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    • 智能采礦向“無人化、少人化”轉(zhuǎn)型
    • 5G大帶寬為遠(yuǎn)程管理奠定基礎(chǔ)
    • 5G低時(shí)延助力礦井設(shè)備遠(yuǎn)程操控
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5G撐起礦工安全“保護(hù)傘”,千年古老行業(yè)煥發(fā)智慧新生機(jī)【5G&AIoT應(yīng)用案例】

2021/05/20
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歷經(jīng)2年的發(fā)展,5G逐漸從青澀走向成熟,助推智聯(lián)網(wǎng)AIoT時(shí)代的加速到來。在產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),我們對重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)進(jìn)行深度訪談,撰寫一系列5G & AIoT應(yīng)用案例,制作行業(yè)經(jīng)典案例集,這是其中的第六篇——《5G & AIoT應(yīng)用案例集之智能采礦篇》。

作為人類世界使用的主要能源之一,煤炭素來被譽(yù)為“黑色的金子”、“工業(yè)的食糧”。我國是煤炭消費(fèi)大國,也是世界上最早發(fā)現(xiàn)和利用煤炭的國家之一,對于煤炭開采已有幾千年的歷史。

傳統(tǒng)的煤炭生產(chǎn)方式存在礦難事件頻發(fā)、人工成本居高不下、礦工作業(yè)艱苦危險(xiǎn)、開采效率難以提升等問題。隨著信息技術(shù)的發(fā)展,煤礦開采已經(jīng)從最初簡單的人工挖礦發(fā)展為機(jī)械化采礦,并進(jìn)一步向數(shù)字化、智能化發(fā)展。

煤礦井下場景

2020年3月,國家發(fā)改委等8部委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》,提出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。順應(yīng)大勢,各大礦業(yè)集團(tuán)近年來也正積極推動(dòng)智能礦山建設(shè),實(shí)現(xiàn)煤礦井下“少人化、無人化”的作業(yè)流程。而以5G 為代表的新一代通信技術(shù),則從根本上解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)難以滿足井下環(huán)境惡劣、移動(dòng)生產(chǎn)、設(shè)備及傳感器數(shù)量龐大等生產(chǎn)特點(diǎn)的問題。

智能采礦向“無人化、少人化”轉(zhuǎn)型

某種意義上,煤礦井下就像一個(gè)微型的地下城市,里面的巷道錯(cuò)綜復(fù)雜,包括掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)、皮帶機(jī)、液壓支架在內(nèi)的大量機(jī)械設(shè)備不知疲倦地執(zhí)行著采掘、運(yùn)輸、洗選、提升以及生產(chǎn)輔助等日常作業(yè),其中的很多設(shè)備都需要人工來進(jìn)行操控。

人工井下作業(yè)存在的問題顯而易見。一方面,對操作員們而言,煤礦采掘工作面環(huán)境復(fù)雜,危險(xiǎn)因素多,地質(zhì)條件相對比較惡劣,水、瓦斯、粉塵等自然災(zāi)害的潛在威脅普遍存在,而且日常勞動(dòng)強(qiáng)度極大,操作不當(dāng)時(shí)還易發(fā)生危險(xiǎn)事故。根據(jù)中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù),2020年我國煤礦發(fā)生死亡事故122起、死亡225人,雖然相比往年人員傷亡數(shù)量持續(xù)降低,但畢竟生命無價(jià),安全問題始終都是煤礦生產(chǎn)的頭等大事。另一方面,對礦業(yè)企業(yè)來說,隨著人口紅利的消失以及人們對井下作業(yè)危險(xiǎn)性的擔(dān)憂,越來越多的人不愿意從事井下工作,煤礦招工難、用工難的問題日益凸顯。

在此背景下,采掘工作面的“少人化、無人化”一直是礦山智能化轉(zhuǎn)型的一個(gè)重要方向。國家發(fā)改委、能源局聯(lián)合發(fā)布的《國家能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃 (2016–2030 年 )》中就明確指出,要在2020 年基本實(shí)現(xiàn)智能開采,重點(diǎn)煤礦區(qū)采煤工作面人數(shù)減少 50% 以上,2030 年實(shí)現(xiàn)煤炭安全開采,重點(diǎn)煤礦區(qū)基本實(shí)現(xiàn)工作面無人化。

通過在作業(yè)現(xiàn)場部署多個(gè)高清攝像頭,將現(xiàn)場環(huán)境信息完整地傳送到管理中心,再結(jié)合采礦設(shè)備本身的各種傳感器信息上報(bào),工作人員就可以在管理中心遠(yuǎn)程操控各類設(shè)備,從而達(dá)到作業(yè)現(xiàn)場“少人化、無人化”的目標(biāo)。這個(gè)過程涉及大量設(shè)備的接入、海量數(shù)據(jù)的傳輸以及低時(shí)延的控制操作,都對網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)馁|(zhì)量和能力提出了前所未有的要求。

傳統(tǒng)有線傳輸?shù)姆绞诫m然信號(hào)穩(wěn)定,但井下地形復(fù)雜,設(shè)備繁多,給布線造成了很大的困難。更重要的是,由于液壓支架、采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)經(jīng)常需要移動(dòng),信號(hào)傳輸線纜經(jīng)過多次折疊后較易發(fā)生斷裂,很可能造成數(shù)據(jù)傳輸中斷,從而影響采礦作業(yè)。WiFi無線網(wǎng)絡(luò)縱使能夠解決布線難題,但卻存在信號(hào)抗干擾能力弱、覆蓋面積有限、穿透力弱、以及跨AP區(qū)域數(shù)據(jù)傳輸時(shí)有明顯延遲等劣勢。同樣,4G也不能有效支持低時(shí)延要求的各種控制信號(hào)的傳輸。

如今,憑借易部署、廣連接、大帶寬、超低時(shí)延等優(yōu)勢,5G能夠滿足煤礦井下通信網(wǎng)絡(luò)對安全與性能的要求,為煤礦行業(yè)的智能化提供了加速度。

5G大帶寬為遠(yuǎn)程管理奠定基礎(chǔ)

煤礦井下的日常作業(yè)過程會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù):包括空氣溫度、空氣濕度、巷道壓力等環(huán)境數(shù)據(jù),采煤工作面、掘進(jìn)工作面、運(yùn)輸轉(zhuǎn)載點(diǎn)等視頻數(shù)據(jù),井下重要崗位工作人員的通信對講數(shù)據(jù),以及液壓支架和泵站遠(yuǎn)程集中控制等控制類數(shù)據(jù)。5G的大帶寬特性,為這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程管理奠定了基礎(chǔ)。

例如,內(nèi)蒙古某企業(yè)想要在總部實(shí)現(xiàn)對其所屬的全部煤礦點(diǎn)的異地遠(yuǎn)程管理,并對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)系統(tǒng)及平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一綜合管理,實(shí)現(xiàn)煤礦大數(shù)據(jù)可視化及快速推送上屏顯示?;诳蛻粜枨?,廈門四信通信科技有限公司(以下簡稱“四信通信”)為其量身定制了“5G智慧礦井系統(tǒng)監(jiān)測方案”,基于該方案打造的煤礦調(diào)度中心,可滿足該企業(yè)日常指揮中心各項(xiàng)數(shù)據(jù)展示、管理和控制的需求,便于日常管理調(diào)度、各級領(lǐng)導(dǎo)參觀視察及綜合匯報(bào)等工作開展。

5G+智慧礦山實(shí)時(shí)管理應(yīng)用

5G智慧礦井系統(tǒng)監(jiān)測方案的核心是四信通信5G工業(yè)CPE F-NR200,該款5G工業(yè)CPE內(nèi)置基于高通驍龍X55平臺(tái)的廣和通5G模組 FM150,支持NSA和SA網(wǎng)絡(luò),兼容各大運(yùn)營商,支持5G/4G、有線(光纖和WAN)智能切換。得益于高通5G芯片過硬的性能,礦井下的5G網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)安全、獨(dú)立、穩(wěn)定的運(yùn)行,保證無線通信及數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、穩(wěn)定性。

四信通信5G工業(yè)CPEF-NR200

無獨(dú)有偶,在山西、陜西的多座礦山,宇祺(山東)智能裝備有限公司(以下簡稱“宇祺智能”)也用其完整的“5G礦用無線通信系統(tǒng)”,助力客戶實(shí)現(xiàn)了井下作業(yè)情況的實(shí)時(shí)管理和控制。

礦用隔爆兼本安型5G CPE

宇祺智能的該套系統(tǒng)分別采用了搭載芯訊通5G模組SIM8200EA-M2和高新興5G模組GM800的5G CPE,都內(nèi)置高通驍龍X55芯片,使得煤礦井下眾多的設(shè)備——如煤礦智能巡檢機(jī)器人、煤礦機(jī)器人、自動(dòng)駕駛、綜采設(shè)備等煤礦裝備系統(tǒng)能獲得高速的5G網(wǎng)絡(luò)連接,實(shí)現(xiàn)了井下語音、視頻、數(shù)據(jù)一網(wǎng)承載,各種智能化操作系統(tǒng)信息的一網(wǎng)傳輸。井下作業(yè)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息可以實(shí)時(shí)傳回至地面總調(diào)度室,調(diào)度人員通過大屏幕便可以實(shí)時(shí)觀看深井下的采掘、運(yùn)輸、檢修等情況,實(shí)現(xiàn)井上井下實(shí)時(shí)通話,有效提高安全性和生產(chǎn)效率。

宇祺智能礦用5G隔爆兼本安型基站

宇祺智能總經(jīng)理張建對高通的解決方案給予了高度評價(jià):“煤礦行業(yè)屬于工業(yè)防爆環(huán)境,系統(tǒng)建設(shè)難度大、穩(wěn)定性要求高、生命周期長及兼容性強(qiáng),所以我們在開發(fā)智能化系統(tǒng)解決方案時(shí),一個(gè)重要考量便是方案的穩(wěn)定性和長期性。高通的5G技術(shù)具有長期的規(guī)劃和完善的生態(tài),讓我們的解決方案沒有后顧之憂。”

5G低時(shí)延助力礦井設(shè)備遠(yuǎn)程操控

在遠(yuǎn)程管理的基礎(chǔ)上,5G的大帶寬、低時(shí)延特性還讓掘進(jìn)機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)等設(shè)備的遠(yuǎn)程操控成為可能。

遠(yuǎn)程操控的精髓在于“令行禁止”,即身處操作室的操作員下達(dá)指令后,井下的設(shè)備可以立即同步做出反應(yīng)。為了讓操作員可以擁有一副“千里眼”,方案上往往會(huì)在設(shè)備上布置高清攝像頭,模擬駕駛員駕駛視角,同時(shí)在四周的環(huán)境中布置廣角攝像頭,拼接360°全景影像,然后將這些視頻影像通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至控制室。

試想一下,如果操作員看到的畫面和設(shè)備的實(shí)際動(dòng)作之間存在很高的延遲,就會(huì)影響開采效率,甚至造成設(shè)備的損耗。例如,掘進(jìn)機(jī)在挖掘的過程中可能會(huì)碰到硬度極高的巖石。過去,身處現(xiàn)場的操作員看到這類巖石的時(shí)候就會(huì)立即按下暫停鍵,避免機(jī)器去“硬碰硬”。而在遠(yuǎn)程操作的場景下,如果采用4G網(wǎng)絡(luò),因?yàn)闀r(shí)延較高,等操作員從視頻畫面里察覺到異常再操作時(shí)已經(jīng)來不及了,從而有可能導(dǎo)致大型設(shè)備的損耗。同理,無極繩絞車等設(shè)備的操作時(shí)延都要求控制在30ms以內(nèi),而5G端到端的時(shí)延理論上可達(dá)1ms,能夠完美滿足遠(yuǎn)程控制場景下的通信需求,為礦井無人化綜采的發(fā)展提供技術(shù)支撐。

在5G技術(shù)的賦能之下,四信通信和宇祺智能已經(jīng)在全國多地的礦井項(xiàng)目中落地了智能化的解決方案,幫助客戶保障礦工人員安全,提升開采作業(yè)效率。

與此同時(shí),四信通信也在積極向全球市場推廣自己的5G CPE產(chǎn)品。廈門四信通信科技有限公司市場總監(jiān)張志坤表示:“高通的5G技術(shù)具備業(yè)界領(lǐng)先的高能效和高性能,芯片研發(fā)市場成熟,產(chǎn)業(yè)鏈完善,規(guī)?;慨a(chǎn)能夠幫助我們的產(chǎn)品贏得市場先機(jī)。更為重要的是,高通全球化的5G解決方案能夠滿足5G終端在世界各個(gè)地區(qū)和國家的設(shè)計(jì)需求,這對我們開拓海外市場具有重要的戰(zhàn)略意義。”

結(jié)語

總而言之,5G是推動(dòng)煤礦新一輪智能化發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。未來,在5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)一步成熟的基礎(chǔ)下,礦井作業(yè)將實(shí)現(xiàn)開采面無人作業(yè)、掘進(jìn)面無人作業(yè)、危險(xiǎn)場所無人作業(yè)、大型設(shè)備無人作業(yè),直到整座礦山無人作業(yè),形成真正智慧化的無人礦山。

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