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| “進礦、下井、到面”，煤礦行業(yè)“十四五”規(guī)劃的5G發(fā)展之路如何走好？ | |||
| 煤炭資訊網(wǎng) | 2021/6/18 11:26:47 頭條 | ||
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如今，綠色智能已經(jīng)成為世界煤炭工業(yè)的發(fā)展趨勢。從煤炭行業(yè)來看，我國現(xiàn)有煤礦5300多處，分布區(qū)域廣泛，開采地質(zhì)條件復(fù)雜多變，煤礦智能化是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐。 為了解決煤炭行業(yè)從粗放型轉(zhuǎn)變?yōu)榧s型，煤炭的智能化已經(jīng)搞了快十年了，其中出現(xiàn)了很多無法解決的難題，而5G技術(shù)的成熟，讓很多難題的解決方案成為可能。 5G已經(jīng)成為智能煤礦當(dāng)務(wù)之急 智能化煤礦就是要將物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、自動控制、移動互聯(lián)網(wǎng)、智能裝備等與煤炭開發(fā)技術(shù)與裝備進行深度融合，形成全面自主感知、實時高效互聯(lián)、智能分析決策、自主學(xué)習(xí)、動態(tài)預(yù)測預(yù)警、精準(zhǔn)協(xié)同控制的煤礦智能系統(tǒng)，實現(xiàn)礦井地質(zhì)保障、煤炭開采、巷道掘進、主輔運輸、通風(fēng)、排水、供電、安全保障、洗選運輸、生產(chǎn)經(jīng)營管理等全過程的安全高效智能運行。“十三五”以來，我國煤礦智能化發(fā)展很快，煤礦智能化初步形成以采掘（剝）運主要系統(tǒng)減人提效、生產(chǎn)輔助系統(tǒng)無人值守、生產(chǎn)經(jīng)營全面管控為主的智能礦能開采新模式，積極探索數(shù)字孿生、5G通信、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的融合應(yīng)用。但總體上還處于煤礦智能化發(fā)展的初級階段。 “十四五”期間乃至更長時期，碳依然是主流的能源，是社會經(jīng)濟的穩(wěn)定器和壓艙石，“十四五”煤炭科技創(chuàng)新發(fā)展的主要任務(wù)之一提出煤礦智能化與機器人發(fā)展，重點推廣智能無人綜采工作面、井下智能巡檢機器人、智能煤矸分選機器人、井下精確定位等先進適用技術(shù)。2020年3月，國家發(fā)展改革委、國家能源局等八部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，全面啟動煤炭行業(yè)新基建，進一步明確強調(diào)在礦山行業(yè)把5G、人工智能等新一代信息技術(shù)推進。5G的三大特性是大帶寬、低時延、廣連接，可以進一步助力礦山行業(yè)轉(zhuǎn)型升級。5G在峰值速率、移動性、網(wǎng)絡(luò)能力方面擁有巨大優(yōu)勢，可以有效提升智能開采、智能掘進等應(yīng)用場景控制水平，和監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸可靠性、可維護性，能夠全面推動礦山行業(yè)信息化、自動化、智能化發(fā)展。 2021年6月7日，為落實黨中央、國務(wù)院相關(guān)部署要求，積極推進能源領(lǐng)域5G應(yīng)用，國家發(fā)展改革委、國家能源局、中央網(wǎng)信辦、工業(yè)和信息化部聯(lián)合編制了《能源領(lǐng)域5G應(yīng)用實施方案》。其中，對于“智能煤礦+5G”，方案提出，要建設(shè)煤礦井上井下 5G 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)系統(tǒng)，搭建智能化煤礦融合管控平臺、企業(yè)云平臺和大數(shù)據(jù)處理中心等基礎(chǔ)設(shè)施，打造“云—邊—端”的礦山工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)。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(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用，探索智能采掘及生產(chǎn)控制、環(huán)境監(jiān)測與安全防護、虛擬交互等場景試點應(yīng)用，促進智能煤礦建設(shè)。 不難看出，5G已經(jīng)成為“十四五”規(guī)劃中的智能煤礦當(dāng)務(wù)之急。 煤礦井下情況復(fù)雜，如何實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)？ 在具體落實中，面對煤礦井下高煤塵、隧洞長、設(shè)備多、多徑干擾大等困難條件，如何實現(xiàn)5G無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋？讓我們來聽聽來自生產(chǎn)一線的聲音。 日前，在“煤礦智能化升級與技術(shù)裝備研發(fā)新進展論壇”上，晉能控股集團塔山礦副總工張興發(fā)言表示，這里的關(guān)鍵就在于“進礦、下井和到面”三個環(huán)節(jié)。 首先，5G“進礦”有力支撐采礦行業(yè)的安全生產(chǎn)、提質(zhì)增效、轉(zhuǎn)型升級，助力智慧礦山建設(shè)。 塔山礦是晉能控股集團千萬噸智能化礦山建設(shè)試點單位。截至目前，塔山礦已完成4個智能化綜放工作面的建設(shè)，礦井智能化工作面占比達到100%，智能化工作面日均出煤量達4.5萬噸，實現(xiàn)了效率、效益的雙提升。入選國家能源局、國家煤礦安全監(jiān)察局首批智能化示范煤礦。2020年聯(lián)合中國聯(lián)通開始5G建設(shè)，礦井總計安裝5G基站128臺，已實現(xiàn)井上下5G信號全覆蓋。目前，在塔山煤礦，5G防爆手機通話、5G高速網(wǎng)絡(luò)的高清工業(yè)視頻、智能視頻分析平臺、巡檢機器人、NB無線傳感器等“5G+”應(yīng)用均已實現(xiàn)。 其次，5G“下井”是指利用提升井下環(huán)境實時監(jiān)測分析能力，實現(xiàn)“掌上巡檢”，支撐“礦井透明化”。 近年來，塔山礦以“數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化”三化牽引為驅(qū)動，全力抓好智能開采、智能運輸、智能監(jiān)測、智能網(wǎng)絡(luò)等一系列智能裝備和技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用工作，助力智能化煤礦提質(zhì)增效。 目前，塔山煤礦構(gòu)建5G+萬兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)有線無線雙網(wǎng)融合的網(wǎng)絡(luò)大平臺，5G技術(shù)高效支撐井下綜采設(shè)備的遠程操控，實現(xiàn)“機進人退”。掘進機、挖煤機、液壓支架等設(shè)備通過5G技術(shù)具備了實時遠程操控功能，可以使實現(xiàn)對爆破、采掘、傳輸全過程的高清監(jiān)測與控制。實現(xiàn)了礦井設(shè)備遠程協(xié)同運行維護，“5G+智慧煤礦”初具雛形。下一步塔山煤礦還將在人工智能、工業(yè)機器人、智慧能耗管理、基于無人駕駛的井下智慧交通等方面，深入開展5G+研究。 第三，5G“到面”是指5G支撐控制臺遠離采掘面，“機進人退”，助力工作面少人化無人化。 綜采工作面是現(xiàn)代化煤礦生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)，是煤礦生產(chǎn)中環(huán)境最惡劣、工作最復(fù)雜的系統(tǒng)。以往采用有線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)彼此數(shù)據(jù)通訊的作業(yè)模式已不符合新時代對礦山發(fā)展的新要求。出于對傳統(tǒng)采礦業(yè)惡劣工作環(huán)境的顧慮，現(xiàn)在很多年輕人寧可送外賣，也不愿意到井下采礦，采礦業(yè)很難招到40歲以下的員工，招工難問題日益凸顯，單純依靠廉價勞動力從事采礦行業(yè)的用工模式已經(jīng)越來越難以適應(yīng)高質(zhì)量發(fā)展要求。 積極引進和研發(fā)采煤新技術(shù)、新工藝、新裝備，切實提高單產(chǎn)單進水平成為擺在臺頭煤礦面前的一項重要任務(wù)。5G在塔山煤礦井下應(yīng)用以后，采掘控制面至少后退200米，使得井下工人遠離井下高溫、高濕、高粉塵等惡劣的工作環(huán)境，極大降低了井下工作強度，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。 通過5G“進礦——下井——到面”，采礦行業(yè)加快生產(chǎn)和管理的智慧化，改變了工人在井下的生產(chǎn)方式，降低了采礦作業(yè)的安全風(fēng)險，提升了礦山生產(chǎn)作業(yè)效率，為智慧礦山建設(shè)探索了新路徑。 未來煤礦開采體系離不開5G 煤炭是我國戰(zhàn)略支柱能源。在我國一次能源結(jié)構(gòu)中，2019年煤炭占比57.7%，2030年預(yù)計占比50.0%。傳統(tǒng)的煤炭開采模式在帶來財富的同時，也產(chǎn)生了沉重的代價。 中國科學(xué)院院士何滿潮介紹道，傳統(tǒng)的煤炭開采方式為“121工法”（即開采1個工作面，需要提前掘進2條巷道，留設(shè)1個煤柱），該方法由英國人于1706年提出，距今已有300多年。但是，“121工法”的弊端廣受詬病。 首先，“121工法”易造成資源損失，采區(qū)回采率為75%~85%，礦井采出率不到50%，煤柱損失約38.5億噸，價值約2萬億元；其次，“121工法”巷道掘進量大，致使成本居高不下。據(jù)統(tǒng)計，萬噸掘進率平均34米，以目前生產(chǎn)規(guī)模來看，年煤巷掘進約13000千米，掘進及相關(guān)成本超過千億元。此外，“121工法”還造成了生態(tài)破壞，據(jù)統(tǒng)計，全國生態(tài)破壞面積達2200萬畝，每年生態(tài)破壞增量以105萬畝遞增。 不僅如此，“獨頭掘進，局部通風(fēng)，空頂作業(yè)”導(dǎo)致絕大多數(shù)安全事故發(fā)生在回采巷道。據(jù)統(tǒng)計，91.5%的安全事故都發(fā)生在巷道。 2009年，何滿潮建立了“切頂短臂梁”理論模型，根據(jù)“切頂短臂梁”理論及其關(guān)鍵技術(shù)，何滿潮提出了切頂卸壓無煤柱自成巷110工法（即開采1個工作面，需要提前掘進1條巷道，留設(shè)0個煤柱）。2016年，在110工法的基礎(chǔ)上，何滿潮進一步提出了無煤柱自成巷N00工法（即開采N個工作面，0巷道掘進，0煤柱留設(shè)），并在智能化N00工法發(fā)展規(guī)劃中提出1G N00工法~5G N00礦井的智能化5G N00礦井構(gòu)想：2020年，實現(xiàn)3G N00礦井，將無煤柱自成巷采留一體化開采工藝應(yīng)用到礦井設(shè)計，建立利用采煤留出運輸系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)新理念，并且簡化井底車場、井下變電所、井下水泵房設(shè)計，從而大幅簡化礦井建設(shè)，降低礦井前期工程量；同時取消大巷掘進和煤柱留設(shè)，實現(xiàn)基本取消巷道掘進，煤炭采出率提高到80%以上；2021-2022年，實現(xiàn)4G N00礦井，4G N00礦井將采用智能化平臺實現(xiàn)礦井智能化控制，礦井智能化控制實現(xiàn)以后，煤炭正常生產(chǎn)期間不再需要人員下井工作，4G N00智能化礦井可結(jié)束長壁開采必須通風(fēng)的歷史，把瓦斯災(zāi)害轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粴赓Y源；2023-2025年，實現(xiàn)5G N00礦井，5G N00礦井將融合5G通訊技術(shù)，創(chuàng)建遠程無人化智慧采礦模式。 同樣在此次論壇上，華為煤礦軍團煤礦解決方案總裁蔣旺成介紹，基于對煤礦智能化建設(shè)的思考和理解，華為提出了“一網(wǎng)一云一平臺”總體架構(gòu)的智能煤礦解決方案，助力實現(xiàn)煤礦行業(yè)“安全、少人無人、高效”。 “一張網(wǎng)”包括5G接入網(wǎng)、F5G承載工業(yè)環(huán)網(wǎng)、Wifi6接入網(wǎng)3種網(wǎng)絡(luò)接入方式；“一朵云”則是統(tǒng)籌規(guī)劃一體化的云平臺，涵蓋集團、礦山以及遠端容災(zāi)中心，通過云端協(xié)同、AI能力提升智能化能力；“一平臺”則通過數(shù)據(jù)治理、AI推理、標(biāo)準(zhǔn)化API、大數(shù)據(jù)應(yīng)用等系列化工具，打通數(shù)據(jù)孤島，打造標(biāo)準(zhǔn)化、集成化的統(tǒng)一數(shù)字平臺，實現(xiàn)煤礦應(yīng)用使能、數(shù)據(jù)共享。 事實上，華為近年來已相繼深耕智能煤礦解決方案。2019年，華為與國內(nèi)多家煤炭行業(yè)合作伙伴進行了智能化轉(zhuǎn)型探索，研發(fā)了防潮、防塵、防爆、小型化且上下行帶寬配比為3∶1的無線基站，井下設(shè)備運行控制精度可從99.9％提高到99.99％。今年2月9日，華為又與山西省政府及多家煤炭生產(chǎn)科研單位聯(lián)合成立了“智能礦山創(chuàng)新實驗室”，目標(biāo)是讓智能化采煤工作面人數(shù)減少60％，實現(xiàn)井下“三無一減”，也就是無安全事故、無人值班、無人巡檢、配置減員。
最后，煤礦智能化不是某幾項先進技術(shù)的簡單組合應(yīng)用，也不是各個分系統(tǒng)智能化的拼湊，而是新一代信息技術(shù)和煤炭開發(fā)利用的有機融合，5G技術(shù)的深度融入將極大加快煤礦智能化的進程。包括華為在內(nèi)的一大批先行者加大力度，投身于煤礦行業(yè)基礎(chǔ)研究、產(chǎn)品定制研究、標(biāo)準(zhǔn)化推廣以及產(chǎn)品市場交付等，對于我們走好煤礦行業(yè)“十四五”規(guī)劃的5G發(fā)展之路具有深遠意義。
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