1月17日，寒冬料峭、初雪交融。位于山西省晉中市壽陽(yáng)縣的潞安化工集團(tuán)新元公司一片繁忙景象。這里是全國(guó)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(shí)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(gè)喜慶的春節(jié)慰問(wèn)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(wèn)儀式。機(jī)修車間里升井的故障備件和修理好的備件吊裝運(yùn)轉(zhuǎn)絡(luò)繹不絕，早上十點(diǎn)，白班倒班工人和機(jī)修班工人乘坐無(wú)軌防爆膠輪車從3號(hào)和9號(hào)煤上下往返。升井的工人們走進(jìn)礦燈、瓦斯報(bào)警儀專用儲(chǔ)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(gè)輪班。
綜采隊(duì)二組檢修班工長(zhǎng)白景剛剛升井。“5G+智能化煤礦的建成對(duì)我們一線工人來(lái)說(shuō)，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(jué)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(jī)等大型設(shè)備出現(xiàn)了我們無(wú)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(qǐng)人，路上最少也得1天，而現(xiàn)在，通過(guò)單位配備的防爆手機(jī)可以在地下直接聯(lián)系天南海北的廠家，與對(duì)方持續(xù)在線的工程師溝通，提高檢修效率?！边@類問(wèn)題也通常是電氣問(wèn)題，普通的機(jī)械問(wèn)題就在單位內(nèi)部通過(guò)調(diào)換配件，檢修處理，一般都不在話下。
無(wú)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(gè)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(chǎng)所只需行走幾十米，而且每一個(gè)轉(zhuǎn)載點(diǎn)都有防塵措施，防塵簾、防塵噴霧，再加上個(gè)人隨身攜帶的便攜式自救器，保障安全的同時(shí)降低了患職業(yè)病的風(fēng)險(xiǎn)。白景表示，這兩年，每個(gè)工人隨身攜帶的自救器從提供支持15分鐘氧氣，延長(zhǎng)到30分鐘、45分鐘。
綜采區(qū)作業(yè)的是2715制，2個(gè)生產(chǎn)班各7個(gè)小時(shí)，1個(gè)檢修班5個(gè)小時(shí)，年僅26歲的綜采隊(duì)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(wú)偏差，井下有哪些需要更換的大型備件都由我來(lái)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(jī)進(jìn)刀開始割煤、頂溜銜接煤塊運(yùn)輸、皮帶接力連接地面選煤生產(chǎn)……煤炭生產(chǎn)大體四個(gè)流程。生產(chǎn)班最主要任務(wù)是割煤，采煤機(jī)鋒利地切割著煤層，通過(guò)生產(chǎn)溜把切割下的煤炭轉(zhuǎn)運(yùn)到皮帶上、輸送上地面，生產(chǎn)溜就是整個(gè)綜采工作面第一個(gè)運(yùn)煤的裝置?！半S著生產(chǎn)組織的進(jìn)度加快，生產(chǎn)溜因?yàn)樨?fù)荷增大而報(bào)出來(lái)的故障最近比較常見(jiàn)，負(fù)荷增加報(bào)出故障，但是割煤、拉架（搭支架）、頂溜（生產(chǎn)溜）三個(gè)工作設(shè)置了智能化程序，設(shè)備將會(huì)同步停機(jī)，這就需要我們時(shí)刻留意，掌握工作進(jìn)度，不能過(guò)快。”關(guān)鐵鋼說(shuō)。
采煤機(jī)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(gè)煤層頂板，采煤機(jī)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(shí)是關(guān)鐵鋼最需要盯在現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)候，他要保證采煤機(jī)的前進(jìn)沿著煤層走，少走彎路。
關(guān)鐵鋼說(shuō)，一個(gè)輪班里，采煤機(jī)的機(jī)頭機(jī)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(gè)煤礦的先進(jìn)程度主要體現(xiàn)在工人的工作環(huán)境上，沒(méi)有氧氣時(shí)可以堅(jiān)持45分鐘的自救器、礦燈之外的照明設(shè)施、無(wú)處不在的防塵措施、能按時(shí)補(bǔ)充能量的工作餐，點(diǎn)點(diǎn)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(duì)機(jī)電動(dòng)力部供電隊(duì)來(lái)說(shuō)意味著安全水平和勞動(dòng)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(jí)”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(jī)器人沿著配電柜外固定路線逐一巡視，每到一處，機(jī)械臂伸長(zhǎng)脖頸探出攝像頭，觀察開關(guān)柜各項(xiàng)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(tái)。
“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(yàn)提供了一種全新的、可視化的校驗(yàn)確認(rèn)手段，站端工作站客戶端可以完整展示整個(gè)操作過(guò)程中的監(jiān)控畫面?！惫╇婈?duì)技術(shù)員劉躍說(shuō)。
新元公司供電電源從壽陽(yáng)縣白家莊220kV變電站引入兩回110kV主母線，是整個(gè)煤礦生存運(yùn)行的保障。
兩回電源常年保持一回運(yùn)行一回備用，煤礦的生產(chǎn)運(yùn)行、礦工的生命保障都依靠它。“極端情況下，運(yùn)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(shí)間，以保障礦工呼吸的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)為例，停電意味著井下的瓦斯無(wú)法排出到地面，大氣壓力也無(wú)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(shí)都是以生命為代價(jià)，所以煤礦建設(shè)時(shí)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(huì)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(shuō)。
指揮：無(wú)延遲遙控地下煤山
5G+智能化煤礦建成的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，并不是進(jìn)化和發(fā)展的終點(diǎn)。
2020年12月，華為創(chuàng)始人任正非造訪這座煤礦時(shí)表示，希望借助5G這個(gè)工具，學(xué)習(xí)國(guó)外智能化發(fā)展先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，做好人才隊(duì)伍建設(shè)，實(shí)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(gè)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)。“以前的有線光纖信號(hào)和4G基站傳遞上來(lái)的視頻信號(hào)都非?？D”，調(diào)度室業(yè)務(wù)組長(zhǎng)馮志民在煤礦工作了12年深有感觸。
以前聽(tīng)到了保修故障的渠道都是接聽(tīng)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(bào)修、巡檢、大修和檢修計(jì)劃的預(yù)判都依賴于人工經(jīng)驗(yàn)，如今，無(wú)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(zhǎng)書面授權(quán)的調(diào)度室擁有礦內(nèi)調(diào)動(dòng)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(shuō)，有了海量的數(shù)據(jù)，仍然不能少了一線的感受和體驗(yàn)。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(yàn)，他們還需要調(diào)度輪班后，在每個(gè)月內(nèi)固定完成一定的下井次數(shù)，就怕他們太過(guò)于依賴數(shù)據(jù)，忘記真實(shí)感受，脫離了實(shí)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(bào)故障的來(lái)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(bào)和自身經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)在是依靠數(shù)據(jù)加人工經(jīng)驗(yàn)。”
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(hào)問(wèn)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(diǎn)痛點(diǎn)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(chǔ)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(dú)特的SPN切片網(wǎng)技術(shù)，建成了符合煤炭生產(chǎn)實(shí)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(gè)巷道“枝蔓”，幫助煤礦生產(chǎn)找到了安全生產(chǎn)和高效運(yùn)行的密碼。
5G：地下開花、地上結(jié)果
2019年任正非曾號(hào)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(shuō)：“一線既有算法又有數(shù)據(jù)，就容易突破……抽象的平臺(tái)一定要有實(shí)踐東西檢驗(yàn)，多幾個(gè)具體化的平臺(tái)，綜合起來(lái)才會(huì)有抽象平臺(tái)”。
但其實(shí)，煤炭軍團(tuán)早已和智能化意愿極強(qiáng)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(shí)驗(yàn)室，5G+智能化礦山在山西晉中市壽陽(yáng)縣有了雛形，2020年12月7日，任正非深入新元煤礦的礦井，實(shí)地觀看5G在井下現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況。
時(shí)至今日，新元煤礦地面工業(yè)廠區(qū)設(shè)置了多達(dá)9個(gè)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(guò)防爆化處理的5G基站只有電腦主機(jī)大小，它的傳輸頻率高，速度快，時(shí)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(lái)千兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)的50倍。”5G+智能化礦井建設(shè)辦公室副主任武宏旺用最簡(jiǎn)答的比喻回答了改造前后的變化，但是實(shí)際中的5G運(yùn)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(jī)器人、采煤機(jī)等移動(dòng)設(shè)施的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)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(zhǎng)的巷道內(nèi)，巡檢機(jī)器人拖著數(shù)百米長(zhǎng)的各類數(shù)據(jù)線來(lái)回往返，在惡劣的環(huán)境下，故障率極高。武宏旺說(shuō)，不可移動(dòng)設(shè)備有光纖傳輸數(shù)據(jù)，而這類移動(dòng)設(shè)備則非常需要一個(gè)無(wú)線環(huán)境，但是原先的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，比如WiFi，信號(hào)不穩(wěn)定。
技術(shù)人員在井下采用高性價(jià)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(duì)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(diǎn)故障情況下，能利用冗余鏈路自動(dòng)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(guò)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(shí)延可降低到1ms以下。
5G+智能化礦井辦公室主任冀杰說(shuō)，井下采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、水泵、壓風(fēng)機(jī)、開關(guān)等設(shè)備遠(yuǎn)程控制，皮帶異物、人員違章等重要場(chǎng)景視頻智能識(shí)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(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)制式歸一了，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)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(wú)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(lái)智能化改造留足了空間和遐想。
人們對(duì)于5G+智能化礦井的最長(zhǎng)遠(yuǎn)的期待是井下無(wú)人作業(yè)，新元公司副總經(jīng)理崔志芳接受記者采訪時(shí)表示，這一目標(biāo)目前來(lái)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(tái)、設(shè)備全生命周期、AI智能分析、井下物流一體化派送等場(chǎng)景應(yīng)用上先行先試，當(dāng)好“樣板間”。
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)
