1月17日,寒冬料峭、初雪交融。位于山西省晉中市壽陽(yáng)縣的潞安化工集團(tuán)新元公司一片繁忙景象。這里是全國(guó)首座井下建成5G網(wǎng)絡(luò)的煤礦,礦工日常工作有何變化?5G如何幫助井上井下互聯(lián)互通?產(chǎn)能和安全如何兼得?記者春節(jié)期間深入煤礦生產(chǎn)一線,實(shí)地走訪5G智能化煤礦“樣板間”。
光:照亮的不僅是巷道
礦井口搭建了一個(gè)喜慶的春節(jié)慰問(wèn)背景墻,升井通道旁邊鋪上了紅地毯,吊掛了紅燈籠,LED大屏播放著歡快的春節(jié)祝福MV,公司將舉辦慰問(wèn)儀式。機(jī)修車(chē)間里升井的故障備件和修理好的備件吊裝運(yùn)轉(zhuǎn)絡(luò)繹不絕,早上十點(diǎn),白班倒班工人和機(jī)修班工人乘坐無(wú)軌防爆膠輪車(chē)從3號(hào)和9號(hào)煤上下往返。升井的工人們走進(jìn)礦燈、瓦斯報(bào)警儀專(zhuān)用儲(chǔ)存室,將設(shè)備放入自己的專(zhuān)屬柜子充電,再去更衣室沐浴,結(jié)束了一整個(gè)輪班。
綜采隊(duì)二組檢修班工長(zhǎng)白景剛剛升井。“5G+智能化煤礦的建成對(duì)我們一線工人來(lái)說(shuō),最直觀的就是井下工作環(huán)境的極大改觀,能在這樣的環(huán)境工作感覺(jué)很自豪、很幸福。”
作為每天白班作業(yè)的前哨戰(zhàn),檢修班要為白班生產(chǎn)排除所有的設(shè)備故障。“以前,如果采煤機(jī)等大型設(shè)備出現(xiàn)了我們無(wú)法修理的故障,最直接的做法需要從上海、天津等地廠商去請(qǐng)人,路上最少也得1天,而現(xiàn)在,通過(guò)單位配備的防爆手機(jī)可以在地下直接聯(lián)系天南海北的廠家,與對(duì)方持續(xù)在線的工程師溝通,提高檢修效率?!边@類(lèi)問(wèn)題也通常是電氣問(wèn)題,普通的機(jī)械問(wèn)題就在單位內(nèi)部通過(guò)調(diào)換配件,檢修處理,一般都不在話下。
無(wú)軌防爆膠輪車(chē)是礦工上下井非常便捷快速工具,往返礦井入口和各個(gè)綜采面,減少了礦工3、4千米巷道的攀爬,節(jié)約了大量的體力,從出發(fā)到工作場(chǎng)所只需行走幾十米,而且每一個(gè)轉(zhuǎn)載點(diǎn)都有防塵措施,防塵簾、防塵噴霧,再加上個(gè)人隨身攜帶的便攜式自救器,保障安全的同時(shí)降低了患職業(yè)病的風(fēng)險(xiǎn)。白景表示,這兩年,每個(gè)工人隨身攜帶的自救器從提供支持15分鐘氧氣,延長(zhǎng)到30分鐘、45分鐘。
綜采區(qū)作業(yè)的是2715制,2個(gè)生產(chǎn)班各7個(gè)小時(shí),1個(gè)檢修班5個(gè)小時(shí),年僅26歲的綜采隊(duì)二組技術(shù)員關(guān)鐵鋼就是井下生產(chǎn)第一負(fù)責(zé)人:“我負(fù)責(zé)施工措施的編制,保證措施執(zhí)行無(wú)偏差,井下有哪些需要更換的大型備件都由我來(lái)指導(dǎo),保證安全的前提下,把工程完成?!?/span>
支架護(hù)頂保護(hù)巷道,采煤機(jī)進(jìn)刀開(kāi)始割煤、頂溜銜接煤塊運(yùn)輸、皮帶接力連接地面選煤生產(chǎn)……煤炭生產(chǎn)大體四個(gè)流程。生產(chǎn)班最主要任務(wù)是割煤,采煤機(jī)鋒利地切割著煤層,通過(guò)生產(chǎn)溜把切割下的煤炭轉(zhuǎn)運(yùn)到皮帶上、輸送上地面,生產(chǎn)溜就是整個(gè)綜采工作面第一個(gè)運(yùn)煤的裝置?!半S著生產(chǎn)組織的進(jìn)度加快,生產(chǎn)溜因?yàn)樨?fù)荷增大而報(bào)出來(lái)的故障最近比較常見(jiàn),負(fù)荷增加報(bào)出故障,但是割煤、拉架(搭支架)、頂溜(生產(chǎn)溜)三個(gè)工作設(shè)置了智能化程序,設(shè)備將會(huì)同步停機(jī),這就需要我們時(shí)刻留意,掌握工作進(jìn)度,不能過(guò)快。”關(guān)鐵鋼說(shuō)。
采煤機(jī)根據(jù)煤層走向延伸,走到哪里支架就需要跟在哪里,類(lèi)似千斤頂撐起整個(gè)煤層頂板,采煤機(jī)行走的路線并非全部是水平,高高低低的支架,形成的綜采面作業(yè)空間也是起伏不定,這時(shí)是關(guān)鐵鋼最需要盯在現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)候,他要保證采煤機(jī)的前進(jìn)沿著煤層走,少走彎路。
關(guān)鐵鋼說(shuō),一個(gè)輪班里,采煤機(jī)的機(jī)頭機(jī)尾挖掘了多遠(yuǎn),推移了多少支架,換算成工分,就成了當(dāng)班礦工收入的考核標(biāo)準(zhǔn)。
一個(gè)煤礦的先進(jìn)程度主要體現(xiàn)在工人的工作環(huán)境上,沒(méi)有氧氣時(shí)可以堅(jiān)持45分鐘的自救器、礦燈之外的照明設(shè)施、無(wú)處不在的防塵措施、能按時(shí)補(bǔ)充能量的工作餐,點(diǎn)點(diǎn)溫暖照亮了職工的心。
電:守護(hù)礦工生命線
2022年,新元公司地面供電集控中心剛剛完成了技術(shù)改造。開(kāi)關(guān)柜一鍵順控視頻雙確認(rèn)系統(tǒng)和在線智能巡檢系統(tǒng)的完善對(duì)機(jī)電動(dòng)力部供電隊(duì)來(lái)說(shuō)意味著安全水平和勞動(dòng)效率的又一次提升。這座2007年建成的煤礦采用了當(dāng)年最先進(jìn)的供變電技術(shù),在5G+智能化煤礦改造期間,不斷進(jìn)行“自我升級(jí)”狀態(tài)。
1月17日下午,在供電集控中心大屏幕上顯示著,智能巡檢機(jī)器人沿著配電柜外固定路線逐一巡視,每到一處,機(jī)械臂伸長(zhǎng)脖頸探出攝像頭,觀察開(kāi)關(guān)柜各項(xiàng)數(shù)據(jù)、燈光指示是否異常,開(kāi)關(guān)溫度是否正常,指示燈與集控中心是否一致,隨后將檢查結(jié)果以文本形式發(fā)送給集控中心監(jiān)控后臺(tái)。
“我們改進(jìn)的一鍵順控雙視頻確認(rèn)系統(tǒng)為變電站開(kāi)關(guān)柜遙控校驗(yàn)提供了一種全新的、可視化的校驗(yàn)確認(rèn)手段,站端工作站客戶端可以完整展示整個(gè)操作過(guò)程中的監(jiān)控畫(huà)面。”供電隊(duì)技術(shù)員劉躍說(shuō)。
新元公司供電電源從壽陽(yáng)縣白家莊220kV變電站引入兩回110kV主母線,是整個(gè)煤礦生存運(yùn)行的保障。
兩回電源常年保持一回運(yùn)行一回備用,煤礦的生產(chǎn)運(yùn)行、礦工的生命保障都依靠它。“極端情況下,運(yùn)行電源出現(xiàn)故障,備用電源需要1秒之內(nèi)完成切換,但是設(shè)備全部重啟需要一定時(shí)間,以保障礦工呼吸的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)為例,停電意味著井下的瓦斯無(wú)法排出到地面,大氣壓力也無(wú)法將新鮮空氣壓入地下,井下工人的自救器只能維持45分鐘,供電系統(tǒng)的故障和檢修超時(shí)都是以生命為代價(jià),所以煤礦建設(shè)時(shí)常常使用最先進(jìn)的設(shè)備和系統(tǒng),提升可靠性。”
下一步,供電集控中心會(huì)將數(shù)據(jù)分享給調(diào)度室,以供應(yīng)急情況下領(lǐng)導(dǎo)層決策參考。“但是,分合閘作業(yè)的開(kāi)關(guān)操作權(quán)仍然要牢牢掌握在專(zhuān)業(yè)人士手中”,劉躍說(shuō)。
指揮:無(wú)延遲遙控地下煤山
5G+智能化煤礦建成的時(shí)間節(jié)點(diǎn),并不是進(jìn)化和發(fā)展的終點(diǎn)。
2020年12月,華為創(chuàng)始人任正非造訪這座煤礦時(shí)表示,希望借助5G這個(gè)工具,學(xué)習(xí)國(guó)外智能化發(fā)展先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),做好人才隊(duì)伍建設(shè),實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)效率、生產(chǎn)能力的變革,提供企業(yè)盈利能力。
作為整個(gè)煤礦生產(chǎn)的中樞神經(jīng),調(diào)度室是5G和智能化礦井的中樞指揮系統(tǒng)。“以前的有線光纖信號(hào)和4G基站傳遞上來(lái)的視頻信號(hào)都非??D”,調(diào)度室業(yè)務(wù)組長(zhǎng)馮志民在煤礦工作了12年深有感觸。
以前聽(tīng)到了保修故障的渠道都是接聽(tīng)固定電話,進(jìn)而安排指令,由于煤礦的封閉性和溝通不便性,報(bào)修、巡檢、大修和檢修計(jì)劃的預(yù)判都依賴(lài)于人工經(jīng)驗(yàn),如今,無(wú)處不在的傳感器和視頻監(jiān)控,讓調(diào)度員腦中勾勒出了地下生產(chǎn)圖景。
得到礦長(zhǎng)書(shū)面授權(quán)的調(diào)度室擁有礦內(nèi)調(diào)動(dòng)一切人員和生產(chǎn)資料的權(quán)限。調(diào)度室因此匯聚了井下門(mén)類(lèi)最全的各類(lèi)數(shù)據(jù),安全、環(huán)境、控制、電氣、監(jiān)控等,每一類(lèi)數(shù)據(jù)之下又擁有大量的設(shè)備,最終的數(shù)據(jù)龐大而繁雜。
馮志民說(shuō),有了海量的數(shù)據(jù),仍然不能少了一線的感受和體驗(yàn)。為了保障調(diào)度員不脫離一線,除了最少兩年的下井經(jīng)驗(yàn),他們還需要調(diào)度輪班后,在每個(gè)月內(nèi)固定完成一定的下井次數(shù),就怕他們太過(guò)于依賴(lài)數(shù)據(jù),忘記真實(shí)感受,脫離了實(shí)際。
5G+煤礦建成后,馮志民最直觀的感受是減員增效,減少的工作人員、工作量都被傳感器取代,減少了不必要的巡檢,根據(jù)報(bào)故障的來(lái)源安排巡檢工作,效率更高,人員更少?!叭松俨⒉皇茄矙z效果打了折扣,以前我們相信口頭匯報(bào)和自身經(jīng)驗(yàn),現(xiàn)在是依靠數(shù)據(jù)加人工經(jīng)驗(yàn)。”
2020年5G+智能化礦井建成之前,華為5G技術(shù)人員常駐煤礦,解決5G信號(hào)問(wèn)題、搭建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng),5G+智能化礦井建設(shè)辦公室負(fù)責(zé)牽頭匯總業(yè)務(wù)部門(mén)的需求,將煤礦生產(chǎn)的難點(diǎn)痛點(diǎn)全部攤開(kāi),華為技術(shù)人員以此為依據(jù),提出解決方案,從數(shù)據(jù)收集和傳輸、到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和可視化,5G技術(shù)完成了多類(lèi)型數(shù)據(jù)的安全可靠傳輸,形成了獨(dú)特的SPN切片網(wǎng)技術(shù),建成了符合煤炭生產(chǎn)實(shí)際的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng),5G網(wǎng)絡(luò)從地上延伸到地下各個(gè)巷道“枝蔓”,幫助煤礦生產(chǎn)找到了安全生產(chǎn)和高效運(yùn)行的密碼。
5G:地下開(kāi)花、地上結(jié)果
2019年任正非曾號(hào)召內(nèi)部向谷歌軍團(tuán)學(xué)習(xí),他在一次內(nèi)部講話中說(shuō):“一線既有算法又有數(shù)據(jù),就容易突破……抽象的平臺(tái)一定要有實(shí)踐東西檢驗(yàn),多幾個(gè)具體化的平臺(tái),綜合起來(lái)才會(huì)有抽象平臺(tái)”。
但其實(shí),煤炭軍團(tuán)早已和智能化意愿極強(qiáng)烈的新元公司形成了緊密的合作關(guān)系,雙方成立了聯(lián)合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室,5G+智能化礦山在山西晉中市壽陽(yáng)縣有了雛形,2020年12月7日,任正非深入新元煤礦的礦井,實(shí)地觀看5G在井下現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況。
時(shí)至今日,新元煤礦地面工業(yè)廠區(qū)設(shè)置了多達(dá)9個(gè)5G基站,地下則安裝了的是特制的防爆基站,這些基站撐起了密集的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過(guò)防爆化處理的5G基站只有電腦主機(jī)大小,它的傳輸頻率高,速度快,時(shí)延低,但是繞射能力差,覆蓋面小比4G基站。
“5G SPN建成后寬帶是原來(lái)千兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)的50倍。”5G+智能化礦井建設(shè)辦公室副主任武宏旺用最簡(jiǎn)答的比喻回答了改造前后的變化,但是實(shí)際中的5G運(yùn)行情況更加復(fù)雜。
武宏旺表示,井下通訊、視頻各類(lèi)數(shù)據(jù)最可靠的仍然是有線路線,例如智能礦燈、記錄儀,5G需要解決例如巡檢機(jī)器人、采煤機(jī)等移動(dòng)設(shè)施的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題,5G技術(shù)的速度和穩(wěn)定性在地下更能發(fā)揮好作用,好鋼要用在刀刃上。
在300米長(zhǎng)的巷道內(nèi),巡檢機(jī)器人拖著數(shù)百米長(zhǎng)的各類(lèi)數(shù)據(jù)線來(lái)回往返,在惡劣的環(huán)境下,故障率極高。武宏旺說(shuō),不可移動(dòng)設(shè)備有光纖傳輸數(shù)據(jù),而這類(lèi)移動(dòng)設(shè)備則非常需要一個(gè)無(wú)線環(huán)境,但是原先的無(wú)線網(wǎng)絡(luò),比如WiFi,信號(hào)不穩(wěn)定。
技術(shù)人員在井下采用高性?xún)r(jià)比的50GE端口組網(wǎng),構(gòu)筑超寬基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò),滿足視頻監(jiān)控和5G視頻通話等業(yè)務(wù)演進(jìn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)大帶寬的需求,在組網(wǎng)方式上,采用了環(huán)形組網(wǎng),在多點(diǎn)故障情況下,能利用冗余鏈路自動(dòng)恢復(fù)業(yè)務(wù),數(shù)據(jù)就像奔跑在中斷的繞城高速中,最終順利到達(dá)目的地。
新元煤礦還在全球首次采用了華為SPN切片技術(shù),通過(guò)井下一張物理網(wǎng)可達(dá)到多張物理網(wǎng)的隔離承載效果,將主干網(wǎng)絡(luò)時(shí)延可降低到1ms以下。
5G+智能化礦井辦公室主任冀杰說(shuō),井下采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、水泵、壓風(fēng)機(jī)、開(kāi)關(guān)等設(shè)備遠(yuǎn)程控制,皮帶異物、人員違章等重要場(chǎng)景視頻智能識(shí)別,保障安全監(jiān)控、精確定位系統(tǒng)人員車(chē)輛的海量數(shù)據(jù)量都可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)制式歸一了,網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維復(fù)雜度大大降低了。每一套數(shù)據(jù)就像千層餅中的一層,無(wú)論多少層,50Gb的帶寬都足以容納,而且切片方式可以靈活調(diào)整,切片內(nèi)的業(yè)務(wù)互不干擾。目前,我們的帶寬利用率不到一半,給未來(lái)智能化改造留足了空間和遐想。
人們對(duì)于5G+智能化礦井的最長(zhǎng)遠(yuǎn)的期待是井下無(wú)人作業(yè),新元公司副總經(jīng)理崔志芳接受記者采訪時(shí)表示,這一目標(biāo)目前來(lái)看仍然遙不可及,新元公司將繼續(xù)在深化5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、采掘智能化工作面、作業(yè)流程智能管控平臺(tái)、設(shè)備全生命周期、AI智能分析、井下物流一體化派送等場(chǎng)景應(yīng)用上先行先試,當(dāng)好“樣板間”。
來(lái)源:中國(guó)科學(xué)報(bào)