瞭望丨让煤矿渐渐透明

《瞭望》新闻周刊记者梁晓飞山西阳煤集团新元煤矿调度中心，大屏幕上显示着井下5G网络的传输速率（年5月21日摄）梁晓飞摄/本刊◇依托智能化综放开采设备和技术，塔山矿用设备替代人工，将采煤工效提升了42%，生产能耗较以往降低了5%以上◇理想的智能化割煤是一种“透明割煤”，需要建立井下三维模型，只割煤不割石头或矸石。目前的物理探测技术尚分辨不清哪些是煤炭、哪些是石头，煤矿开采智能化建设仍受制于多方面的技术 　　 　　在多米深的山西新元煤矿井下机电硐室，一个小小的巡检机器人正沿着轨道自主行走。它个头不大，本领却不小，能够度视频监测、音频采集、红外热成像，精准记录设备故障发生的时间、地点以及故障类型。 　　 　　在井上集控中心，基于5G技术，技术人员实时控制井下机器人的动作，在电子屏幕上实时“看”到井下所有场景，“感知”到井下瓦斯浓度、温湿度、采煤进度等。从人工巡检到远程监控，传统矿井的作业方式被彻底颠覆，无人化、智能化成为5G赋能矿井的新模样。 　　 　　年5月，新元煤矿作为全国首座5G煤矿开启了5G技术在井下的初步应用。通过井上、井下一体化5G网络覆盖，数据上传速率达到Mbps以上，传输时延小于20毫秒，煤矿可实现井上井下高清音视频通话、各种数据快速传输、设备远程智能控制等多种应用。 　　 　　到年底，我国已建成多个智能化采掘工作面，71处煤矿列入国家首批智能化示范建设煤矿。中国煤炭工业协会发布的报告指出，到“十四五”末期，全国将建成智能化生产煤矿数量处以上。 　　 　　5G下井能做什么 　　 　　早在4G时代，煤矿智能化建设的步伐就已经启动，但在以太网和4G架构下，“井下数字通信技术，对于实现煤矿智能化支撑不足”。中国工程院院士王国法认为，4G缺乏时延标准，且上行速率只有10Mbps，煤矿井下庞大的数据上传容易拥堵，“慢一拍”的远程操控存在安全隐患。 　　 　　5G技术广连接、大带宽、低时延的三大特性，契合了煤矿智能化发展需求。“5G+煤矿”可以实现井下多路4K高清视频同时上传，看井下就像在看地面一样，使大数据、人工智能、虚拟现实等先进技术在煤矿应用成为可能。 　　 　　没有脸沾煤灰的矿工，没有四处扬起的煤土，没有轰鸣作响的机器；取而代之的是搭载5G网络的自动巡检机器人，是高效运输的井下“网约车”无轨胶轮车，是智能调控指挥中心屏幕上跳动的实时数据……这是本刊记者在晋能控股集团塔山煤矿看到的煤矿作业场景。塔山煤矿共安装5G基站台，实现井上井下5G信号全覆盖，构建了5G+万兆工业环网的有线无线双网融合网络平台。 　　 　　依托5G智慧网络平台的大数据分析，塔山煤矿率先在煤炭行业推广应用“网约车”模式，实现了井下无轨胶轮车运行管理的数字化、智能化。不仅汽柴油等能源消耗、尾气排放量均减少约20%，整体运行效率也提升了约30%。 　　 　　“我们当前的行车轨迹，正清晰地显示在指挥中心大屏上。将来，希望数据能更精细化到乘车人员的信息。”与记者同车的煤矿工人陈建龙说。 　　 　　乘坐无轨胶轮车行驶约半小时，就是井下机电硐室。一台带有摄影头的自动巡检机器人正在轨道上来回移动。过去，井下设备产生的数据需要人工读取，就地记录，出井后再进行抄写和分析。部署自动巡检机器人后，井上指挥中心一声令下，便可启动工作，将检查的信息通过5G网络实时传输到地面。 　　 　　“塔山煤矿每天通过自动巡检机器人产生的数据量多达4万多条，凭借5G大带宽的优点，我们可以大面积地掌握井下数据，第一时间排查安全隐患。”塔山煤矿副总经理张兴说。 　　 　　煤矿工人魏志强为记者演示了井下5G通话，通过视频连线，井下画面实时回传并呈现在指挥中心屏幕上。“图像和声音都特别清晰，没有一点延迟，比咱们在地面视频都流畅。”魏志强说。 　　 　　智慧采煤有多高效 　　 　　如果说5G是智慧矿场的“神经网络”，那么智能调控指挥中心就好比塔山煤矿的“智慧大脑”。“确认采煤设备，请进行操控。”位于井下米智能化工作面的职工点击手中5G可视手机的开启确认键。与此同时，地面指挥中心同步调度，便可操纵井下采煤机等综采设备联动运转。 　　 　　在指挥中心大屏幕的左侧，显示着9个运煤皮带的实时工作场景。在传统煤矿作业中，运煤皮带瞬时运量的增加和多地点的叠加，都会造成皮带运输过量，从而使机器超负荷运行，导致设备停机和其他安全隐患。 　　 　　通过部署5G网络，塔山煤矿生成了一套独特的产量时空预警系统，有效解决了这一难题。张兴说，通过在井下部署传感器和对以往产能数据的深度学习，结合各种物联网设备对生产情况的实时监控，该系统可以对产能设备情况等信息进行智能诊断和预测。一旦计算出产煤量将超过运煤带的负荷，时空预警系统就会发出警告。 　　 　　依托智能化综放开采设备和技术，塔山矿用设备替代人工，将采煤工效提升了42%，生产能耗较以往降低了5%以上。 　　 　　塔山煤矿只是5G在煤矿智能化建设中应用的一个缩影。通过远程设备操控、机器视觉质检、设备故障诊断、无人智能巡检、生产现场监测等典型应用场景，5G正在助力煤矿开采无人、少人，有效缓解招工难问题，大幅提升井下采掘效率。 　　 　　煤矿离透明还有多远 　　 　　上天容易入地难。我国煤矿智能化建设仍处于培育示范阶段，5G入井，尚有诸多痛点待消除。 　　 　　“智能化煤矿建设是高新技术融入矿山场景、渐进迭代的发展过程，不是一次性结果，更不是‘交钥匙工程’。”王国法说，我国煤矿智能化发展不平衡，井下5G应用场景和生态相对匮乏，智能化技术难以适应复杂工作面条件，相关人才储备和投入保障不足。 　　 　　具体来看，我国煤矿巷道掘进的机械化程度约为60%，巷道掘进智能化尚处于起步阶段。王国法表示，掘进工作面空间狭小、作业工序复杂，掘、支、锚、运协同作业困难，难以实现掘进设备定姿和定位，智能化快速掘进相关技术与装备投入较少，技术进步缓慢。 　　 　　“5G只是搭建了一个通信网络，智能化建设仍受制于多方面的技术。”张兴说，理想的智能化割煤是一种“透明割煤”，需要建立井下三维模型，只割煤不割石头或矸石。然而，目前的物理探测技术只能探出一个轮廓，尚分辨不清哪些是煤炭、哪些是石头。 　　 　　王国法表示，地质探测技术与装备的智能化，探测信息的数字化、模型化及地质信息与工程信息的融合，是打造“透明地质”或“透明工作面”的基础。目前，“透明地质”技术保障支撑能力尚不足，包括地质数据尚未全部实现数字化，地质探测技术的探测精度和范围尚难以满足煤矿智能化建设要求，地质体三维高精度建模技术有待提升，地质探测技术与装备的智能化程度较低等。 　　 　　除了现有技术难以建立高精度“透明地质”模型，许多现有的井下设备还未搭载适用的5G模块。“就像4G手机跑不了5G网络一样，有了5G网络只是第一步，还需要相应的设备或模块。”联通（山西）产业互联网有限公司总经理李艺说，目前煤矿对矿用5G模块的需求非常迫切，5G+智慧矿山的产业化，意味着大量传感器、煤机装备组建需要改造。

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