煤礦井下環(huán)境復(fù)雜，在綜采工作面進(jìn)行有線敷設(shè)較難、維護(hù)工作量大，直接影響地面遠(yuǎn)程操控，全5G傳輸技術(shù)更加穩(wěn)定可靠；掘進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備移動頻繁、電纜布設(shè)易受損，通信效果大打折扣，5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋讓傳輸有了保障；井下設(shè)備巡檢不易、流程標(biāo)準(zhǔn)化難度高，5G+AR巡檢與遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)可提升效率……當(dāng)前，煤礦5G應(yīng)用場景越來越豐富。

由中國煤炭工業(yè)協(xié)會牽頭編制的《5G+煤礦智能化白皮書（2021版）》（以下簡稱《白皮書》）顯示，近1年來，煤礦5G融合取得明顯進(jìn)展，由早期的視頻傳輸進(jìn)一步拓展至遠(yuǎn)程操控、虛擬交互，極寒天氣5G專用基站、多種礦用5G終端等設(shè)施實現(xiàn)部署，解決5G下井“可用”的問題。下一步，如何實現(xiàn)“好用”？

打通不同應(yīng)用場景實現(xiàn)信息高效交互

5G具有高速率、低時延、大連接等特征，是煤礦智能化建設(shè)的重要支撐技術(shù)，其應(yīng)用將有效推動煤炭生產(chǎn)、加工、利用及消費模式變革——目前，煤炭行業(yè)已形成共識。

“全國主要產(chǎn)煤省（區(qū)）、大型煤炭生產(chǎn)企業(yè)均已啟動智能化示范煤礦建設(shè)，并且由被動轉(zhuǎn)為主動推進(jìn)。但煤礦智能化尚處初級階段，傳統(tǒng)無線通訊技術(shù)在帶寬、延時、并發(fā)數(shù)量等方面的限制，導(dǎo)致大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實等先進(jìn)技術(shù)難以應(yīng)用到煤炭智能開采。”中國煤炭工業(yè)協(xié)會科技發(fā)展部副主任張建明告訴記者，煤礦智能化建設(shè)是新一代信息技術(shù)與煤炭開發(fā)利用的深度融合，5G技術(shù)恰恰可以打通不同應(yīng)用場景間信息高效交互的通道，助力數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

推行一年多來，煤礦5G專網(wǎng)建設(shè)能力不斷提升，井下特殊環(huán)境帶來的難題正在化解。例如，井下5G隔爆基站從最初100千克減至25千克左右，便于移動和部署；考慮到采集點位多、數(shù)據(jù)種類多，多模一體化礦用5G基站可簡化建設(shè)難度、運(yùn)維復(fù)雜度；5G通信系統(tǒng)與原有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)融合，有效提升對井下人員通信、傳感信息采集等多種場景的適應(yīng)性。

在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用范圍由先天條件好的現(xiàn)代化礦井走向老舊煤礦。記者了解到，始建于20世紀(jì)60年代的國家能源集團(tuán)烏海能源公司老石旦煤礦，曾面臨信息化程度低、遠(yuǎn)程控制實時性差等難題。該礦“5G+全景工作面”采用無線傳感器、無線攝像儀，高速傳輸有效解決需要高清畫質(zhì)且光線復(fù)雜場所的監(jiān)控需求，實現(xiàn)工作面全景漫游及跟機(jī)、跟人、跟架。今年3月底試運(yùn)行以來，在井下灰塵大、電磁強(qiáng)干擾、腐蝕性氣、液體多的復(fù)雜環(huán)境中，5G網(wǎng)絡(luò)連續(xù)無故障運(yùn)行。

尚未形成易規(guī)模化復(fù)制推廣的商業(yè)模式

實現(xiàn)“可用”是第一步，走向“好用”尚有距離。張建明坦言，井下條件受限，為解決無線發(fā)射功率受限、傳輸距離短等問題，現(xiàn)階段仍需依靠增加基站數(shù)量來滿足覆蓋要求，進(jìn)而造成井下5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本偏高。

“5G技術(shù)在垂直行業(yè)的融合應(yīng)用還是探索階段，用在煤礦的投資與收益尚未明朗化，沒有形成易規(guī)模復(fù)制推廣的商業(yè)模式。同時，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)運(yùn)行仍須依賴電信運(yùn)營商核心網(wǎng)，運(yùn)營商如何設(shè)計合理的商業(yè)模式，將直接影響煤炭企業(yè)的使用意愿和雙方利益。”張建明表示。

除了“錢”的因素，好不好用還需克服種種現(xiàn)實制約。中國煤炭建設(shè)協(xié)會副理事長兼秘書長徐亮舉例，煤礦井下空間呈現(xiàn)狹長且多分支特征，采掘設(shè)備布置復(fù)雜且存在強(qiáng)磁干擾，加上頂板、瓦斯、水、火、粉塵等多種災(zāi)害，這些情況均會對5G 技術(shù)應(yīng)用效果產(chǎn)生影響。“我國井工煤礦開采地質(zhì)條件、采掘機(jī)械化程度及產(chǎn)能規(guī)模相差較大，對5G技術(shù)的需求程度不同。但目前，井下互聯(lián)裝備升級改造進(jìn)展相對緩慢，平臺發(fā)展所需的智能感知、自動控制、工業(yè)軟件等產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，針對不同應(yīng)用場景和環(huán)境的5G布設(shè)方案還不夠完善。”

張建明也稱，5G技術(shù)條件下場景驅(qū)動特征明顯，從提出場景到應(yīng)用落地，涉及技術(shù)研發(fā)、供應(yīng)鏈改造、基礎(chǔ)設(shè)施、智能終端等多方考量，需要針對不同煤礦需求進(jìn)行研發(fā)。“部分煤企雖已進(jìn)行了大量測試，但想真正做到實用，仍需開展大量適配、調(diào)優(yōu)等工作。能夠解決煤礦智能化建設(shè)‘痛點’的5G突破性應(yīng)用尚未完全實現(xiàn)。”

充分適應(yīng)新技術(shù)帶來的生產(chǎn)方式變革

根據(jù)國家發(fā)改委、國家能源局等聯(lián)合印發(fā)的《能源領(lǐng)域 5G應(yīng)用實施方案》，“智能煤礦+5G”是主要場景之一，重點開展井下巡檢和安防、無人駕駛等系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用，探索智能采掘及生產(chǎn)控制、環(huán)境監(jiān)測與安全防護(hù)、虛擬交互等試點應(yīng)用。

近日印發(fā)的《貫徹落實碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)要求  推動數(shù)據(jù)中心和5G等新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展實施方案》也提出，推動煤炭等傳統(tǒng)行業(yè)加快“上云用數(shù)賦智”步伐，優(yōu)化管理流程，實現(xiàn)節(jié)本降耗。

張建明認(rèn)為，從“可用”到“好用”的跨越，不僅需要技術(shù)變革，還離不開生產(chǎn)方式、管理方式、商業(yè)模式及上下游產(chǎn)業(yè)等方面大膽創(chuàng)新，全行業(yè)應(yīng)積極探索“智能煤礦+5G”的新模式、新業(yè)態(tài)。“敢于打破原有思維和管理模式，充分適應(yīng)新技術(shù)帶來的生產(chǎn)方式變革。在此背后，還需要持續(xù)建設(shè)煤礦5G應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，為新技術(shù)落地提供規(guī)范和依據(jù)。加強(qiáng)職工轉(zhuǎn)型培訓(xùn)和能力培養(yǎng)，造就一批掌握智能采礦技術(shù)的高級礦業(yè)人才，為智能化發(fā)展提供內(nèi)核動力。”

中國工程院院士王國法表示，經(jīng)過第一階段探索，煤礦5G建設(shè)取得了很多寶貴經(jīng)驗。5G作為一種通信工具，最重要是研究如何用來解決煤礦面臨的實際問題。對此，需進(jìn)一步研究高效、高可靠性融合組網(wǎng)技術(shù)，及其在煤礦井下不同應(yīng)用場景的可行性及前景，開展井上下5G應(yīng)用場景研發(fā)與示范。研究煤炭板塊云、數(shù)據(jù)中心建設(shè)技術(shù)，構(gòu)建智能化煤礦知識圖譜。為煤礦各系統(tǒng)的智能分析決策提供支撐。

《白皮書》還提出，加快提升煤礦5G網(wǎng)絡(luò)的可用性和確定性保障能力，建設(shè)一批煤礦5G專網(wǎng)或虛擬專網(wǎng)；加快研制高適配能力的煤礦專用5G基站和功能化定制核心網(wǎng)，基于5G專用模組的工業(yè)網(wǎng)關(guān)以及開采、掘進(jìn)、運(yùn)輸、巡檢、機(jī)器人等設(shè)備，豐富5G設(shè)備產(chǎn)品形態(tài)，構(gòu)建面向差異化場景需求的礦用5G產(chǎn)品體系。