自第二次工業(yè)革命以來(lái)，能源成為人類不可或缺的動(dòng)力之源，以煤炭為代表的能源產(chǎn)業(yè)大肆興起。產(chǎn)業(yè)興起的同時(shí)，也帶來(lái)諸多危機(jī)。記者王克勤《山西煤窯真相調(diào)查》一文揭開(kāi)煤礦業(yè)“秘史”，以家庭為單位的痛楚讓令人淚沾衣襟。多年前，勘探、開(kāi)采能源，供給正常的社會(huì)生產(chǎn)生活，人得沖在第一線，卻忽略能源開(kāi)采的安全性和便捷性。
5G技術(shù)出現(xiàn)，改天換地，對(duì)于煤炭行業(yè)來(lái)說(shuō)并非彎道超車而是換道行駛。新技術(shù)在距地面百米處繼續(xù)發(fā)熱，雪中送炭，全力支持能源開(kāi)采行業(yè)。
百米之下 煤炭開(kāi)采危機(jī)重重
隨著技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械化采礦替代了最原始的人工開(kāi)采，在淺層礦道可實(shí)現(xiàn)機(jī)械操作。然而礦井最深可達(dá)數(shù)百米，礦道狹窄、閉塞，交錯(cuò)復(fù)雜，地面指令無(wú)法及時(shí)控制采礦機(jī)械，機(jī)械儀器設(shè)備既不能自動(dòng)化操作，也難以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，采礦機(jī)械出現(xiàn)硬碰硬的現(xiàn)象，磨損嚴(yán)重，后期維護(hù)成本大大增加。自動(dòng)化難以支撐實(shí)際應(yīng)用，只能依靠人力進(jìn)行深度開(kāi)采和現(xiàn)場(chǎng)操作。
然而百米之下，礦井不穩(wěn)定且極易引起坍塌、爆炸、火災(zāi)等重大事故。據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，2011年到2020年10年間，全國(guó)煤礦事故死亡人數(shù)達(dá)7733人。此外，地形復(fù)雜、通訊設(shè)備少，信號(hào)弱，信息傳輸不到位等環(huán)境原因加重事故的傷亡率。
安全性不能保障、缺乏先進(jìn)器材，能源行業(yè)發(fā)展停滯不前。
高帶寬、泛連接、低時(shí)延 技術(shù)更新煤炭作業(yè)模式
2019年5G橫空出世，將多個(gè)產(chǎn)業(yè)帶入萬(wàn)物互聯(lián)的智能世界。相比4G，5G提供高于4G十倍的峰值速率，毫秒級(jí)的傳輸時(shí)延以及千億級(jí)的連接能力。進(jìn)一步說(shuō)，其廣域覆蓋，低功耗、大連接、低時(shí)延等革命性的技術(shù)突破，不僅重塑了人與信息的連接方式，也從深層次上推動(dòng)著能源業(yè)的發(fā)展和變革。5G換道行駛，滿足智能煤礦實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程控制的需求，解放人力，技術(shù)頂替空位。
5G由集控中心、智能煤機(jī)、支架電液控、地面配液采區(qū)集中供液泵站系統(tǒng)、千兆網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)控、智能手持終端等組成，分別分為地下和地上兩個(gè)控制中心。
地面總控中心依托PTN連接MEC(邊緣計(jì)算)服務(wù)器和UPF(用戶面功能)核心網(wǎng)合，配合網(wǎng)絡(luò)、通信、視頻、電液控等技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析工作面支架、煤機(jī)、“三機(jī)”、泵站等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控及記憶截割、自動(dòng)跟機(jī)移架、時(shí)序控制自動(dòng)放煤等功能。
采煤工作面上，進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷每隔一段布置一臺(tái)遠(yuǎn)端射頻模塊，即5G基站，接收、發(fā)射信號(hào)，進(jìn)而遠(yuǎn)程控制采煤機(jī)監(jiān)控、掘進(jìn)機(jī)，巡檢機(jī)器人等終端設(shè)備。另外，工作面上裝著58個(gè)高清攝像頭、1000多個(gè)傳感器。地面集控中心與井下集控中心通信，經(jīng)井下授權(quán)，采礦設(shè)備按預(yù)設(shè)的程序依次割煤、推溜、移架、傳送，烏金如流水般涌出地面。
5G連接人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器。低時(shí)延、泛連接的特點(diǎn)彌補(bǔ)了傳輸中斷、反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的缺陷，實(shí)時(shí)傳輸煤礦井下高清畫(huà)面，識(shí)別大量數(shù)據(jù)且保障數(shù)據(jù)及時(shí)回傳，如今井下畫(huà)面?zhèn)鞯降孛娴难舆t只有20毫秒；井下風(fēng)吹草動(dòng)地上盡知，器械聞令而動(dòng)，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)操控成為現(xiàn)實(shí)。而高帶寬、低能耗連接千億設(shè)備，讓煤礦的萬(wàn)物互聯(lián)成為可能，實(shí)現(xiàn)了煤礦井下“無(wú)人化”。
5G一方面將采煤工從危險(xiǎn)的工作面采場(chǎng)遷移到相對(duì)安全的地面調(diào)度指揮中心和順槽監(jiān)控中心，不僅實(shí)現(xiàn)減員提效，還進(jìn)一步提升安全保障能力，減少傷亡可能性。另一方面，接入大量設(shè)備、傳輸海量數(shù)據(jù)、低時(shí)延遠(yuǎn)程操控，直接推動(dòng)了煤炭行業(yè)智能化。
面向未來(lái)，攻克成本、技術(shù)難題
多個(gè)煤炭大省紛紛動(dòng)起來(lái)。截至目前，全國(guó)已建成四百余個(gè)智能化煤炭開(kāi)發(fā)工作站，“5G+能源開(kāi)采”模式也將持續(xù)創(chuàng)新、突破。
技術(shù)落地，成本是一個(gè)大問(wèn)題。目前來(lái)說(shuō)，5G基站建設(shè)、煤炭設(shè)備等資金投入龐大，技術(shù)人才短缺，煤礦開(kāi)采負(fù)荷較重。進(jìn)一步說(shuō)，設(shè)備的安全性、開(kāi)發(fā)軟件的信息處理能力等問(wèn)題仍待解決。
未來(lái)智能化煤炭開(kāi)采需要從設(shè)備技術(shù)、安全性、成本入手。首先，政府繼續(xù)加強(qiáng)全國(guó)5g基站建設(shè)，研究人員需要針對(duì)煤礦的特點(diǎn)改進(jìn)設(shè)計(jì)，挖掘更多應(yīng)用，形成一載多的應(yīng)用模式。其次，研究人員繼續(xù)開(kāi)發(fā)符合煤礦安全要求的覆蓋設(shè)備，重點(diǎn)注意射頻功率在煤礦安全方面的影響。最后，升級(jí)現(xiàn)有技術(shù)、設(shè)備，加大智能無(wú)人開(kāi)采技術(shù)、智能裝備技術(shù)、智能導(dǎo)航技術(shù)、信息感知技術(shù)的研究力度，保證智能設(shè)備在能源開(kāi)采中的高穩(wěn)定性和可靠性。
過(guò)去，人們對(duì)煤炭開(kāi)采的印象停留在人在井下與世隔絕，重復(fù)不見(jiàn)天日的勞動(dòng)。如今，這些現(xiàn)象已然不再，取而代之的是技術(shù)開(kāi)采能源即“地上無(wú)煤塵，空中無(wú)煤粉”的智能化煤炭開(kāi)采。一念既出，萬(wàn)山無(wú)阻。隨著科技力量投入的不斷加大，5G方興未艾，智能化能源開(kāi)發(fā)還在路上，未來(lái)還有更多幻想和愿景等待實(shí)現(xiàn)。
原標(biāo)題：“5G能源開(kāi)采” 有望推動(dòng)煤炭開(kāi)采行業(yè)升級(jí)改造
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