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　　如今，綠色智能已經(jīng)成為世界煤炭工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。從煤炭行業(yè)來(lái)看，我國(guó)現(xiàn)有煤礦5300多處，分布區(qū)域廣泛，開(kāi)采地質(zhì)條件復(fù)雜多變，煤礦智能化是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐。

　　為了解決煤炭行業(yè)從粗放型轉(zhuǎn)變?yōu)榧s型，煤炭的智能化已經(jīng)搞了快十年了，其中出現(xiàn)了很多無(wú)法解決的難題，而5G技術(shù)的成熟，讓很多難題的解決方案成為可能。

　　5G已經(jīng)成為智能煤礦當(dāng)務(wù)之急

　　智能化煤礦就是要將物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、自動(dòng)控制、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、智能裝備等與煤炭開(kāi)發(fā)技術(shù)與裝備進(jìn)行深度融合，形成全面自主感知、實(shí)時(shí)高效互聯(lián)、智能分析決策、自主學(xué)習(xí)、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)預(yù)警、精準(zhǔn)協(xié)同控制的煤礦智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦井地質(zhì)保障、煤炭開(kāi)采、巷道掘進(jìn)、主輔運(yùn)輸、通風(fēng)、排水、供電、安全保障、洗選運(yùn)輸、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理等全過(guò)程的安全高效智能運(yùn)行。“十三五”以來(lái)，我國(guó)煤礦智能化發(fā)展很快，煤礦智能化初步形成以采掘（剝）運(yùn)主要系統(tǒng)減人提效、生產(chǎn)輔助系統(tǒng)無(wú)人值守、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)全面管控為主的智能礦能開(kāi)采新模式，積極探索數(shù)字孿生、5G通信、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的融合應(yīng)用。但總體上還處于煤礦智能化發(fā)展的初級(jí)階段。

　　“十四五”期間乃至更長(zhǎng)時(shí)期，碳依然是主流的能源，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定器和壓艙石，“十四五”煤炭科技創(chuàng)新發(fā)展的主要任務(wù)之一提出煤礦智能化與機(jī)器人發(fā)展，重點(diǎn)推廣智能無(wú)人綜采工作面、井下智能巡檢機(jī)器人、智能煤矸分選機(jī)器人、井下精確定位等先進(jìn)適用技術(shù)。2020年3月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局等八部門(mén)聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，全面啟動(dòng)煤炭行業(yè)新基建，進(jìn)一步明確強(qiáng)調(diào)在礦山行業(yè)把5G、人工智能等新一代信息技術(shù)推進(jìn)。5G的三大特性是大帶寬、低時(shí)延、廣連接，可以進(jìn)一步助力礦山行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。5G在峰值速率、移動(dòng)性、網(wǎng)絡(luò)能力方面擁有巨大優(yōu)勢(shì)，可以有效提升智能開(kāi)采、智能掘進(jìn)等應(yīng)用場(chǎng)景控制水平，和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸可靠性、可維護(hù)性，能夠全面推動(dòng)礦山行業(yè)信息化、自動(dòng)化、智能化發(fā)展。

　　2021年6月7日，為落實(shí)黨中央、國(guó)務(wù)院相關(guān)部署要求，積極推進(jìn)能源領(lǐng)域5G應(yīng)用，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局、中央網(wǎng)信辦、工業(yè)和信息化部聯(lián)合編制了《能源領(lǐng)域5G應(yīng)用實(shí)施方案》。其中，對(duì)于“智能煤礦+5G”，方案提出，要建設(shè)煤礦井上井下 5G 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)系統(tǒng)，搭建智能化煤礦融合管控平臺(tái)、企業(yè)云平臺(tái)和大數(shù)據(jù)處理中心等基礎(chǔ)設(shè)施，打造“云—邊—端”的礦山工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)。利用 5G 的高速率、低時(shí)延、大連接、高可靠等特性，重點(diǎn)開(kāi)展井下巡檢和安防、無(wú)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(cè)與安全防護(hù)、虛擬交互等場(chǎng)景試點(diǎn)應(yīng)用，促進(jìn)智能煤礦建設(shè)。

　　不難看出，5G已經(jīng)成為“十四五”規(guī)劃中的智能煤礦當(dāng)務(wù)之急。

　　煤礦井下情況復(fù)雜，如何實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)？

　　在具體落實(shí)中，面對(duì)煤礦井下高煤塵、隧洞長(zhǎng)、設(shè)備多、多徑干擾大等困難條件，如何實(shí)現(xiàn)5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋？讓我們來(lái)聽(tīng)聽(tīng)來(lái)自生產(chǎn)一線的聲音。

　　日前，在“煤礦智能化升級(jí)與技術(shù)裝備研發(fā)新進(jìn)展論壇”上，晉能控股集團(tuán)塔山礦副總工張興發(fā)言表示，這里的關(guān)鍵就在于“進(jìn)礦、下井和到面”三個(gè)環(huán)節(jié)。

　　首先，5G“進(jìn)礦”有力支撐采礦行業(yè)的安全生產(chǎn)、提質(zhì)增效、轉(zhuǎn)型升級(jí)，助力智慧礦山建設(shè)。

　　塔山礦是晉能控股集團(tuán)千萬(wàn)噸智能化礦山建設(shè)試點(diǎn)單位。截至目前，塔山礦已完成4個(gè)智能化綜放工作面的建設(shè)，礦井智能化工作面占比達(dá)到100%，智能化工作面日均出煤量達(dá)4.5萬(wàn)噸，實(shí)現(xiàn)了效率、效益的雙提升。入選國(guó)家能源局、國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局首批智能化示范煤礦。2020年聯(lián)合中國(guó)聯(lián)通開(kāi)始5G建設(shè)，礦井總計(jì)安裝5G基站128臺(tái)，已實(shí)現(xiàn)井上下5G信號(hào)全覆蓋。目前，在塔山煤礦，5G防爆手機(jī)通話、5G高速網(wǎng)絡(luò)的高清工業(yè)視頻、智能視頻分析平臺(tái)、巡檢機(jī)器人、NB無(wú)線傳感器等“5G+”應(yīng)用均已實(shí)現(xiàn)。

　　其次，5G“下井”是指利用提升井下環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析能力，實(shí)現(xiàn)“掌上巡檢”，支撐“礦井透明化”。

　　近年來(lái)，塔山礦以“數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化”三化牽引為驅(qū)動(dòng)，全力抓好智能開(kāi)采、智能運(yùn)輸、智能監(jiān)測(cè)、智能網(wǎng)絡(luò)等一系列智能裝備和技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用工作，助力智能化煤礦提質(zhì)增效。

　　目前，塔山煤礦構(gòu)建5G+萬(wàn)兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)有線無(wú)線雙網(wǎng)融合的網(wǎng)絡(luò)大平臺(tái)，5G技術(shù)高效支撐井下綜采設(shè)備的遠(yuǎn)程操控，實(shí)現(xiàn)“機(jī)進(jìn)人退”。掘進(jìn)機(jī)、挖煤機(jī)、液壓支架等設(shè)備通過(guò)5G技術(shù)具備了實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程操控功能，可以使實(shí)現(xiàn)對(duì)爆破、采掘、傳輸全過(guò)程的高清監(jiān)測(cè)與控制。實(shí)現(xiàn)了礦井設(shè)備遠(yuǎn)程協(xié)同運(yùn)行維護(hù)，“5G+智慧煤礦”初具雛形。下一步塔山煤礦還將在人工智能、工業(yè)機(jī)器人、智慧能耗管理、基于無(wú)人駕駛的井下智慧交通等方面，深入開(kāi)展5G+研究。

　　第三，5G“到面”是指5G支撐控制臺(tái)遠(yuǎn)離采掘面，“機(jī)進(jìn)人退”，助力工作面少人化無(wú)人化。

　　綜采工作面是現(xiàn)代化煤礦生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)，是煤礦生產(chǎn)中環(huán)境最惡劣、工作最復(fù)雜的系統(tǒng)。以往采用有線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)彼此數(shù)據(jù)通訊的作業(yè)模式已不符合新時(shí)代對(duì)礦山發(fā)展的新要求。出于對(duì)傳統(tǒng)采礦業(yè)惡劣工作環(huán)境的顧慮，現(xiàn)在很多年輕人寧可送外賣(mài)，也不愿意到井下采礦，采礦業(yè)很難招到40歲以下的員工，招工難問(wèn)題日益凸顯，單純依靠廉價(jià)勞動(dòng)力從事采礦行業(yè)的用工模式已經(jīng)越來(lái)越難以適應(yīng)高質(zhì)量發(fā)展要求。

　　積極引進(jìn)和研發(fā)采煤新技術(shù)、新工藝、新裝備，切實(shí)提高單產(chǎn)單進(jìn)水平成為擺在臺(tái)頭煤礦面前的一項(xiàng)重要任務(wù)。5G在塔山煤礦井下應(yīng)用以后，采掘控制面至少后退200米，使得井下工人遠(yuǎn)離井下高溫、高濕、高粉塵等惡劣的工作環(huán)境，極大降低了井下工作強(qiáng)度，解決了傳統(tǒng)人工作業(yè)操作危險(xiǎn)系數(shù)大、勞動(dòng)強(qiáng)度高的問(wèn)題。

　　通過(guò)5G“進(jìn)礦——下井——到面”，采礦行業(yè)加快生產(chǎn)和管理的智慧化，改變了工人在井下的生產(chǎn)方式，降低了采礦作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)，提升了礦山生產(chǎn)作業(yè)效率，為智慧礦山建設(shè)探索了新路徑。

　　未來(lái)煤礦開(kāi)采體系離不開(kāi)5G

　　煤炭是我國(guó)戰(zhàn)略支柱能源。在我國(guó)一次能源結(jié)構(gòu)中，2019年煤炭占比57.7%，2030年預(yù)計(jì)占比50.0%。傳統(tǒng)的煤炭開(kāi)采模式在帶來(lái)財(cái)富的同時(shí)，也產(chǎn)生了沉重的代價(jià)。

　　中國(guó)科學(xué)院院士何滿潮介紹道，傳統(tǒng)的煤炭開(kāi)采方式為“121工法”（即開(kāi)采1個(gè)工作面，需要提前掘進(jìn)2條巷道，留設(shè)1個(gè)煤柱），該方法由英國(guó)人于1706年提出，距今已有300多年。但是，“121工法”的弊端廣受詬病。

　　首先，“121工法”易造成資源損失，采區(qū)回采率為75%~85%，礦井采出率不到50%，煤柱損失約38.5億噸，價(jià)值約2萬(wàn)億元；其次，“121工法”巷道掘進(jìn)量大，致使成本居高不下。據(jù)統(tǒng)計(jì)，萬(wàn)噸掘進(jìn)率平均34米，以目前生產(chǎn)規(guī)模來(lái)看，年煤巷掘進(jìn)約13000千米，掘進(jìn)及相關(guān)成本超過(guò)千億元。此外，“121工法”還造成了生態(tài)破壞，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)生態(tài)破壞面積達(dá)2200萬(wàn)畝，每年生態(tài)破壞增量以105萬(wàn)畝遞增。

　　不僅如此，“獨(dú)頭掘進(jìn)，局部通風(fēng)，空頂作業(yè)”導(dǎo)致絕大多數(shù)安全事故發(fā)生在回采巷道。據(jù)統(tǒng)計(jì)，91.5%的安全事故都發(fā)生在巷道。

　　2009年，何滿潮建立了“切頂短臂梁”理論模型，根據(jù)“切頂短臂梁”理論及其關(guān)鍵技術(shù)，何滿潮提出了切頂卸壓無(wú)煤柱自成巷110工法（即開(kāi)采1個(gè)工作面，需要提前掘進(jìn)1條巷道，留設(shè)0個(gè)煤柱）。2016年，在110工法的基礎(chǔ)上，何滿潮進(jìn)一步提出了無(wú)煤柱自成巷N00工法（即開(kāi)采N個(gè)工作面，0巷道掘進(jìn)，0煤柱留設(shè)），并在智能化N00工法發(fā)展規(guī)劃中提出1G N00工法~5G N00礦井的智能化5G N00礦井構(gòu)想：2020年，實(shí)現(xiàn)3G N00礦井，將無(wú)煤柱自成巷采留一體化開(kāi)采工藝應(yīng)用到礦井設(shè)計(jì)，建立利用采煤留出運(yùn)輸系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)新理念，并且簡(jiǎn)化井底車場(chǎng)、井下變電所、井下水泵房設(shè)計(jì)，從而大幅簡(jiǎn)化礦井建設(shè)，降低礦井前期工程量；同時(shí)取消大巷掘進(jìn)和煤柱留設(shè)，實(shí)現(xiàn)基本取消巷道掘進(jìn)，煤炭采出率提高到80%以上；2021-2022年，實(shí)現(xiàn)4G N00礦井，4G N00礦井將采用智能化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)礦井智能化控制，礦井智能化控制實(shí)現(xiàn)以后，煤炭正常生產(chǎn)期間不再需要人員下井工作，4G N00智能化礦井可結(jié)束長(zhǎng)壁開(kāi)采必須通風(fēng)的歷史，把瓦斯災(zāi)害轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粴赓Y源；2023-2025年，實(shí)現(xiàn)5G N00礦井，5G N00礦井將融合5G通訊技術(shù)，創(chuàng)建遠(yuǎn)程無(wú)人化智慧采礦模式。

　　同樣在此次論壇上，華為煤礦軍團(tuán)煤礦解決方案總裁蔣旺成介紹，基于對(duì)煤礦智能化建設(shè)的思考和理解，華為提出了“一網(wǎng)一云一平臺(tái)”總體架構(gòu)的智能煤礦解決方案，助力實(shí)現(xiàn)煤礦行業(yè)“安全、少人無(wú)人、高效”。

　　“一張網(wǎng)”包括5G接入網(wǎng)、F5G承載工業(yè)環(huán)網(wǎng)、Wifi6接入網(wǎng)3種網(wǎng)絡(luò)接入方式；“一朵云”則是統(tǒng)籌規(guī)劃一體化的云平臺(tái)，涵蓋集團(tuán)、礦山以及遠(yuǎn)端容災(zāi)中心，通過(guò)云端協(xié)同、AI能力提升智能化能力；“一平臺(tái)”則通過(guò)數(shù)據(jù)治理、AI推理、標(biāo)準(zhǔn)化API、大數(shù)據(jù)應(yīng)用等系列化工具，打通數(shù)據(jù)孤島，打造標(biāo)準(zhǔn)化、集成化的統(tǒng)一數(shù)字平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)煤礦應(yīng)用使能、數(shù)據(jù)共享。

　　事實(shí)上，華為近年來(lái)已相繼深耕智能煤礦解決方案。2019年，華為與國(guó)內(nèi)多家煤炭行業(yè)合作伙伴進(jìn)行了智能化轉(zhuǎn)型探索，研發(fā)了防潮、防塵、防爆、小型化且上下行帶寬配比為3∶1的無(wú)線基站，井下設(shè)備運(yùn)行控制精度可從99.9％提高到99.99％。今年2月9日，華為又與山西省政府及多家煤炭生產(chǎn)科研單位聯(lián)合成立了“智能礦山創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”，目標(biāo)是讓智能化采煤工作面人數(shù)減少60％，實(shí)現(xiàn)井下“三無(wú)一減”，也就是無(wú)安全事故、無(wú)人值班、無(wú)人巡檢、配置減員。

　　最后，煤礦智能化不是某幾項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的簡(jiǎn)單組合應(yīng)用，也不是各個(gè)分系統(tǒng)智能化的拼湊，而是新一代信息技術(shù)和煤炭開(kāi)發(fā)利用的有機(jī)融合，5G技術(shù)的深度融入將極大加快煤礦智能化的進(jìn)程。包括華為在內(nèi)的一大批先行者加大力度，投身于煤礦行業(yè)基礎(chǔ)研究、產(chǎn)品定制研究、標(biāo)準(zhǔn)化推廣以及產(chǎn)品市場(chǎng)交付等，對(duì)于我們走好煤礦行業(yè)“十四五”規(guī)劃的5G發(fā)展之路具有深遠(yuǎn)意義。