走進中煤陜西大海則，在黃土高原解密數(shù)智煤礦
久居在面朝黃土背朝天的“沙漠之城”，他們不敢想象有一天會獲得世界級嘉獎。2023世界移動通信大會上，大海則煤礦獲全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會（GSMA）頒發(fā)的“5G能源挑戰(zhàn)獎”（5G Energy Challenge Award），這是全球5G能源行業(yè)唯一獲獎的項目。請聽一個關(guān)于幾代“老礦井人”祈盼成真的故事。
“我堅決遵守安全法規(guī)，履行安全職責(zé)?！奔磳⑾碌V的工作人員在班前會上宣誓，是必不可少的重要儀式。陳文（化名）從事這個行業(yè)十多年了，對于這一套流程，他稔熟于心。出發(fā)前家人叮囑最多的，還是那句“平安回來”。在他來到大海則煤礦之前，他從沒想過煤礦還有這樣一種可能性。 穿戴好工作服、套鞋，安全帽，配備口罩、搜救器以及一枚定位器。陳文做這些工作時，一言不發(fā)。這是他這么多年工作養(yǎng)成的習(xí)慣，下礦前的安全準(zhǔn)備工作需要精神高度集中。搭乘一種被稱為“罐籠”的交通工具，僅需2分鐘即可抵達地下640余米的井下。井下是寬闊的甬道，停著運送煤的無人駕駛貨車。毫米波雷達、圖像傳感器、5G等尖端技術(shù)，在這座智能化礦井發(fā)揮著作用，這和人們想象中的地下煤礦不太一樣。 濕噴機器人、噴漿機器人、自動化輔助接管機器人、自充電井筒巡檢機器人以及應(yīng)急偵測機器人等多種機器人輔助作業(yè)，這是地下640米的科技世界。 “很多年前，我們的工作環(huán)境確實艱辛。整個地下巷道是黑的，只能借助手電筒看清路。溫度明顯低于地面，尤其是在冬天，冷的人哆嗦。越往深處走，機械聲和轟鳴聲越大，各種各樣的噪音。我時常告訴新人要警覺，巷道交錯，腳下的障礙物也多。有些地方全是齊膝深的黑色積水?！贝蟀胼呑舆^去，在礦井下的傳統(tǒng)作業(yè)經(jīng)歷成為他人生的一部分。而見證傳統(tǒng)煤礦的轉(zhuǎn)型與變革，成為這一代“老礦井人”的集體記憶。 煤礦作為傳統(tǒng)支柱性能源，面臨著企業(yè)轉(zhuǎn)型升級、高質(zhì)量低碳綠色發(fā)展的挑戰(zhàn)和機遇，需要全面提升企業(yè)的綜合競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力。煤礦開采通常在地下進行，環(huán)境多變并具備復(fù)雜性，對安全監(jiān)管造成了很大的難度。傳統(tǒng)的井下工業(yè)控制環(huán)網(wǎng)、視頻監(jiān)控環(huán)網(wǎng)、安全監(jiān)控環(huán)網(wǎng)三網(wǎng)偏重垂直，井下的數(shù)據(jù)不互通，業(yè)務(wù)難融合。智能化改造成為大勢所趨。 2020年2月，《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》發(fā)布，要求具備條件的生產(chǎn)煤礦加快智能化改造。2021年6月，能源局、礦山安監(jiān)局發(fā)布《煤礦智能化建設(shè)指南 (2021年版)》，表示堅持把煤礦減人、增安、提效和提高職工的幸福感與獲得感作為智能化煤礦建設(shè)的根本目標(biāo)，通過實施新一代信息技術(shù)提高煤礦智能化水平，促進煤礦安全、質(zhì)量、效率與效益的穩(wěn)步提升。 在榆林，一場智慧礦山的變革悄然而至。
大海則煤礦位于陜西省榆林市榆陽區(qū)西部，井田資源總儲量47.86億噸，設(shè)計可采儲量31.85億噸；井田地質(zhì)構(gòu)造簡單，頂?shù)装宸€(wěn)定，瓦斯含量低，開采條件優(yōu)越，煤層賦存穩(wěn)定。2020年，大海則煤礦入列國家首批智能化示范建設(shè)煤礦，是全國8家入圍新建（改擴）智能化煤礦之一，中國中煤能源集團有限公司、中國煤炭科工集團有限公司、中國移動、中國廣電、中興通訊等多方結(jié)成戰(zhàn)略合作伙伴，在這里進行了數(shù)智探索。
復(fù)雜地下環(huán)境的創(chuàng)新網(wǎng)
“摸著石頭過河，一開始我們也不知道怎么做。建網(wǎng)，肯定是第一步。但在復(fù)雜的地下640米，建一張可以實現(xiàn)遠程控制的網(wǎng)絡(luò)，并不容易。而我們后來的突破，切切實實解決了大海則煤礦數(shù)智轉(zhuǎn)型的網(wǎng)絡(luò)問題，其中包含四大亮點?！敝袊苿油ㄐ偶瘓F榆林分公司米政談到。在大海則煤礦打造了國內(nèi)首個無線基站700MHz+2.6GHz頻段融合組網(wǎng)進行全礦井覆蓋，并提供公網(wǎng)和煤礦專網(wǎng)兩種5G網(wǎng)絡(luò)接入方式，這個意義是重大的。首先，700MHz和2.6GHz混合組網(wǎng)巧妙地平衡了高頻和低頻的優(yōu)勢，成功降低時延35%，降低組網(wǎng)成本40%，并在不同場景中提供了更靈活的網(wǎng)絡(luò)選擇。2.6GHz具有較大帶寬，適用于對帶寬要求較高的場景，而700MHz雖然帶寬略低，但覆蓋距離較遠，在成本和安全性方面更具優(yōu)勢，就好比出行根據(jù)實際路程需要，選擇坐飛機或坐的士一樣。
其次，利用5G-VoNR技術(shù)，在640余米深的地下，實現(xiàn)5G語音通話。第三，大海則煤礦率先采用了云網(wǎng)融合架構(gòu)，實現(xiàn)了軟件定義網(wǎng)絡(luò)。這為煤礦提供了更加靈活的網(wǎng)絡(luò)管理和維護方式。而在過去，煤礦如果需要一些特殊的功能，需要重新建設(shè)網(wǎng)絡(luò)。
最后，大海則煤礦將核心網(wǎng)下沉至煤礦內(nèi)部，確保了煤礦網(wǎng)絡(luò)的獨立性和穩(wěn)定性。在外部網(wǎng)絡(luò)中斷的情況下，煤礦內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)仍然能夠正常運行，這對于5G在煤礦智能化安全生產(chǎn)中的重要性不言而喻。
“5G一旦接入煤礦智能化生產(chǎn)，作用不僅僅是視頻監(jiān)控、打電話。采礦、掘進都通過5G去控制，這樣的場景下，網(wǎng)絡(luò)中斷一秒鐘都不允許。一旦中斷，一方面是經(jīng)濟損失，更重要的是人員安全。所以煤礦的網(wǎng)絡(luò)要掌握在自己手中?！泵渍牡胶诵木W(wǎng)下沉對于煤炭行業(yè)的意義。
這些創(chuàng)新為煤礦行業(yè)提供了更加先進和可持續(xù)的解決方案，整個行業(yè)的效率和安全性得到提升。
智能綜采變革
5G與大海則煤礦應(yīng)用深度融合，帶來了不少于20個崗位的無人值守，降低了每噸煤的成本12元，實現(xiàn)日產(chǎn)原煤6萬噸?！皵?shù)字化轉(zhuǎn)型之后，我們煤礦的生產(chǎn)效率得到提升，而在最重要的安全性方面，無人則安。安全才是最大的效益”。中煤陜西大海則煤礦董事長兼總經(jīng)理馬冠超反復(fù)強調(diào)。煤礦所有的核心工作基本都是圍繞綜采開展的，煤礦產(chǎn)能來源于綜采。遠離綜采面，是智能綜采變革的核心邏輯。
陳文的工作圍繞著綜采這一環(huán)，“過去我們是直接面對綜采面支架的，一個班組十幾個人，開采一刀煤得近一個半小時，平時要在井下上八個小時的班。在粉塵大、噪聲大，到處都是黑暗的地底下呆8個小時，并不容易。數(shù)字化轉(zhuǎn)型之后，我們的工作環(huán)境是在井下一輛特別長的裝備車輛上，安全了很多，也遠離了煤帶來的空氣粉塵。采煤機自動開采速度可達10m/min，8到9個人一個班組，開采一刀煤只需要四五十分鐘”。煤礦數(shù)智變革的意義，他有親身的感受。 綜采數(shù)字化轉(zhuǎn)型的第二階段則是實施遠程割煤，所有礦工到地面的調(diào)度室，穿著西裝進行煤礦工作?！半m然大海則煤礦的測試表明這種方式是可行的，但由于井下環(huán)境的復(fù)雜性，仍然存在一些挑戰(zhàn)。煤的硬度和參數(shù)各不相同，可能導(dǎo)致切割不夠平整。因此，雖然煤礦工人可以在地面控制，但在井下仍需要通過視頻監(jiān)控來觀察并調(diào)整綜采面支架的位置”米政談到。
據(jù)管理平臺數(shù)據(jù)，采煤機自動化率超95%，整個綜采平面自動化率達80%，采煤平面僅需幾人操作即可。大海則煤礦在5G綜采方面已經(jīng)邁出了第一步，通過5G低延時特點，將煤機的位置信息、工作面信息實時傳輸，提高控制效率。
數(shù)智的煤礦應(yīng)用
智能掘進是大海則煤礦數(shù)智轉(zhuǎn)型的另一大典型應(yīng)用。通過“以工作面自動控制為主，集控中心遠程干預(yù)為輔”的自動化掘進模式，為井下安全、高效掘進提供了可靠的保障。提高月進尺效率20%，可達1000m/月，減少單班作業(yè)人員3人。大海則煤礦搭建了全礦井煤流智能控制系統(tǒng)，平臺涵蓋智能調(diào)速、基于AI的增強保護、設(shè)備健康管理等相關(guān)內(nèi)容的智能主運輸監(jiān)控管理平臺，解決常規(guī)煤流線能耗高、生產(chǎn)效率低、運行不穩(wěn)定、操作人員多、勞動強度大等問題。
地下640米的無人駕駛系統(tǒng)也是大海則煤礦的亮點。采用了融合5G高清視頻、毫米波雷達、激光雷達、慣性導(dǎo)航等技術(shù)的無人駕駛系統(tǒng)，確保車輛運動控制的精度小于10cm。同時構(gòu)建了井下輔助運輸車輛的智能調(diào)度和智慧化運營系統(tǒng)，實現(xiàn)了車輛的高效調(diào)度、路徑優(yōu)化、安全行駛、精準(zhǔn)?？俊＿@一切都旨在提高運輸效率、確保安全，實現(xiàn)更智能化的礦山運營。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在這座數(shù)智煤礦亦有體現(xiàn)。中興通訊相關(guān)負責(zé)人談到，大海則煤礦工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺不僅實現(xiàn)了全礦井安全生產(chǎn)、綜合調(diào)度、集中管控、經(jīng)營管理等多專業(yè)、多部門的協(xié)同應(yīng)用，還建立了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫及標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)服務(wù)體系，實現(xiàn)了煤炭多系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)資源的匯聚共享，有望提升整個煤礦業(yè)務(wù)的協(xié)同效率。
我們常常談到的“科技向善”大抵如此，讓礦工感受到安全與幸福，是一個煤礦走向數(shù)智化的題中之義。無人駕駛、遠程割煤、多種機器人輔助作業(yè)······大海則煤礦以實實在在的成果，默默地改變了礦山行業(yè)的面貌。如水面下的冰山的一角，將5G與煤礦應(yīng)用深度融合，我們看到了這個行業(yè)的更多可能性。黃土高原地底下的煤礦變革經(jīng)驗，將走向世界。
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