煤礦井下環(huán)境復雜，在綜采工作面進行有線敷設較難、維護工作量大，直接影響地面遠程操控，全5G傳輸技術更加穩(wěn)定可靠；掘進生產設備移動頻繁、電纜布設易受損，通信效果大打折扣，5G網絡的覆蓋讓傳輸有了保障；井下設備巡檢不易、流程標準化難度高，5G+AR巡檢與遠程診斷系統(tǒng)可提升效率……當前，煤礦5G應用場景越來越豐富。

由中國煤炭工業(yè)協(xié)會牽頭編制的《5G+煤礦智能化白皮書（2021版）》（以下簡稱《白皮書》）顯示，近1年來，煤礦5G融合取得明顯進展，由早期的視頻傳輸進一步拓展至遠程操控、虛擬交互，極寒天氣5G專用基站、多種礦用5G終端等設施實現部署，解決5G下井“可用”的問題。下一步，如何實現“好用”？

打通不同應用場景實現信息高效交互

5G具有高速率、低時延、大連接等特征，是煤礦智能化建設的重要支撐技術，其應用將有效推動煤炭生產、加工、利用及消費模式變革——目前，煤炭行業(yè)已形成共識。

“全國主要產煤省（區(qū)）、大型煤炭生產企業(yè)均已啟動智能化示范煤礦建設，并且由被動轉為主動推進。但煤礦智能化尚處初級階段，傳統(tǒng)無線通訊技術在帶寬、延時、并發(fā)數量等方面的限制，導致大數據、人工智能、虛擬現實等先進技術難以應用到煤炭智能開采。”中國煤炭工業(yè)協(xié)會科技發(fā)展部副主任張建明告訴記者，煤礦智能化建設是新一代信息技術與煤炭開發(fā)利用的深度融合，5G技術恰恰可以打通不同應用場景間信息高效交互的通道，助力數字化轉型。

推行一年多來，煤礦5G專網建設能力不斷提升，井下特殊環(huán)境帶來的難題正在化解。例如，井下5G隔爆基站從最初100千克減至25千克左右，便于移動和部署；考慮到采集點位多、數據種類多，多模一體化礦用5G基站可簡化建設難度、運維復雜度；5G通信系統(tǒng)與原有網絡系統(tǒng)融合，有效提升對井下人員通信、傳感信息采集等多種場景的適應性。

在此基礎上，應用范圍由先天條件好的現代化礦井走向老舊煤礦。記者了解到，始建于20世紀60年代的國家能源集團烏海能源公司老石旦煤礦，曾面臨信息化程度低、遠程控制實時性差等難題。該礦“5G+全景工作面”采用無線傳感器、無線攝像儀，高速傳輸有效解決需要高清畫質且光線復雜場所的監(jiān)控需求，實現工作面全景漫游及跟機、跟人、跟架。今年3月底試運行以來，在井下灰塵大、電磁強干擾、腐蝕性氣、液體多的復雜環(huán)境中，5G網絡連續(xù)無故障運行。

尚未形成易規(guī)?；瘡椭仆茝V的商業(yè)模式

實現“可用”是第一步，走向“好用”尚有距離。張建明坦言，井下條件受限，為解決無線發(fā)射功率受限、傳輸距離短等問題，現階段仍需依靠增加基站數量來滿足覆蓋要求，進而造成井下5G網絡建設成本偏高。

“5G技術在垂直行業(yè)的融合應用還是探索階段，用在煤礦的投資與收益尚未明朗化，沒有形成易規(guī)模復制推廣的商業(yè)模式。同時，5G網絡建設運行仍須依賴電信運營商核心網，運營商如何設計合理的商業(yè)模式，將直接影響煤炭企業(yè)的使用意愿和雙方利益。”張建明表示。

除了“錢”的因素，好不好用還需克服種種現實制約。中國煤炭建設協(xié)會副理事長兼秘書長徐亮舉例，煤礦井下空間呈現狹長且多分支特征，采掘設備布置復雜且存在強磁干擾，加上頂板、瓦斯、水、火、粉塵等多種災害，這些情況均會對5G 技術應用效果產生影響。“我國井工煤礦開采地質條件、采掘機械化程度及產能規(guī)模相差較大，對5G技術的需求程度不同。但目前，井下互聯裝備升級改造進展相對緩慢，平臺發(fā)展所需的智能感知、自動控制、工業(yè)軟件等產業(yè)基礎薄弱，針對不同應用場景和環(huán)境的5G布設方案還不夠完善。”

張建明也稱，5G技術條件下場景驅動特征明顯，從提出場景到應用落地，涉及技術研發(fā)、供應鏈改造、基礎設施、智能終端等多方考量，需要針對不同煤礦需求進行研發(fā)。“部分煤企雖已進行了大量測試，但想真正做到實用，仍需開展大量適配、調優(yōu)等工作。能夠解決煤礦智能化建設‘痛點’的5G突破性應用尚未完全實現。”

充分適應新技術帶來的生產方式變革

根據國家發(fā)改委、國家能源局等聯合印發(fā)的《能源領域 5G應用實施方案》，“智能煤礦+5G”是主要場景之一，重點開展井下巡檢和安防、無人駕駛等系統(tǒng)建設和應用，探索智能采掘及生產控制、環(huán)境監(jiān)測與安全防護、虛擬交互等試點應用。

近日印發(fā)的《貫徹落實碳達峰碳中和目標要求  推動數據中心和5G等新型基礎設施綠色高質量發(fā)展實施方案》也提出，推動煤炭等傳統(tǒng)行業(yè)加快“上云用數賦智”步伐，優(yōu)化管理流程，實現節(jié)本降耗。

張建明認為，從“可用”到“好用”的跨越，不僅需要技術變革，還離不開生產方式、管理方式、商業(yè)模式及上下游產業(yè)等方面大膽創(chuàng)新，全行業(yè)應積極探索“智能煤礦+5G”的新模式、新業(yè)態(tài)。“敢于打破原有思維和管理模式，充分適應新技術帶來的生產方式變革。在此背后，還需要持續(xù)建設煤礦5G應用技術標準體系，為新技術落地提供規(guī)范和依據。加強職工轉型培訓和能力培養(yǎng)，造就一批掌握智能采礦技術的高級礦業(yè)人才，為智能化發(fā)展提供內核動力。”

中國工程院院士王國法表示，經過第一階段探索，煤礦5G建設取得了很多寶貴經驗。5G作為一種通信工具，最重要是研究如何用來解決煤礦面臨的實際問題。對此，需進一步研究高效、高可靠性融合組網技術，及其在煤礦井下不同應用場景的可行性及前景，開展井上下5G應用場景研發(fā)與示范。研究煤炭板塊云、數據中心建設技術，構建智能化煤礦知識圖譜。為煤礦各系統(tǒng)的智能分析決策提供支撐。

《白皮書》還提出，加快提升煤礦5G網絡的可用性和確定性保障能力，建設一批煤礦5G專網或虛擬專網；加快研制高適配能力的煤礦專用5G基站和功能化定制核心網，基于5G專用模組的工業(yè)網關以及開采、掘進、運輸、巡檢、機器人等設備，豐富5G設備產品形態(tài)，構建面向差異化場景需求的礦用5G產品體系。