深瞳工作室出品
科技日報(bào)記者 崔爽 策劃 劉莉
對于別的行業(yè)，5G技術(shù)是錦上添花，而對于采煤行業(yè)來說，5G技術(shù)是雪中送炭，只有它可以滿足智能煤礦的大帶寬、實(shí)時(shí)性和可靠性要求，把人解放出來，井下要減人直到無人，最難的問題留給了5G。
隨著纜車?yán)K索的摩擦聲從地面慢慢下降到礦井下100米、200米、300米……狹窄、閉塞、陰暗、潮濕……未知的黑暗逐漸讓人心生恐懼。走下纜車，距離開采工作面還有一段距離。頭頂?shù)牡V燈照在前一個(gè)礦工的背上，衣服上的反光條發(fā)出冷冷的刺眼白光。
采煤業(yè)已有超過千年的歷史。地上物換星移，可礦井下依然要面對極端艱苦、危險(xiǎn)的工作環(huán)境。據(jù)相關(guān)部門公布的數(shù)據(jù)，2011年—2020年10年間，全國煤礦事故死亡人數(shù)達(dá)7733人。
隨著科技的進(jìn)步，最初簡單的人工挖礦已發(fā)展為機(jī)械化采礦。但數(shù)百米深的井下猶如微小的“地下城”，巷道交錯(cuò)、環(huán)境復(fù)雜，儀器設(shè)備既不能就地自動(dòng)化，也無法遠(yuǎn)程控制，只能仰仗礦工現(xiàn)場操作。煤礦能不能實(shí)現(xiàn)智能化，走向少人化、無人化？5G正給這一切的改變帶來希望。
視覺中國供圖
“最難的問題留給5G”
任正非去山西挖煤。
去年底這個(gè)熱搜讓部分人驚訝，部分人莞爾，但不影響總裁本人的堅(jiān)定。離開煤礦的第二天，他轉(zhuǎn)身出現(xiàn)在湖南的鐵礦。
對于這位低調(diào)的創(chuàng)始人來說，在“華為挺上礦山”這件事上，他表現(xiàn)出罕見的高調(diào)。和眾多的通訊技術(shù)企業(yè)一樣，他看中的是5G可能給煤礦帶來的革命性變化，及其背后的巨大機(jī)會(huì)?！爸袊?300多座煤礦、2700多座金屬礦，如果能把這8000多座礦山做好，我們就有可能給全世界的礦山提供服務(wù)?！?/p>
作為我國一次能源的主要部分，煤炭能源生產(chǎn)占比超過70%，每年開采量約為35億噸，85%左右來自井下開采。
“從上世紀(jì)70年代到現(xiàn)在，我國煤礦經(jīng)歷了機(jī)械化到自動(dòng)化再到目前的智能化初期的發(fā)展過程。在此過程中，信息技術(shù)的作用功不可沒。”中國煤炭科工集團(tuán)常州研究院首席專家霍振龍說，信息技術(shù)在很大程度上減少了煤礦安全事故的發(fā)生，提高了煤礦工作的整體效率。
但幾百米下的礦井深處，人仍不免與危險(xiǎn)狹路相逢。對中國礦業(yè)大學(xué)（北京）信息工程研究所所長孫繼平來說，這種“危險(xiǎn)”非常具象。作為國務(wù)院安全生產(chǎn)事故調(diào)查專家組組長，從2004年開始，他去過十幾次煤礦事故現(xiàn)場，都是由于爆炸和火災(zāi)。108、105……最少30，他清楚記得那些事故的遇難人數(shù)。
一方面，井下作業(yè)人數(shù)越多，同樣事故情況下死亡人數(shù)就越多，另一方面，人是最不安全的因素，技術(shù)、心情、責(zé)任感的波動(dòng)都可能帶來違章，井下的人越多，發(fā)生事故的概率越高。
要想少死人，井下要減人。道理不難，實(shí)現(xiàn)起來卻是千難萬難。
要想把人撤出來，先要把人與人、人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器之間連起來。這個(gè)過程涉及大量設(shè)備的接入、海量數(shù)據(jù)的傳輸、足夠低時(shí)延的遠(yuǎn)程操控，對網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)馁|(zhì)量和能力提出前所未有的嚴(yán)苛要求。
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，給布線造成很大的困難。況且設(shè)施時(shí)時(shí)移動(dòng)，哪里有煤往哪走，線纜多次折疊易斷裂，數(shù)據(jù)傳輸卻禁不起中斷。
多年來，礦井下通常只有隔一兩百米一處的固定電話，人一下井就失聯(lián)，地面上天塌了也通知不到個(gè)人。孫繼平舉了個(gè)例子，電鉗工下井維修A點(diǎn)的事故，就算50米外的B點(diǎn)需要他一并解決也無法通知，只能另派一人，時(shí)間人力大量浪費(fèi)。
退一萬步，即使解決了布線難、信號(hào)抗干擾能力弱等問題，傳輸?shù)难訒r(shí)也是礦山“無人化”過不去的坎。
地下幾百米處，采煤機(jī)碰到巖石，采煤機(jī)司機(jī)會(huì)調(diào)節(jié)割截滾筒高度，但遠(yuǎn)程操控場景下，因?yàn)樾盘?hào)傳輸延遲、地面指令無法第一時(shí)間傳來，采煤機(jī)將繼續(xù)“硬碰硬”，從而造成大型設(shè)備的磨損。
“采煤行業(yè)不可能沒有，也不可能永遠(yuǎn)這樣。”中國礦業(yè)聯(lián)合會(huì)會(huì)長彭齊鳴說，煤炭一直都是我國能源供應(yīng)的主力，采煤行業(yè)難以替代，但是必須轉(zhuǎn)型升級(jí)，用現(xiàn)代技術(shù)裝備替代傳統(tǒng)工作模式，用智能化實(shí)現(xiàn)無人值班、無人巡檢、配置減員。
用煤礦信息化老兵孫繼平的話說，對于別的行業(yè)，5G技術(shù)是錦上添花，而對于采煤行業(yè)來說，5G技術(shù)是雪中送炭，只有它可以滿足智能煤礦的大帶寬、實(shí)時(shí)性和可靠性要求，把人解放出來，井下要減人直到無人，最難的問題留給了5G。
視覺中國供圖
第一座5G煤礦
“我現(xiàn)在所在的是井下機(jī)電硐室，信號(hào)很好，設(shè)備運(yùn)行一切正常?！?/p>
山西省晉中市壽陽縣。潞安化工新元公司綜采隊(duì)技術(shù)員郗書博正在井下534米的采煤面上與調(diào)度中心視頻連線。小屏里，巡檢機(jī)器人在他身邊靈活地進(jìn)行著360度音視頻采集回傳。
這種如今每天可見的場景，在幾年前是不可想象的。
在陽煤集團(tuán)、中國移動(dòng)、華為公司的聯(lián)手努力下，2019年6月18日，陽煤集團(tuán)新元煤礦成為全國第一座5G煤礦。這里部署了147個(gè)5G基站，有全世界最深的5G網(wǎng)絡(luò)。人在井下，可以隨時(shí)隨地打電話、通視頻。實(shí)時(shí)信號(hào)在五百米縱深的巖石間以可以忽略不計(jì)的時(shí)延穿梭。
2019年9月，新元煤礦井下5G網(wǎng)絡(luò)開始研發(fā)。
11月，井下打通第一個(gè)5G電話。
潞安化工新元公司黨群部部長喬鴻波說，如今井下設(shè)備出現(xiàn)故障后，視頻電話甚至可以直接打到遠(yuǎn)在北京的設(shè)備商，請人“遠(yuǎn)程診斷”，很快修好復(fù)產(chǎn)。同樣情況下，以前可能動(dòng)輒停工幾天。
在5G網(wǎng)絡(luò)的加持下，井下的水泵房、中央變電所、基電硐室等固定崗位的工作，也已經(jīng)逐漸被攝像頭、傳感器等替代，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳，“藍(lán)領(lǐng)”礦工變“白領(lǐng)”，在窗明幾凈的調(diào)度中心遠(yuǎn)程操控，肩頭卸下危險(xiǎn)。
孫繼平說，目前井下固定崗位的減人已經(jīng)沒有任何技術(shù)障礙，全國三百萬煤礦工人，如果可以全部實(shí)現(xiàn)固定崗位的機(jī)械化、智能化替代，約有三分之一可以告別礦井。
從有人崗到無人崗，新元煤礦的井下作業(yè)人數(shù)已經(jīng)減少了三百多。
井下交錯(cuò)的巷道中，掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)、皮帶機(jī)、液壓支架等大量機(jī)械設(shè)備兢兢業(yè)業(yè)地進(jìn)行采掘、運(yùn)輸、生產(chǎn)輔助等作業(yè)，作業(yè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)秸{(diào)度中心，井下風(fēng)吹草動(dòng)，地上一看便知。
人的反應(yīng)時(shí)間是200毫秒，而5G網(wǎng)絡(luò)下，井下畫面?zhèn)鞯降孛娴难舆t只有20毫秒。在新元煤礦，“一頭（掘進(jìn)頭）一面（采煤面）一硐室（機(jī)電硐室）”的每一臺(tái)設(shè)備都可以做到“令行禁止”，地面的操作員下達(dá)指令后，井下設(shè)備聞令而動(dòng)，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)操控成為現(xiàn)實(shí)。
礦業(yè)與通信的“拉郎配”
信息化如此有為，各方投注順理成章。
今年4月，華為成立“煤炭軍團(tuán)”。外界眼里，這個(gè)組織成軍神速、神秘高級(jí)。按照任正非的公開解釋，軍團(tuán)模式是把基礎(chǔ)研究的科學(xué)家、技術(shù)專家、銷售專家等全都匯聚在一個(gè)部門。煤炭是華為第一個(gè)采用軍團(tuán)模式的領(lǐng)域。
把最強(qiáng)的通信技術(shù)與古老的煤礦“捆綁”，這一設(shè)想2016年起就在孫繼平筆頭打轉(zhuǎn)。但以當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，從Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)到工業(yè)以太網(wǎng)，都無法滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控對帶寬、時(shí)延和可靠性的要求，想也白想。
改變出現(xiàn)在2018年。孫繼平隨科技部和煤炭協(xié)會(huì)組織的高新技術(shù)進(jìn)企業(yè)活動(dòng)來到陽煤集團(tuán)，二十幾個(gè)專家坐一起，討論煤礦行業(yè)的出路。
減人是方向，也是共識(shí)。但要想把人留下的工作交給機(jī)器，實(shí)時(shí)通信是繞不過的問題。“人命關(guān)天，你不可能在地面上看井下幾分鐘以前的畫面?！睂O繼平說。
當(dāng)時(shí)距離5G商用還有一年多，但高帶寬、低時(shí)延、高可靠的5G網(wǎng)絡(luò)，給遠(yuǎn)程操控帶來希望。
當(dāng)著新元煤礦上屬華陽集團(tuán)董事長翟紅的面，孫繼平提出5G下井的建議。
5G下井，首先要解決設(shè)備防爆問題，同時(shí)還要“螺螄殼里做道場”，在保證功能的前提下盡量把基站做小。項(xiàng)目正式開始前，華為就組建了一個(gè)200多人的團(tuán)隊(duì)，成立了研發(fā)相關(guān)技術(shù)的5G陽煤突擊隊(duì)，井下的一切設(shè)備都要滿足防爆要求，需要“量身打造”。
為此，三方共同成立了新元“5G+智能礦山”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，成功研發(fā)出首款礦用5G基站，其中僅井下的PTN環(huán)網(wǎng)就相當(dāng)于半個(gè)縣城的5G網(wǎng)絡(luò)容量。
隔行如隔山，用中國科學(xué)院院士、中國礦業(yè)大學(xué)（北京）教授何滿潮的話來說，煤礦智能化的第一步是“組合”，是采礦技術(shù)和信息技術(shù)的組合，也是兩個(gè)領(lǐng)域研究人員的“拉郎配”。
對此，新元公司5G+智能化礦井建設(shè)辦公室主任冀杰感受真切：懂5G的不熟悉煤礦運(yùn)行要求，懂煤礦的不了解5G技術(shù)。結(jié)果是一輪輪觀點(diǎn)激烈交鋒，一次次井下徹夜攻關(guān)，欣喜失望反反復(fù)復(fù)。大家在興奮和疲憊中戰(zhàn)斗。
2020年12月7日，任正非來到這里。
在新元煤礦總調(diào)度室，他細(xì)細(xì)看了5G技術(shù)應(yīng)用展示、聽了介紹，還換上工作服、戴上安全帽，花費(fèi)一兩小時(shí)到達(dá)井下。幾米寬的巷道里，他手持礦燈，邊走邊看，31004綜采工作面的掘進(jìn)機(jī)、9號(hào)中央配電室里的傳感器，5G看得見、摸得著。
與山西省委書記樓陽生見面時(shí)，他提出華為愿意與山西聯(lián)合建立一個(gè)“煤礦人工智能創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”，通過ICT技術(shù)與煤炭開采技術(shù)的結(jié)合，幫助煤炭行業(yè)進(jìn)行數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)“安全、少人無人、高效”的生產(chǎn)模式，也讓煤礦工人以后工作可以“穿西裝打領(lǐng)帶”。
今年2月9日，意愿落地，任正非再次親赴山西。華為與晉能控股集團(tuán)有限公司、山西云時(shí)代技術(shù)有限公司等聯(lián)合成立的“智能礦山創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”在太原揭牌。
從“樣板間”到“商品房”
成為“樣板間”后，萬千同行來到新元煤礦取經(jīng)。
這里的5G應(yīng)用不是櫥窗里的漂亮娃娃，而是工信部副部長劉烈宏口中實(shí)打?qū)嵉摹靶鹿ぞ呦洹薄?/p>
“5G能解決的問題太多了，可以準(zhǔn)確、清晰地獲取井下安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)和環(huán)境視頻，實(shí)現(xiàn)井上井下高清音視頻通話、各種數(shù)據(jù)快速傳輸、設(shè)備遠(yuǎn)程智能控制等。”有礦企負(fù)責(zé)人說，“這個(gè)時(shí)代，我們不能被落下?！?/p>
煤炭大省紛紛行動(dòng)起來。
山西、河南、山東、內(nèi)蒙古……截至目前，全國已建成400余個(gè)智能化采煤工作面。工信部表示，將持續(xù)推進(jìn)采礦業(yè)“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”創(chuàng)新突破，加快從“樣板間”向“商品房”的復(fù)制推廣。
劉烈宏曾在采礦行業(yè)“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”現(xiàn)場工作會(huì)上表示，新型基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展給了我們新的工具箱，如果說我們原來有一批工作箱的話，現(xiàn)在5G來了，實(shí)際上給了我們一把重磅的工具，就像關(guān)公不能沒有大刀，張飛不能沒有長矛，要趕緊把5G這個(gè)工具用起來，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化的進(jìn)程。
孫繼平談了他的預(yù)期，隨著5G應(yīng)用的深入，采掘工作面無人或少人作業(yè)、煤礦井下車輛無人駕駛，大概又可以把約一半的礦工解放出來。剩余的最后約六分之一，如巷道巡檢、瓦斯監(jiān)測等輔助工，也希望可以隨著礦山智能設(shè)備的研發(fā)投用、5G技術(shù)的研發(fā)落地，逐漸從井下回到地面。
但人要往后撤，技術(shù)就得向前進(jìn)?；粽颀堃灰涣信e，如開發(fā)符合煤礦本質(zhì)安全要求的覆蓋設(shè)備、低功耗模組等，他建議進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼咭龑?dǎo)，針對煤礦井下的特點(diǎn)，鼓勵(lì)國內(nèi)通信產(chǎn)品研究機(jī)構(gòu)和廠商進(jìn)一步開展對5G系統(tǒng)的研發(fā)改進(jìn)，并重點(diǎn)對射頻功率在煤礦安全方面的影響進(jìn)行聯(lián)合研究，確保在有限的安全功率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大的無線覆蓋范圍。
成本也是被不約而同談及的問題?！澳壳俺杀具€是偏高?！被粽颀堈f，“希望5G產(chǎn)品能針對煤礦的特點(diǎn)和需求改進(jìn)設(shè)計(jì)，同時(shí)圍繞煤礦智能化建設(shè)，挖掘更多應(yīng)用。相信5G在煤礦的應(yīng)用會(huì)越來越普遍。”
過去，山西的煤礦正如路遙筆下孫少平工作的“大牙灣”，作業(yè)面烏漆麻黑，喧吼聲隆隆不息，人在井下與世隔絕，重復(fù)不見天日的勞動(dòng)，升井后渾身黢黑，只能看清眼睛和嘴巴，被喊作“煤黑子”。更可怕的是危險(xiǎn)，“不要帶血的煤，不要帶血的GDP”，舉國上下呼吁多年。
如今在中國智能化程度靠前的煤礦，基本都是地上無煤塵，空中無煤粉，“采煤運(yùn)煤不見煤”?！昂臀覀兒献鞯娜A為公司技術(shù)人員來自南方，他們都覺得我們礦山特別干凈。”冀杰說，“現(xiàn)在還是比較艱苦，但不能再說高危。隨著技術(shù)升級(jí)，煤礦的將來一定安全、高效、綠色、智能。”
