編者按

地下534米的礦井深處，全球最深5G網絡正在賦予黑黝黝的礦井新的活力……在5G技術的支撐下，采礦業的“智變”正在加速推進。對于安全生產高于一切的采礦業來說，智能化替代已是行業剛需。而以5G、工業互聯網、大數據、人工智能等為代表的新基建不僅將成為采礦業安全、智能、綠色的保障，也將帶來新一輪大規模產業調整，一場轟轟烈烈的數字化變革將在中國采礦業展開。

礦井深處5G顯威

□記者 梁曉飛 張磊 王皓 太原報道

“5G網絡，對于別的行業是錦上添花，但對于采煤行業來說，就是雪中送炭。”山西一位參與5G煤礦建設的負責人由衷感慨。

5G技術問世不久，煤炭大省山西就把5G網絡帶到了數百米深的礦井深處。2019年5月，山西新元煤礦在地下534米處開通了我國首個煤礦井下5G網絡，成為全球最深的5G網絡。此后，全國煤礦智能化建設明顯提速。在山西，類似的智能煤礦已有16座。

在近日召開的2021世界5G大會上，“新元煤礦5G智慧礦山項目”榮獲5G應用設計揭榜賽決賽一等獎。“5G+煤礦”的奇妙組合，再度引發關注。

一趟全新的“地心之旅”

智能巡檢機器人、一鍵呼叫“網約車”、實時手機視頻通話，黑黝黝的礦井被科技賦予新的活力。記者日前來到晉能控股集團塔山煤礦，深入地下500米，實地探訪5G智慧煤礦。換上礦工服，隨身攜帶GPS定位卡、氧氣自救器、5G礦用防爆手機等裝備，記者乘坐無軌膠輪車，開啟了全新的“地心之旅”。

漆黑的巷道中，駕駛位右前方一塊明亮的導航屏幕首先吸引了記者的注意。“我們當前的行車軌跡，正清晰地顯示在地面指揮中心的大屏上。”同行的塔山煤礦綜采二隊電工陳建龍說，有了它，這輛車就具備了“網約車”功能。

大學畢業后，陳建龍已經在井下工作了9年。“井下不能帶手機、刷視頻，連設備維護也不能上網查資料。每天下午2點多下井，上來就晚上11點多了，中間幾乎與世隔絕。”

在巷道上方，可以看見山西聯通與華為公司聯合部署的5G基站。陳建龍說，5G入井后，各個作業點的畫面、數據都能實時傳回地面。“井上井下被網絡連起來了，曾經的隔絕感也漸漸消除。”

經過40分鐘的井下路程，記者抵達了二盤區變電所和水泵房。這里相當于煤礦的“心臟”，為井下設備提供電力。寬敞明亮的工作區域內，20多臺電氣設備整齊擺放。井上指揮中心一聲令下，自動巡檢機器人就可啟動工作，將檢查的信息實時傳輸到地面。

“有了智能巡檢機器人的幫助，變電所和水泵房的人工工作量可減少80%以上。”塔山煤礦研發中心主任王偉光說，巡檢機器人搭載傳感器，能夠感知周邊環境，每天產生的數據量有4萬多條，能夠及時發現異常情況，第一時間排查隱患。

從水泵房離開時，記者體驗到了井下“一鍵叫車”的便捷。只需要在手機上打開相應的叫車軟件，點擊用車申請，不到一分鐘，附近的一輛膠輪車就來到了面前。

大約20分鐘后，記者來到井下8303綜放工作面，采煤機、液壓支架、運輸皮帶隆隆作響，降塵水霧自動噴灑。潮濕的環境里，眼鏡頓時蒙上了一層水汽。

“這是人員定位基站，那是位移傳感器……”站在一根根液壓支架間，陳建龍一一為記者介紹。采煤一線設備繁多，一個工作面光傳感器就有1500多個，每個機器后面都有一條線路，這些光纜、信號線匯總到井下控制臺。控制臺隨采煤機移動，一條線路出了故障，就需要一根一根地排除，工作量之大難以想象。

塔山煤礦副總經理張興說，5G基站入駐采煤工作面后，已經有11種傳感器改為無線傳輸。原先采煤工作面一個班20多名礦工，經過智能化改造，目前已減員30%至40%。

結束井下采訪后，又經過約40分鐘車程，記者回到地面。此時天色已黑，煤炭仍在源源不斷地隨著運輸皮帶涌出地面。

智能化替代成行業剛需

一改往日的“黑”面孔，穿西服、打領帶，坐在屋里把煤采，礦山的智能化改造讓煤礦工人換新顏。

記者走訪多座5G煤礦發現，智能化進一步降低了煤礦企業綜合維護成本，極大提高綜采效率，讓無人化、少人化的井下開采成為可能。以往20人班組完成的任務由現在每班七八個人便可完成，并且全都離開了工作面。依托這種智能化綜放開采設備和技術，塔山煤礦實現了用設備替代人工，將采煤工效提升了42%，生產能耗較以往降低了5%以上。

“生產設備的數字化升級大大減少了資源的浪費，過去很多崗位工人三班倒生產，現在實現了人力解放。”王偉光說，“人力解放并不是辭退工人，而是培訓工人由強體力勞動向高技術含量轉型，把‘藍領’變成‘白領’。”

對于礦山行業來說，安全生產高于一切。

日前，由晉能控股集團與國內科研院所聯合研發的，全國首臺適用于井下開展常態化危險氣體巡檢的機器人正式下井。它可以替代以往的瓦檢工，在井下巷道復雜地形，可以進行現場環境探測和音視頻采集，進行井下危險氣體的常態化巡檢。

“各種智能化操作系統信息一網傳輸，礦井在智能化操作、安全生產以及生產效率等方面實現了重大變化。井下只要出現風險點，便會通過4K高清攝像頭、NB傳感器等設備將數據精準、迅速回傳至地面總調度室，井上的指令下達沒有了時延，安全性和生產效率大大提升。”張興說。

煤炭行業的“智變”正在加速推進。新基建不僅保障采掘業安全、智能、綠色開采，也給煤炭行業帶來了新一輪的產業調整。煤炭行業也在試圖突破“數據孤島”的瓶頸，進行一場數字化革命。

落地關鍵在于應用

中國工程院院士王國法表示，我國煤礦智能化建設仍處于培育示范階段，距離實現全面智能化還有不小差距。目前，我國煤礦智能化建設還存在諸多“痛點”須全力消除。痛點之一就是，5G應用場景和生態匱乏，有待進一步挖掘。

“5G網絡應用，對煤炭行業來說是必然趨勢。”張興坦言，從4G到5G，在日常生活中的應用過渡得很自然，但對于煤礦來說，需要克服很多困難，應理性考慮，不能盲目追求高大上。

首先，5G信號在井下的傳播面臨很多苛刻的要求。井下巷道、密布的電纜、管路和拐角等都會對信號形成干擾，這些都會對技術攻關提出新要求。“簡單說，在地面只需要28個基站就可以實現對園區的全覆蓋，但在井下128個基站都很難達到使用要求。”張興說。

其次，許多現有的井下設備還未搭載適用的5G模塊。“就像4G手機跑不了5G網絡一樣，有了5G網絡只是第一步，還需要相應的設備或模塊。”張興說，目前煤礦對礦用5G模塊的需求非常迫切，市面上有哪些產品，就用哪些產品。

以傳感器為例，5G網絡搭建完成后，理論上講，所有井下傳感器都可以變成無線的。但目前，塔山煤礦只應用了11種無線傳感器。“如果這些問題解決不了，就談不上減員增效的問題。”張興說。

再次，5G只是搭建了一個通信網絡，智能化建設仍有許多技術受限。比如，理想的智能化割煤是一種“透明割煤”，需要建立井下三維模型，只割煤不割石頭或矸石。然而，目前的物理探測技術只能探出一個輪廓，分辨不清哪些是煤炭、哪些是石頭。

王國法表示，地質探測技術與裝備的智能化，探測信息的數字化、模型化及地質信息與工程信息的有效融合，是打造“透明地質”或“透明工作面”的基礎。目前，受地質探測理論、技術與裝備發展水平的限制，“透明地質”技術保障支撐能力明顯不足。

“煤層就像一個夾心蛋糕，大家都想要把煤炭采干凈，留下矸石。這一想法并沒有卡在通信領域，問題出在傳感器和數據分析方面。”張興說，5G煤礦這架“飛機”已經飛起來，但關鍵要落地，不能在空中解體。而落地的關鍵在于應用。

“5G+工業互聯網”改寫采礦史

□記者 陳愛平 陳云富 李唐寧

上海報道

“5G+工業互聯網”正在采礦業表現出巨大的市場空間和強勁的發展后勁。

“5G+工業互聯網”加速落地

近日，中國移動上海產業研究院與華電煤業集團有限公司、中興通訊北京分公司等簽署戰略合作協議，三方將在產品創新、商機拓展、技術研發、項目共建等方面實現深化合作，推動5G與煤礦行業深度融合。據中國移動上海產業研究院副總經理陳豫蓉介紹，三方推動的5G+智慧礦山解決方案將基于一站、一柜、一平臺的創新架構，通過新型云網基礎設施構建大帶寬、低時延、高安全隔離的定制化專網，以“井上井下一張網”的形式承載礦區各種業務，靈活滿足礦山場景需求，提高礦山行業生產安全水平，推進以降本增效為核心的產業升級，助力礦山行業數字化轉型。

截至2020年底，我國已建成400多個智能化采掘工作面，19種煤礦機器人在井下使用，71處煤礦列入國家首批智能化示范建設煤礦，“5G+工業互聯網”助力采礦行業數字化轉型的巨大潛力正不斷釋放。工信部數據顯示，全國“5G+工業互聯網”項目超過1500個，175個礦山實現5G應用商用落地。

自今年采礦行業“5G+工業互聯網”現場工作會以來，全國采礦業“5G+工業互聯網”建設更是明顯提速。截至7月中旬，山西、內蒙古、山東、河南、甘肅、安徽、陜西、廣東、江蘇等多省新上采礦類“5G+工業互聯網”項目28個，簽約金額約3.5億元。

基礎電信企業加快能力整合，不斷完善采礦業“5G+工業互聯網”產品體系，結合采礦業實際需求細化遠程設備操控、機器視覺質檢、設備故障診斷、無人智能巡檢、生產現場監測等十大典型應用場景，形成了涵蓋礦區信息基礎設施建設、掘進與綜采設備管控、安全監測與管理、生產流程控制、生產經營管理等大類的近100余款“5G+工業互聯網”產品，為采礦企業提供“菜單式”“一站式”服務。

采礦行業則主動探索5G與云計算、大數據、人工智能等新一代信息通信技術在采礦行業的融合創新應用模式，加快探索“5G+工業互聯網”助力“機進人退”，實現井下作業少人化、無人化，推動礦山數字化、網絡化、智能化發展，加快探索透明礦山、智慧礦山、綠色礦山建設等方面的新模式新路徑。

典型應用場景逐步形成

“5G+工業互聯網”如何影響采礦業?專家分析，安全生產是采礦行業的紅線。在露天礦環境中，因礦山石墜落易引起開采人員傷亡，多層重疊采空區常出現塌方、滑坡、瓦斯爆炸、沖擊地壓等事故風險。在井工礦環境中，存在高溫、高濕、粉塵等惡劣工作環境，工人長時間高強度井下作業對健康造成較大威脅。

針對上述行業生產重點難點，“5G+工業互聯網”在采礦領域的應用場景主要集中在四個方面：一是5G技術高效支撐井下綜采設備的遠程操控，實現“機進人退”;二是5G新技術可以支撐井下工作面的遠程監控，助力井下自然災害防治和人員管理;三是5G技術助力實現井下作業的少人化、無人化，有效緩解招工難問題;四是5G技術助力礦山設備數字化、網絡化、智能化，大幅提升井下采掘效率。

遠程設備操控方面，新元煤礦與中國移動在山西省開通5G煤礦井下網絡，建成井下“超千兆上行”煤礦5G專用網絡，相關應用實現對掘進機、挖煤機、液壓支架等綜采設備的實時遠程操控，以及對爆破全過程的高清監測與控制。內蒙古白云鄂博鐵礦與中國移動等企業合作建成了5G無人礦卡指揮中心，部署了礦用汽車遠程操控平臺，完成6臺礦用汽車純線控硬件改造，實現了車輛運行的實時精準控制、數據同步回傳等功能。

設備協同作業方面，千業水泥與中國移動在河南省焦作市開展“千業5G礦山綠色智能及礦產資源綜合利用”項目建設，搭建5G網絡，融合北斗高精度定位、車聯網技術、純電礦卡能量回收技術，實現了無人礦車的自動駕駛和協同編隊、作業區域內車輛的集群調度，設備作業效率提升10%以上。晉能控股集團與中國聯通合作，依托5G智慧網絡平臺的大數據分析，在塔山煤礦推廣應用“網約車”模式，實現了井下無軌膠輪車運行管理的數字化和智能化，整體運行效率提升了30%左右。

無人智能巡檢方面，龐龐塔煤礦與中國聯通在山西省開展“5G+智能礦山”項目建設，在井下變電硐室和水泵房的排水、供電等設備遠程集中監控的基礎上，增加安裝5G模組的巡檢機器人，通過5G網絡進行硐室4K高清視頻回傳、機器人監測數據回傳和機器人實時控制，5G技術支撐實現運輸機、皮帶等設備的無人巡檢。山東三山島金礦引入5G+鑿巖車、5G+遠程破碎系統、運轉系統無人化等場景，不但實現工人從井下轉移到地表，解決了礦山安全生產等諸多問題，而且掘進和運送效率提高了近25%。

生產現場監測方面，鮑店煤礦與中國聯通在山東省濟南市開展“礦用高可靠5G專網系統及應用”項目建設，用高可靠5G專網系統及應用，針對極端嚴苛的煤礦生產控制場景，通過5G+機器人、5G+視覺識別等手段對設備狀態、氣體濃度、綜合環境進行實時監測，實時回傳至調度指揮中心。陜西小保當煤礦與華為、中國電信、中國礦業大學、中煤科工集團進行產學研合作，組建“井上井下一體化網絡”，實現5G信號覆蓋到礦區園區及礦井主要工作面，實現對工業園區、生活園區的統一管控，利用傳感器數據傳輸及分析實現生產設備在線監控，提高了工作效率，降低了人員的工作強度。

打通行業壁壘 深化融合應用

業內認為，目前采礦行業發展面臨著需求增速放緩、環境制約趨緊、要素成本上升、安全生產壓力大等諸多挑戰，應推動打通行業壁壘，深化融合應用，持續拓展“5G+工業互聯網”發展新空間。

今年6月，國家發展改革委、國家能源局、中央網信辦、工業和信息化部等四部門聯合印發《能源領域5G應用實施方案》提出，在未來的3年至5年時間里，圍繞智能電廠、智能電網、智能煤礦、智能油氣、綜合能源、智能制造與建造等方面拓展一批5G典型應用場景。其中在“智能煤礦+5G”領域，將建設煤礦井上井下5G網絡基礎系統，搭建智能化煤礦融合管控平臺、企業云平臺和大數據處理中心等基礎設施，打造“云-邊-端”的礦山工業互聯網體系架構。利用5G的高速率、低時延、大連接、高可靠等特性，重點開展井下巡檢和安防、無人駕駛等系統建設和應用，探索智能采掘及生產控制、環境監測與安全防護、虛擬交互等場景試點應用，促進智能煤礦建設。

中國礦業聯合會副會長吳國華表示，“5G+工業互聯網”為礦山裝上智慧的大門，將賦能采礦行業數字化轉型，行業協會要充分發揮自身的平臺優勢和橋梁作用，借鑒“5G+工業互聯網”在采礦行業的成功應用經驗，加強對采礦企業的引導和服務，強化跨行業協同和應用技術創新。

中國礦業大學(北京)校長葛世榮認為，煤炭工業互聯網建設將不局限于煤炭企業，除了要滿足煤礦自身的信息化智能化需要，還要與煤礦外部的行業互聯互通，比如與燃煤電廠、化工廠、鋼鐵廠構建互聯系統，這需要借助5G技術和煤炭工業互聯網的支持。“此外，我國約60%的能源來自煤炭，通過煤炭工業互聯網建設，將有利于推動煤炭智能化發展，這是我國實現能源智能化的重要組成部分。”

華為技術有限公司高級副總裁蔣亞非介紹，隨著中國承諾“力爭2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和”，華為正與產業各方協同推進“5G+工業互聯網”在采礦行業規模應用，幫助礦企減員提效。

關鍵詞： 5G技術 支撐下 采礦業 智變 加速推進