘進(jìn)機、水泵、壓風(fēng)機、開關(guān)等設(shè)備遠(yuǎn)程控制，皮帶異物、人員違章等重要場景視頻智能識別，保障安全監(jiān)控、精確定位系統(tǒng)人員車輛的海量數(shù)據(jù)量都可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)制式歸一了，網(wǎng)絡(luò)運維復(fù)雜度大大降低了。每一套數(shù)據(jù)就像千層餅中的一層，無論多少層，50Gb的帶寬都足以容納，而且切片方式可以靈活調(diào)整，切片內(nèi)的業(yè)務(wù)互不干擾。目前，我們的帶寬利用率不到一半，給未來智能化改造留足了空間和遐想。
人們對于5G+智能化礦井的最長遠(yuǎn)的期待是井下無人作業(yè)，新元公司副總經(jīng)理崔志芳接受記者采訪時表示，這一目標(biāo)目前來看仍然遙不可及，新元公司將繼續(xù)在深化5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、采掘智能化工作面、作業(yè)流程智能管控平臺、設(shè)備全生命周期、AI智能分析、井下物流一體化派送等場景應(yīng)用上先行先試，當(dāng)好“樣板間”。
來源：中國科學(xué)報
