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5G下井,如何从“可用”走向“好用”

  煤矿井下环境复杂,在综采工作面进行有线敷设较难、维护工作量大,直接影响地面远程操控,全5G传输技术更加稳定可靠;掘进生产设备移动频繁、电缆布设易受损,通信效果大打折扣,5G网络的覆盖让传输有了保障;井下设备巡检不易、流程标准化难度高,5G+AR巡检与远程诊断系统可提升效率……当前,煤矿5G应用场景越来越丰富。

  由中国煤炭工业协会牵头编制的《5G+煤矿智能化白皮书(2021版)》(以下简称《白皮书》)显示,近1年来,煤矿5G融合取得明显进展,由早期的视频传输进一步拓展至远程操控、虚拟交互,极寒天气5G专用基站、多种矿用5G终端等设施实现部署,解决5G下井“可用”的问题。下一步,如何实现“好用”?
  打通不同应用场景实现信息高效交互
  5G具有高速率、低时延、大连接等特征,是煤矿智能化建设的重要支撑技术,其应用将有效推动煤炭生产、加工、利用及消费模式变革——目前,煤炭行业已形成共识。
  “全国主要产煤省(区)、大型煤炭生产企业均已启动智能化示范煤矿建设,并且由被动转为主动推进。但煤矿智能化尚处初级阶段,传统无线通讯技术在带宽、延时、并发数量等方面的限制,导致大数据、人工智能、虚拟现实等先进技术难以应用到煤炭智能开采。”中国煤炭工业协会科技发展部副主任张建明告诉记者,煤矿智能化建设是新一代信息技术与煤炭开发利用的深度融合,5G技术恰恰可以打通不同应用场景间信息高效交互的通道,助力数字化转型。
  推行一年多来,煤矿5G专网建设能力不断提升,井下特殊环境带来的难题正在化解。例如,井下5G隔爆基站从最初100千克减至25千克左右,便于移动和部署;考虑到采集点位多、数据种类多,多模一体化矿用5G基站可简化建设难度、运维复杂度;5G通信系统与原有网络系统融合,有效提升对井下人员通信、传感信息采集等多种场景的适应性。
  在此基础上,应用范围由先天条件好的现代化矿井走向老旧煤矿。记者了解到,始建于20世纪60年代的国家能源集团乌海能源公司老石旦煤矿,曾面临信息化程度低、远程控制实时性差等难题。该矿“5G+全景工作面”采用无线传感器、无线摄像仪,高速传输有效解决需要高清画质且光线复杂场所的监控需求,实现工作面全景漫游及跟机、跟人、跟架。今年3月底试运行以来,在井下灰尘大、电磁强干扰、腐蚀性气、液体多的复杂环境中,5G网络连续无故障运行。
  尚未形成易规模化复制推广的商业模式
  实现“可用”是第一步,走向“好用”尚有距离。张建明坦言,井下条件受限,为解决无线发射功率受限、传输距离短等问题,现阶段仍需依靠增加基站数量来满足覆盖要求,进而造成井下5G网络建设成本偏高。
  “5G技术在垂直行业的融合应用还是探索阶段,用在煤矿的投资与收益尚未明朗化,没有形成易规模复制推广的商业模式。同时,5G网络建设运行仍须依赖电信运营商核心网,运营商如何设计合理的商业模式,将直接影响煤炭企业的使用意愿和双方利益。”张建明表示。
  除了“钱”的因素,好不好用还需克服种种现实制约。中国煤炭建设协会副理事长兼秘书长徐亮举例,煤矿井下空间呈现狭长且多分支特征,采掘设备布置复杂且存在强磁干扰,加上顶板、瓦斯、水、火、粉尘等多种灾害,这些情况均会对5G 技术应用效果产生影响。“我国井工煤矿开采地质条件、采掘机械化程度及产能规模相差较大,对5G技术的需求程度不同。但目前,井下互联装备升级改造进展相对缓慢,平台发展所需的智能感知、自动控制、工业软件等产业基础薄弱,针对不同应用场景和环境的5G布设方案还不够完善。”
  张建明也称,5G技术条件下场景驱动特征明显,从提出场景到应用落地,涉及技术研发、供应链改造、基础设施、智能终端等多方考量,需要针对不同煤矿需求进行研发。“部分煤企虽已进行了大量测试,但想真正做到实用,仍需开展大量适配、调优等工作。能够解决煤矿智能化建设‘痛点’的5G突破性应用尚未完全实现。”
  充分适应新技术带来的生产方式变革
  根据国家发改委、国家能源局等联合印发的《能源领域 5G应用实施方案》,“智能煤矿+5G”是主要场景之一,重点开展井下巡检和安防、无人驾驶等系统建设和应用,探索智能采掘及生产控制、环境监测与安全防护、虚拟交互等试点应用。
  近日印发的《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求  推动数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》也提出,推动煤炭等传统行业加快“上云用数赋智”步伐,优化管理流程,实现节本降耗。
  张建明认为,从“可用”到“好用”的跨越,不仅需要技术变革,还离不开生产方式、管理方式、商业模式及上下游产业等方面大胆创新,全行业应积极探索“智能煤矿+5G”的新模式、新业态。“敢于打破原有思维和管理模式,充分适应新技术带来的生产方式变革。在此背后,还需要持续建设煤矿5G应用技术标准体系,为新技术落地提供规范和依据。加强职工转型培训和能力培养,造就一批掌握智能采矿技术的高级矿业人才,为智能化发展提供内核动力。”
  中国工程院院士王国法表示,经过第一阶段探索,煤矿5G建设取得了很多宝贵经验。5G作为一种通信工具,最重要是研究如何用来解决煤矿面临的实际问题。对此,需进一步研究高效、高可靠性融合组网技术,及其在煤矿井下不同应用场景的可行性及前景,开展井上下5G应用场景研发与示范。研究煤炭板块云、数据中心建设技术,构建智能化煤矿知识图谱。为煤矿各系统的智能分析决策提供支撑。
  《白皮书》还提出,加快提升煤矿5G网络的可用性和确定性保障能力,建设一批煤矿5G专网或虚拟专网;加快研制高适配能力的煤矿专用5G基站和功能化定制核心网,基于5G专用模组的工业网关以及开采、掘进、运输、巡检、机器人等设备,丰富5G设备产品形态,构建面向差异化场景需求的矿用5G产品体系。