煤礦智能化建設一直都是當前煤炭行業轉型的重要方向。近年來，我國煤礦智能化發展腳步不斷加快，全國已建成300多個智能化工作面。然而，不少業內人士也認為，我國的煤礦智能化建設的定位是“仍處於初級階段”。不少煤礦總工程師也直言“還不敢讓其常態化地進行遠程控制”。
煤炭行業轉型發展，渴望新技術新手段新模式，那麼在5G等新基建技術條件下怎麼轉？以怎樣的方式來轉？山西鄉寧焦煤集團臺頭煤焦有限責任公司（簡稱“臺頭煤礦”）今年在中國聯通5G技術的加持下著手打造智能礦山項目，給出了更多答案。為了深入瞭解項目進展情況以及收到的成效，記者近日採訪了相關企業負責人。
煤礦智能化轉型是大勢所趨
“煤炭行業是高度流程行業，歷來以工作地質條件複雜，環境惡劣，自然災害多為特點，安全形勢嚴峻，嚴重阻礙了煤炭行業高質量發展。”臺頭煤礦高永林在接受記者採訪時表示，原有的作業模式已不符合新時代對礦山發展的新要求，急需智能化升級。
風險高、條件差、用人難、功效低等一直都是以往煤炭行業生產難以避免的難題。高永林表示：“煤礦智能化轉型是大勢所趨。這也是新時期推動能源科技創新、培育轉型升級新動能、激發能源革命新活力、實現煤礦高質量發展的戰略任務和必由之路。”
12月4日，國家能源局、國家煤礦安全監察局發佈《關於開展首批智能化示範煤礦建設的通知》提到，審核確定內蒙古雙欣礦業有限公司楊家村煤礦等71處煤礦，作為國家首批智能化示範建設煤礦。《通知》提到，以建設少人無人智能化示範煤礦為目標。
聯通（山西）產業互聯網有限公司總經理李藝告訴記者：“5G設備下井，從根本上解決了傳統網絡技術難以滿足井下高危環境、惡劣環境、移動生產環境、生產現場環境多變、戰線長、設備及傳感器數量龐大、用人多等生產特點需要。”
智能綜採工作面是智能礦山建設核心
綜採工作面全稱綜合機械化回採工作面，是指以擁有液壓支架、大功率刮板輸送機、雙滾筒採煤機的回採工作面。綜採工作面是現代化煤礦生產的主要環節，是煤礦生產中設備最多、環境最惡劣、工作最複雜的系統。以往在沒有5G無線技術的條件下，綜採工作面只能採用有線網絡作為保證，將各個相關設備聯繫在一起，實現彼此數據通訊。
而5G下的智能綜採工作面就是要改變以往傳統作業方式，要應用物聯網、雲計算、大數據、人工智能等先進技術，使工作面採煤機、液壓支架、輸送機及電液動力設備等形成具有自主感知、自主決策和自動控制運行功能的智能系統，實現工作面落煤、支護、運煤作業工況自適應和工序協同控制的開採方式。
業內人士指出，智能綜採工作面是智能礦山建設核心。2020年2月25日，國家發改委、國家能源局等8部委聯合印發的《關於加快煤礦智能化發展的指導意見》明確提出，到2021年，基本實現掘進工作面減人提效、綜採工作面內少人或無人操作、井下和露天煤礦固定崗位的無人值守與遠程監控。
為保障臺頭煤礦智能綜採工作的有序推進，中國聯通多次與臺頭煤礦進行深入溝通交流，2020年8月27日，中國聯通與臺頭煤礦成功簽署合同，著力進行智能綜採工作面建設，打造全國首例煤礦井下5G智能綜採工作面項目標杆及示範模板。
在前期溝通調研中，中國聯通5G+智能礦山項目負責人峁秋琪發現，臺頭煤礦7201-1工作面部分設備老舊，不適合智能化改造，需新購採煤機、乳化液泵、負荷中心等核心設備，前期投入資金壓力大；綜採工作面環境複雜、設備數量多、工作空間有限，智能化改造後通信線纜容易與設備發生拉扯斷裂，嚴重影響智能化生產效率和安全等痛點問題，需要以5G無線網絡解決綜採工作面通信穩定的問題，確保智能綜採工作面改造的質量和效果。
峁秋琪介紹，為了實現5G對臺頭煤礦智能綜採工作面改造，中國聯通在工作面部署了“一個核心控制系統+九個子系統”，並針對綜採設備的控制系統進行改造。
“整個綜採工作面智能控制成套裝備可以看作是一個大型的採煤機器人，其核心控制系統——綜採工作面自動化順槽集中控制系統就是它的大腦，通過操作人員的人機交互實現指揮採煤，井下調度，一鍵啟停採煤工作，並監控採煤工作面的設備運行情況。”高永林向記者介紹道，“其九個組成子系統可以看作是採煤機器人的四肢，實現對各個綜採工作面運行設備的遠程控制，操作人員在井上、硐室等更加安全的位置操控系統，5G網絡是一條高速公路，負責高速並可靠地將指令傳送給安裝在採煤機上的控制器，控制採煤機的工作，將採煤工作的操作端拉遠綜採面，一定程度上保障工人的生命安全。”
5G+綜採工作面實現煤礦顛覆性變革
以往，煤礦環境條件非常惡劣，長期在井下的工人們常常伴隨著呼吸道職業病，採煤過程中需要工人對綜採工作面設備進行手動開關操作，人力投入比較大，危險係數也比較大。而5G+綜採工作面利用5G技術，以其大帶寬、廣連接、低時延的特點，以及擁有較高的下行速率和上行速率，能夠保證對綜採工作面綜採設備可靠高速的網絡連接，對綜採設備進行實時監測和自動控制，實現綜採工作面自動化開採，將整個綜採工作面的操作人員節減至6人，最大化實現減員提效，實現安全、高效生產。
高永林說：“今後綜採面的工作，一名順槽集控中心操作人員以外，僅需5名工人在井下對整個綜採工作中採煤機、液壓支架、運輸等設備進行巡檢，大大減少了人力投入。另外遠程智能化控制與就地手動控制能夠靈活切換，是檢修工作的一份保障。”
此外，在正常生產過程中，操作人員在順槽集控中心遠程操作，綜採設備控制器與5G技術無縫結合，綜採設備的集中控制能夠進行多設備的聯動閉鎖控制，通過液壓支架自動跟機、採煤機記憶割煤技術，結合設備姿態反饋、工作面視頻監控，實現在順槽集控中心對自動化設備和系統工作狀態的遠程控制（幹預）、遠程控制、故障警告、故障記錄及 “一鍵”啟停，能夠在一定程度上提高採煤效率，將煤礦的採煤工作方式革新為5G無線集中監測控制結合機械化的自動化採煤工作方式，為煤礦高效、安全、綠色開採提供科技和安全基礎，達到5G+綜採工作面自動化採煤的目標。
“5G+綜採工作面從臺頭煤礦實際出發，認真分析綜採工作面業務場景，選取液壓支架、採煤機工業控制作為低延時應用場景，選取重點區域攝像儀視頻圖像監控傳輸作為大帶寬的應用場景，積極採用先進、可靠、實用的技術與裝備，利用5G網絡切片功能，保持業務隔離，保障業務安全。”李藝向記者透露，該項目實現了臺頭煤礦五個方面的“優越性”：一是實用性，充分考慮系統的實用性，使系統的功能儘可能地完善並充分加以利用，易於維護；二是可靠性，針對煤炭生產對安全生產的特殊要求，設計高可靠性系統，選用高可靠設備，以確保系統可靠穩定運行；三是先進性，採用國際上先進的5G通信技術和自動控制技術，針對場景的網絡切片和控制算法融合；四是開放性，遵循有關國家標準和行業標準，公開各種通訊協議接口，系統間具有良好的互聯、互操作能力；五是整體性，系統設計時充分考慮各個系統之間的相互關聯及整合，儘可能提高系統的整體利用效率。
5G+智能綜採工作面在綜採面移動設備遠程控制等關鍵生產環節進行了創新改造，是煤礦生產工藝的顛覆性變革，使5G+工業互聯網融合應用場景的深度和廣度在煤礦這一特殊場景下有了開創性的拓展。臺頭煤礦7201-1工作面作為全國首個井下5G智能綜採工作面，標誌著中國聯通先人一步，在煤礦最具複雜性的採煤工作面開啟了智能化建設工作，將為“少人和無人礦山”建設提供重要的實踐意義，走在了5G+智能礦山這一垂直領域的前列。
編輯：柳紅
監製：夏競輝
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