ICC訊 對于別的行業(yè),5G技術是錦上添花,而對于采煤行業(yè)來說,5G技術是雪中送炭,只有它可以滿足智能煤礦的大帶寬、實時性和可靠性要求,把人解放出來,井下要減人直到無人,最難的問題留給了5G。
隨著纜車繩索的摩擦聲從地面慢慢下降到礦井下100米、200米、300米……狹窄、閉塞、陰暗、潮濕……未知的黑暗逐漸讓人心生恐懼。走下纜車,距離開采工作面還有一段距離。頭頂的礦燈照在前一個礦工的背上,衣服上的反光條發(fā)出冷冷的刺眼白光。
采煤業(yè)已有超過千年的歷史。地上物換星移,可礦井下依然要面對極端艱苦、危險的工作環(huán)境。據相關部門公布的數據,2011年—2020年10年間,全國煤礦事故死亡人數達7733人。
隨著科技的進步,最初簡單的人工挖礦已發(fā)展為機械化采礦。但數百米深的井下猶如微小的“地下城”,巷道交錯、環(huán)境復雜,儀器設備既不能就地自動化,也無法遠程控制,只能仰仗礦工現場操作。煤礦能不能實現智能化,走向少人化、無人化?5G正給這一切的改變帶來希望。
“最難的問題留給5G”
任正非去山西挖煤。
去年底這個熱搜讓部分人驚訝,部分人莞爾,但不影響總裁本人的堅定。離開煤礦的第二天,他轉身出現在湖南的鐵礦。
對于這位低調的創(chuàng)始人來說,在“華為挺上礦山”這件事上,他表現出罕見的高調。和眾多的通訊技術企業(yè)一樣,他看中的是5G可能給煤礦帶來的革命性變化,及其背后的巨大機會?!爸袊?300多座煤礦、2700多座金屬礦,如果能把這8000多座礦山做好,我們就有可能給全世界的礦山提供服務。”
作為我國一次能源的主要部分,煤炭能源生產占比超過70%,每年開采量約為35億噸,85%左右來自井下開采。
“從上世紀70年代到現在,我國煤礦經歷了機械化到自動化再到目前的智能化初期的發(fā)展過程。在此過程中,信息技術的作用功不可沒?!敝袊禾靠乒ぜ瘓F常州研究院首席專家霍振龍說,信息技術在很大程度上減少了煤礦安全事故的發(fā)生,提高了煤礦工作的整體效率。
但幾百米下的礦井深處,人仍不免與危險狹路相逢。對中國礦業(yè)大學(北京)信息工程研究所所長孫繼平來說,這種“危險”非常具象。作為國務院安全生產事故調查專家組組長,從2004年開始,他去過十幾次煤礦事故現場,都是由于爆炸和火災。108、105……最少30,他清楚記得那些事故的遇難人數。
一方面,井下作業(yè)人數越多,同樣事故情況下死亡人數就越多,另一方面,人是最不安全的因素,技術、心情、責任感的波動都可能帶來違章,井下的人越多,發(fā)生事故的概率越高。
要想少死人,井下要減人。道理不難,實現起來卻是千難萬難。
要想把人撤出來,先要把人與人、人與機器、機器與機器之間連起來。這個過程涉及大量設備的接入、海量數據的傳輸、足夠低時延的遠程操控,對網絡傳輸的質量和能力提出前所未有的嚴苛要求。
傳統(tǒng)有線傳輸的方式雖然信號穩(wěn)定,但井下地形復雜,設備繁多,給布線造成很大的困難。況且設施時時移動,哪里有煤往哪走,線纜多次折疊易斷裂,數據傳輸卻禁不起中斷。
多年來,礦井下通常只有隔一兩百米一處的固定電話,人一下井就失聯,地面上天塌了也通知不到個人。孫繼平舉了個例子,電鉗工下井維修A點的事故,就算50米外的B點需要他一并解決也無法通知,只能另派一人,時間人力大量浪費。
退一萬步,即使解決了布線難、信號抗干擾能力弱等問題,傳輸的延時也是礦山“無人化”過不去的坎。
地下幾百米處,采煤機碰到巖石,采煤機司機會調節(jié)割截滾筒高度,但遠程操控場景下,因為信號傳輸延遲、地面指令無法第一時間傳來,采煤機將繼續(xù)“硬碰硬”,從而造成大型設備的磨損。
“采煤行業(yè)不可能沒有,也不可能永遠這樣。”中國礦業(yè)聯合會會長彭齊鳴說,煤炭一直都是我國能源供應的主力,采煤行業(yè)難以替代,但是必須轉型升級,用現代技術裝備替代傳統(tǒng)工作模式,用智能化實現無人值班、無人巡檢、配置減員。
用煤礦信息化老兵孫繼平的話說,對于別的行業(yè),5G技術是錦上添花,而對于采煤行業(yè)來說,5G技術是雪中送炭,只有它可以滿足智能煤礦的大帶寬、實時性和可靠性要求,把人解放出來,井下要減人直到無人,最難的問題留給了5G。
第一座5G煤礦
“我現在所在的是井下機電硐室,信號很好,設備運行一切正常。”
山西省晉中市壽陽縣。潞安化工新元公司綜采隊技術員郗書博正在井下534米的采煤面上與調度中心視頻連線。小屏里,巡檢機器人在他身邊靈活地進行著360度音視頻采集回傳。
這種如今每天可見的場景,在幾年前是不可想象的。
在陽煤集團、中國移動、華為公司的聯手努力下,2019年6月18日,陽煤集團新元煤礦成為全國第一座5G煤礦。這里部署了147個5G基站,有全世界最深的5G網絡。人在井下,可以隨時隨地打電話、通視頻。實時信號在五百米縱深的巖石間以可以忽略不計的時延穿梭。
2019年9月,新元煤礦井下5G網絡開始研發(fā)。
11月,井下打通第一個5G電話。
潞安化工新元公司黨群部部長喬鴻波說,如今井下設備出現故障后,視頻電話甚至可以直接打到遠在北京的設備商,請人“遠程診斷”,很快修好復產。同樣情況下,以前可能動輒停工幾天。
在5G網絡的加持下,井下的水泵房、中央變電所、基電硐室等固定崗位的工作,也已經逐漸被攝像頭、傳感器等替代,數據實時回傳,“藍領”礦工變“白領”,在窗明幾凈的調度中心遠程操控,肩頭卸下危險。
孫繼平說,目前井下固定崗位的減人已經沒有任何技術障礙,全國三百萬煤礦工人,如果可以全部實現固定崗位的機械化、智能化替代,約有三分之一可以告別礦井。
從有人崗到無人崗,新元煤礦的井下作業(yè)人數已經減少了三百多。
井下交錯的巷道中,掘進機、采煤機、皮帶機、液壓支架等大量機械設備兢兢業(yè)業(yè)地進行采掘、運輸、生產輔助等作業(yè),作業(yè)數據實時傳輸到調度中心,井下風吹草動,地上一看便知。
人的反應時間是200毫秒,而5G網絡下,井下畫面?zhèn)鞯降孛娴难舆t只有20毫秒。在新元煤礦,“一頭(掘進頭)一面(采煤面)一硐室(機電硐室)”的每一臺設備都可以做到“令行禁止”,地面的操作員下達指令后,井下設備聞令而動,遠程實時操控成為現實。
礦業(yè)與通信的“拉郎配”
信息化如此有為,各方投注順理成章。
今年4月,華為成立“煤炭軍團”。外界眼里,這個組織成軍神速、神秘高級。按照任正非的公開解釋,軍團模式是把基礎研究的科學家、技術專家、銷售專家等全都匯聚在一個部門。煤炭是華為第一個采用軍團模式的領域。
把最強的通信技術與古老的煤礦“捆綁”,這一設想2016年起就在孫繼平筆頭打轉。但以當時的技術條件,從Wi-Fi網絡、有線網絡到工業(yè)以太網,都無法滿足遠程監(jiān)控對帶寬、時延和可靠性的要求,想也白想。
改變出現在2018年。孫繼平隨科技部和煤炭協會組織的高新技術進企業(yè)活動來到陽煤集團,二十幾個專家坐一起,討論煤礦行業(yè)的出路。
減人是方向,也是共識。但要想把人留下的工作交給機器,實時通信是繞不過的問題。“人命關天,你不可能在地面上看井下幾分鐘以前的畫面?!睂O繼平說。
當時距離5G商用還有一年多,但高帶寬、低時延、高可靠的5G網絡,給遠程操控帶來希望。
當著新元煤礦上屬華陽集團董事長翟紅的面,孫繼平提出5G下井的建議。
5G下井,首先要解決設備防爆問題,同時還要“螺螄殼里做道場”,在保證功能的前提下盡量把基站做小。項目正式開始前,華為就組建了一個200多人的團隊,成立了研發(fā)相關技術的5G陽煤突擊隊,井下的一切設備都要滿足防爆要求,需要“量身打造”。
為此,三方共同成立了新元“5G+智能礦山”創(chuàng)新實驗室,成功研發(fā)出首款礦用5G基站,其中僅井下的PTN環(huán)網就相當于半個縣城的5G網絡容量。
隔行如隔山,用中國科學院院士、中國礦業(yè)大學(北京)教授何滿潮的話來說,煤礦智能化的第一步是“組合”,是采礦技術和信息技術的組合,也是兩個領域研究人員的“拉郎配”。
對此,新元公司5G+智能化礦井建設辦公室主任冀杰感受真切:懂5G的不熟悉煤礦運行要求,懂煤礦的不了解5G技術。結果是一輪輪觀點激烈交鋒,一次次井下徹夜攻關,欣喜失望反反復復。大家在興奮和疲憊中戰(zhàn)斗。
2020年12月7日,任正非來到這里。
在新元煤礦總調度室,他細細看了5G技術應用展示、聽了介紹,還換上工作服、戴上安全帽,花費一兩小時到達井下。幾米寬的巷道里,他手持礦燈,邊走邊看,31004綜采工作面的掘進機、9號中央配電室里的傳感器,5G看得見、摸得著。
與山西省委書記樓陽生見面時,他提出華為愿意與山西聯合建立一個“煤礦人工智能創(chuàng)新實驗室”,通過ICT技術與煤炭開采技術的結合,幫助煤炭行業(yè)進行數字化、智能化轉型,實現“安全、少人無人、高效”的生產模式,也讓煤礦工人以后工作可以“穿西裝打領帶”。
今年2月9日,意愿落地,任正非再次親赴山西。華為與晉能控股集團有限公司、山西云時代技術有限公司等聯合成立的“智能礦山創(chuàng)新實驗室”在太原揭牌。
從“樣板間”到“商品房”
成為“樣板間”后,萬千同行來到新元煤礦取經。
這里的5G應用不是櫥窗里的漂亮娃娃,而是工信部副部長劉烈宏口中實打實的“新工具箱”。
“5G能解決的問題太多了,可以準確、清晰地獲取井下安全生產數據和環(huán)境視頻,實現井上井下高清音視頻通話、各種數據快速傳輸、設備遠程智能控制等?!庇械V企負責人說,“這個時代,我們不能被落下。”
煤炭大省紛紛行動起來。
山西、河南、山東、內蒙古……截至目前,全國已建成400余個智能化采煤工作面。工信部表示,將持續(xù)推進采礦業(yè)“5G+工業(yè)互聯網”創(chuàng)新突破,加快從“樣板間”向“商品房”的復制推廣。
劉烈宏曾在采礦行業(yè)“5G+工業(yè)互聯網”現場工作會上表示,新型基礎設施的發(fā)展給了我們新的工具箱,如果說我們原來有一批工作箱的話,現在5G來了,實際上給了我們一把重磅的工具,就像關公不能沒有大刀,張飛不能沒有長矛,要趕緊把5G這個工具用起來,推進產業(yè)數字化、智能化的進程。
孫繼平談了他的預期,隨著5G應用的深入,采掘工作面無人或少人作業(yè)、煤礦井下車輛無人駕駛,大概又可以把約一半的礦工解放出來。剩余的最后約六分之一,如巷道巡檢、瓦斯監(jiān)測等輔助工,也希望可以隨著礦山智能設備的研發(fā)投用、5G技術的研發(fā)落地,逐漸從井下回到地面。
但人要往后撤,技術就得向前進?;粽颀堃灰涣信e,如開發(fā)符合煤礦本質安全要求的覆蓋設備、低功耗模組等,他建議進行適當的政策引導,針對煤礦井下的特點,鼓勵國內通信產品研究機構和廠商進一步開展對5G系統(tǒng)的研發(fā)改進,并重點對射頻功率在煤礦安全方面的影響進行聯合研究,確保在有限的安全功率范圍內實現最大的無線覆蓋范圍。
成本也是被不約而同談及的問題?!澳壳俺杀具€是偏高?!被粽颀堈f,“希望5G產品能針對煤礦的特點和需求改進設計,同時圍繞煤礦智能化建設,挖掘更多應用。相信5G在煤礦的應用會越來越普遍?!?
過去,山西的煤礦正如路遙筆下孫少平工作的“大牙灣”,作業(yè)面烏漆麻黑,喧吼聲隆隆不息,人在井下與世隔絕,重復不見天日的勞動,升井后渾身黢黑,只能看清眼睛和嘴巴,被喊作“煤黑子”。更可怕的是危險,“不要帶血的煤,不要帶血的GDP”,舉國上下呼吁多年。
如今在中國智能化程度靠前的煤礦,基本都是地上無煤塵,空中無煤粉,“采煤運煤不見煤”?!昂臀覀兒献鞯?A href="http://m.3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e5%8d%8e%e4%b8%ba&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">華為公司技術人員來自南方,他們都覺得我們礦山特別干凈?!奔浇苷f,“現在還是比較艱苦,但不能再說高危。隨著技術升級,煤礦的將來一定安全、高效、綠色、智能?!?