陽煤集團新元公司技術人員正在調試井下5G設備。
習近平總書記再次親臨山西視察，要求“大力加強科技創(chuàng)新，在新基建、新技術、新材料、新裝備、新產品、新業(yè)態(tài)上不斷取得突破”。省委十一屆十次全會要求，全省上下要牢記領袖囑托，以敢為人先的勇氣膽識和換道領跑的競爭姿態(tài)，奮力在新興產業(yè)上占據(jù)主動，堅決打贏打好“六新”攻堅戰(zhàn)、爭奪戰(zhàn)。全國首座5G煤礦在陽煤集團的落成，就是煤炭行業(yè)轉型發(fā)展過程中在“率先”上搶先機，聚焦應用、強化研發(fā)、完善技術，著力實現(xiàn)“六新”突破的生動實踐。
陽煤新元調度室。人臉識別，自動門緩緩開啟。巨大的顯示屏，占滿整整一個墻面。
距離地面500多米，采煤作業(yè)區(qū)一覽無余。調度臺前，工作人員移動鍵盤，輕點鼠標。隨著一條條指令下達，無人值守的工作面，巡檢機器人“眼”觀六路，緩緩前行，一條條信息快速回傳。
“此時此刻，我所在的位置，是陽煤集團新元煤礦的井下采煤作業(yè)區(qū)，距離地面534米。這里開通了世界首個煤礦井下5G網絡，也是世界上距離地表最深的5G網絡。這次井下直播，是世界直播史上第一次……”今年6月，全國首座5G煤礦通過媒體的鏡頭與世界見面。
印象中的煤炭企業(yè)模樣，在新元顛覆。5G技術下井，“新基建”和傳統(tǒng)行業(yè)深度融合，正在有力推動著煤炭企業(yè)的質量變革、效率變革、動力變革，從而開啟全省傳統(tǒng)煤炭產業(yè)內核重塑、質的飛躍。
為什么要推動5G下井
53歲的楊惠社是一個“老煤礦”，工作已經34年，現(xiàn)在的工作是采煤隊綜采面電鉗工。黝黑的面孔，笑起來，一口白凈的牙齒。
行走在地下幾百米深處的巷道里，每隔幾米一盞的防爆燈，用淡薄的白光努力消除著幽深巷道里濃稠的黑暗。20多度的“上山”路，比平地里走艱難了不少，楊惠社卻顯得十分從容。
“干了多半輩子的礦工，無論對自己還是對家人，最重要的兩個字，安全！”
煤炭行業(yè)作為傳統(tǒng)能源行業(yè)，具有環(huán)節(jié)多、戰(zhàn)線長、生產系統(tǒng)復雜、管理難度大等特點，安全生產成為行業(yè)的最大痛點。
著眼于安全、高效，煤礦生產經歷了人力落煤、爆破開采、普通機械化開采、綜合機械化開采?！霸诘V上干了多年，設備換了幾茬了，反正就是機器干得越來越多，人干得越來越少?！?/p>
新技術、新裝備、新工藝對安全生產的重要支撐作用，能夠大量減少復雜崗位、高危崗位工人數(shù)量，是推進無人、少人的重要手段。31歲的郝瑞祥工作13年，是井下刮板運輸司機，最大的夢想是：“有一天，井下能實現(xiàn)無人開采，機器人往來穿梭，忙而不亂……”
智能化是幾乎所有煤炭人的夢想。
32歲的冀杰研究生畢業(yè)后進入新元，如今擔任新元公司智能化礦井辦公室主任，在他看來，煤礦實現(xiàn)智能化，目前好多方面都卡在通信上。
煤礦井下地理條件復雜多變，支護強度大，信號衰減快。在工作面無人開采時，工人需要在地面操作井下設備。在進行中，井下機器的運行軌跡需要精準的定位、實時的數(shù)據(jù)傳輸和大量的設備連接，如果出現(xiàn)延時的情況，一系列的工作都會受到影響。
“有些領域，時延高一些影響不大，但是真正的煤礦智能化、無人化開采或者安全生產，沒有實時控制和低時延做支撐，是實現(xiàn)不了的?！?/p>
陽煤集團董事長翟紅認為，原有的井下數(shù)字通信技術，對于實現(xiàn)煤礦智能化支撐不足，“恰恰是5G技術廣連接、大帶寬、低時延的三大特性，契合了煤礦智能化發(fā)展需求”。
5G下井，適應煤炭企業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實需求，同樣得益于政策的強力推動。
5月20日，工業(yè)和信息化部新聞發(fā)言人、信息通信發(fā)展司司長聞庫在國務院新聞發(fā)布會上表示，將加速5G應用由2C向2B的拓展，加快傳統(tǒng)產業(yè)數(shù)字化轉型，開啟我國數(shù)字經濟高質量發(fā)展的新篇章。
我省作為首個國家資源型經濟轉型綜改試驗區(qū)，在深化能源供給側結構性改革、構建清潔低碳用能模式、推進能源科技創(chuàng)新等方面具有厚重的產業(yè)基礎和資源優(yōu)勢。去年8月，《山西省加快推進數(shù)字經濟發(fā)展的實施意見》中明確提出，讓5G與實體經濟協(xié)同發(fā)展，其重點領域之一就是“5G+”智能礦井。
陽煤集團高層敏銳捕捉到了國家大力發(fā)展“新基建”的政策利好，深刻洞察到了5G之于煤炭行業(yè)發(fā)展的巨大潛力，堅持“與能人攜手、與巨人同行”的理念，主動出擊，先后赴中國移動、華為公司進行交流研討，希望通過強強聯(lián)合，推動5G與煤礦的“聯(lián)姻”。
2019年9月5日，陽煤集團、中國移動、華為公司成立5G通信煤炭產業(yè)應用創(chuàng)新聯(lián)盟。
2019年9月21日至10月1日，經過多次研討，確定新元公司為5G技術礦井應用試點。
5G下井，克服了哪些困難
皮膚白凈，戴一副眼鏡。32歲的冀杰有著同齡人少有的沉穩(wěn)。
2019年10月，冀杰辦公室門外新掛了一個牌子——“5G+智能化礦井辦公室”。作為辦公室主任，冀杰說，“從未感覺到的一種無形壓力”。
“選擇在新元，一是這是一座年輕的煤礦，信息化、智能化基礎較好；二是新元屬于煤與瓦斯突出礦井，開采條件相對復雜，在這里試點成功，后續(xù)具有較強的推廣價值?！?/p>
5G與煤礦的結合應用，業(yè)內尚屬空白，加之井下環(huán)境復雜，面對諸多“第一”，冀杰說，最大的困難是“未知”。
“一切都是未知。井下是個龐大的系統(tǒng)，從哪個系統(tǒng)入手？你不知道技術路徑的選擇是不是合理，你不知道前面是直道還是有意料不到的暗渠。”
跨行業(yè)合作讓雙方都面臨挑戰(zhàn)：通訊公司技術人員對煤礦運行不清楚，煤礦技術人員對專業(yè)數(shù)據(jù)不熟悉。受疫情影響，網絡成為交流的基本途徑。“欣喜、失望反反復復”，回憶這段日子，技術團隊所有人員都感覺興奮而疲憊。
就是在這樣一次次的思想碰撞中，一個個技術難題被攻克，也創(chuàng)造了煤礦5G的多個第一。
在中國礦業(yè)大學(北京)原副校長、教授孫繼平看來，5G下井，首要的是解決防爆問題，否則，極可能引發(fā)瓦斯爆炸，好事變壞事。
針對設備安全問題，創(chuàng)新聯(lián)盟對5G基站進行了特殊防爆改造，成功研發(fā)出首款礦用5G基站，于2020年4月28日獲得全國首張5G基站防爆、煤安雙認證。
“過去，我們開發(fā)應用的5G基站，主要應用在地表。雖然也做了很強的防水、防塵、防鹽等方面的防護工藝，但當設備應用到井下時，環(huán)境變得更加復雜，除了滿足防爆要求之外，還要通過結構化改造，對設備其他方面的防護等級進一步升級。另外，井下環(huán)境狹小，要求我們把基站做得盡量小型化，但功能盡量強大?！比A為公司全球5G市場部部長趙志鵬介紹。
同樣的困難來自如何實現(xiàn)“精準授時”。
傳統(tǒng)的地面5G基站，需要使用衛(wèi)星定位系統(tǒng)進行精準的同步授時。“在井下500多米，無法接收衛(wèi)星信號。如果時間不能同步，設備之間的數(shù)據(jù)傳輸就會產生誤差，如同生活中兩個人握手，一個已經伸出了手，另一個的手卻還靜靜袖著——對于工業(yè)，則失之毫厘，謬以千里。”中國移動山西分公司能源行業(yè)5G技術總監(jiān)呂樂說，“專門研發(fā)的井下5G基站網絡同步授時，解決了這一技術難題。精度為100納秒以下，保證了網絡的高可靠性、高可控性、超高安全性”。
百米井下，巡檢機器人有多聰明？調度室，工作人員一個指令，機器人要通過感知、判斷、分析，將相關信息歸納總結，全部傳回。而要實現(xiàn)這一目標，信息通道如何布局同樣是一道必須攻克的技術難題。
冀杰舉了一個很形象的例子：“井上的5G是下行的要求比較多，上行的要求比較少，主要是用于娛樂。但是對于井下的5G來說，煤礦井下現(xiàn)場的高清視頻數(shù)據(jù)量非常大，需要的是上行的比較多。打個比方，帶寬是10車道，地面上8個車道是下行，2個車道是上行。對于煤礦井下來說，8個車道是上行，2個車道是下行。”
新元公司采用每400米安裝一個基站的辦法，實現(xiàn)了5G信號超千兆上行無線傳輸。
與此同時，圍繞數(shù)據(jù)安全的全國首個“獨立組網+邊緣計算”，為保證5G網絡性能的大功率分體式礦用基站和礦用大增益天饋，逢山開道，遇水架橋，通過技術團隊的不懈努力，一道道難題被克服。
在500多米深的井下，5G網絡依舊能夠安全、穩(wěn)定運行，并且成功解決基站設備安全、網絡授時、上行數(shù)據(jù)傳輸、礦山信息安全等難題，中國礦業(yè)大學(北京)校長葛世榮說，“這為礦山5G技術的應用闖出了一條新路”。
5G下井，現(xiàn)在能做什么
井下機電硐室。一個小小的巡檢機器人正沿著軌道自主行走。別看它個頭不大，本領卻不小，能夠360度視頻監(jiān)測、音頻采集、紅外熱成像，精準記錄設備故障發(fā)生的時間、地點以及故障類型。
基于5G技術，它“看到”的所有場景都能夠以4K高清視頻畫面的方式、“感知”到的所有數(shù)據(jù)都能夠精準迅捷地回傳到地面總調度室，便于井上對硐室環(huán)境、設備進行遠程監(jiān)測；同樣是基于5G技術，在地面，就可以對機器人的動作進行遠程實時控制。
從遠程監(jiān)測到遠程監(jiān)控，井下機電硐室的作業(yè)方式被徹底顛覆，實現(xiàn)了無人值守、無人巡檢。
“目前正在小列車集控室，進風巷工作面情況正常?！毙略?，跟班隊長郗書博開始一天的工作，在地下500多米，“搭乘”5G網絡向井上做視頻匯報?？傉{碩大的電子顯示屏上，實時顯示井下瓦斯?jié)舛?、溫濕度和高清采煤場景，技術人員在進行遠程監(jiān)控操作。
5G與工業(yè)互聯(lián)網的聯(lián)袂“出演”，革新著傳統(tǒng)井下作業(yè)模式，讓這座煤礦實現(xiàn)著智能化嬗變。
采訪中，記者在500多米深的井下見到了全國技能大師李瑞兵，從業(yè)20多年的他沒有想到，5G智能化開采這么快就來到了身邊。
李瑞兵說，以前的時候，所有的配電室都是專人值守、專人巡檢，來回往返，每個開關的信息、狀態(tài)都要記錄，工作量大不說，有時還會因人為因素造成漏檢、誤檢?，F(xiàn)在有了5G+無人巡檢，再也沒有這方面的擔心了。
新元公司總調大屏幕上，實時顯示著全國首臺“5G+綜掘機”的運行狀態(tài)。這臺設備遠在千里之外的上海，對它進行操作的是總調現(xiàn)場的陽煤集團技術人員。能夠完成這樣的遠程監(jiān)控，正是因為有了5G。
陽煤集團新元公司智能化辦公室技術員劉亮亮一邊操作一邊說：“我們現(xiàn)在先控制一下截割臂的起升?？?，截割臂已經升起來了。我們測試了一下，遠端控制的延時控制在了20毫秒以內?！?/p>
新元公司副總經理王海鋼介紹：“目前我們在新元煤礦，主要推出機電硐室無人巡檢、掘進面無人操作、綜采面無人操作三項5G應用，實現(xiàn)了采煤智能化和遠程操控，有效解決傳統(tǒng)人工作業(yè)操作危險系數(shù)大、勞動強度高的問題，同時提升生產效率?！?/p>
機電硐室無人巡檢應用，針對解決煤礦企業(yè)機電設備在長期運行過程中易發(fā)生故障的問題量身定制，降低了工作人員的勞動強度和風險，提高巡檢質量與效率。
掘進面無人操作應用解決了傳統(tǒng)人工作業(yè)操作危險系數(shù)大、勞動強度高的問題，可進行遠程操作截割和支護作業(yè)，實現(xiàn)了掘進作業(yè)的遠程安全精準操控。
綜采面無人操作應用，解決了井下設備運行過程中線纜維護量大、信號經常缺失等問題，為遠程操作人員提供全景高清作業(yè)視野，既有效降低危險作業(yè)區(qū)域安全事故發(fā)生率，也節(jié)省大量人力物力。
“近年來，陽煤集團以新元公司為代表，推廣綜采自動化。新元井下系統(tǒng)已減少321人，5G技術的應用，有望在產能進一步提升的同時，再減少1000人?！钡约t表示。
5G下井，未來還需要做什么
新元公司，乳化液泵站，41歲的郝建軍開始了一天的工作。雖然在煤礦工作已經20多年，但是面對越來越多的新設備，他還是好奇而興奮。
距離新元公司40公里處，陽泉市，陽煤集團三礦二號井采煤隊。2006年新元公司投產之前，郝建軍在這兒有6年采煤經歷。而今，這座老礦經歷111年風雨，已經關閉。
從百年老礦到現(xiàn)代化新元，郝建軍想到最多的詞是“蟬蛻和新生”，而5G將賦予自己工作什么樣的改變，郝建軍說：“這是一個永遠想不清楚的未來?！?/p>
而對于冀杰來說，5G在煤礦井下作業(yè)場景的成功部署應用，標志著“5G+智慧礦山”建設已邁出關鍵一步?！皬?到1實現(xiàn)后，下一步就是從1到N”，一切僅僅是個開始，挑戰(zhàn)無處不在。
“對于煤礦智能化來說，5G技術是賦能的。高速公路修好了，還要建服務區(qū)，要有車輛、監(jiān)控設備等，需要5G各種應用場景的技術，后面開發(fā)的工作還很多。”
5G落地如何應用，牽涉整個煤炭上下游產業(yè)鏈。
6月9日，陽煤集團與中國煤炭工業(yè)協(xié)會簽署協(xié)議，借助陽煤示范項目的原創(chuàng)和先發(fā)優(yōu)勢，雙方將共同研究制定煤礦5G總體網絡框架、工業(yè)互聯(lián)網應用平臺及相關技術要求標準。
“智能礦山，標準先行。”中國煤炭工業(yè)協(xié)會副會長劉峰表示，“標準化應用是煤礦5G應用和智能礦山建設的重要技術基礎?！庇绕涫切枰鞔_井下5G專用頻段、組網架構、多網融合等關鍵性問題。
5G下井，將推動煤炭產業(yè)鏈的巨大變革。而5G工業(yè)應用研發(fā)投入大，涉及領域廣，需要政府、行業(yè)、企業(yè)通力合作，互有重點，互通有無，擴大5G+智能煤礦產業(yè)生態(tài)圈。
可喜的是，為引導資源共建共享，加快關鍵核心技術突破，中國移動聯(lián)合清華大學、中國礦業(yè)大學(北京)、陽煤集團、中煤科工、華為公司等70多家單位，已于6月18日正式成立“5G智慧礦山聯(lián)盟”。
對此中國移動表示，下一步將在應急管理部、國家煤監(jiān)局和山西省委、省政府的指導支持下，一方面全面實施“5G+”計劃，充分發(fā)揮5G智慧礦山聯(lián)盟作用，構建資源共享、生態(tài)共生、互利共贏、融通發(fā)展的5G新生態(tài)。
另一方面，共同推動產學研用深度融合，努力將一流技術、優(yōu)質資源、創(chuàng)新產品快速落地并規(guī)模推廣，不斷催生智慧礦山新模式、新業(yè)態(tài)、新場景，加快礦山行業(yè)轉型升級，推動5G真正成為社會信息流動的主動脈、產業(yè)轉型升級的加速器、數(shù)字社會建設的新基石。
巡檢機器人、5G基站，一個又一個的“方盒子”加入到了采掘一線的奮戰(zhàn)中。郝建軍頭燈的光柱指向了新來的“戰(zhàn)友”，看著它們，郝建軍憨憨地笑著。
頭燈搖曳、數(shù)據(jù)奔涌，和身邊的工友一樣，郝建軍也是這場信息化變革中的探路者、先行者?！?G將帶領大伙走向何處？”不小的問題在郝建軍的心中生根發(fā)芽，但他知道，5G給煤礦帶來的將是安全生產、將是無限可能。
聚焦“六新”率先突破，是我省在轉型發(fā)展上率先蹚出一條新路來的方向目標、路徑要求和戰(zhàn)略舉措，直道沖刺、彎道超車、換道領跑，手執(zhí)先行先試的“尚方寶劍”，站在風口的“新基建”，必將為我省蓄勢賦能，在轉型發(fā)展上率先蹚出一條新路。
