走进5G智能化煤矿“样板间”

1月17日，寒冬料峭、初雪交融。位于山西省晋中市寿阳县的潞安化工集团新元公司一片繁忙景象。这里是全国首座井下建成5G网络的煤矿，矿工日常工作有何变化？5G如何帮助井上井下互联互通？产能和安全如何兼得？《中国科学报》记者春节期间深入煤矿生产一线，实地走访5G智能化煤矿“样板间”。

光：照亮的不仅是巷道

矿井口搭建了一个喜庆的春节慰问背景墙，升井通道旁边铺上了红地毯，吊挂了红灯笼，LED大屏播放着欢快的春节祝福MV，公司将举办慰问仪式。机修车间里升井的故障备件和修理好的备件吊装运转络绎不绝，早上十点，白班倒班工人和机修班工人乘坐无轨防爆胶轮车从3号和9号煤上下往返。升井的工人们走进矿灯、瓦斯报警仪专用储存室，将设备放入自己的专属柜子充电，再去更衣室沐浴，结束了一整个轮班。

综采队二组检修班工长白景刚刚升井。“5G+智能化煤矿的建成对我们一线工人来说，最直观的就是井下工作环境的极大改观，能在这样的环境工作感觉很自豪、很幸福。”

作为每天白班作业的前哨战，检修班要为白班生产排除所有的设备故障。“以前，如果采煤机等大型设备出现了我们无法修理的故障，最直接的做法需要从上海、天津等地厂商去请人，路上最少也得1天，而现在，通过单位配备的防爆手机可以在地下直接联系天南海北的厂家，与对方持续在线的工程师沟通，提高检修效率。”这类问题也通常是电气问题，普通的机械问题就在单位内部通过调换配件，检修处理，一般都不在话下。

无轨防爆胶轮车是矿工上下井非常便捷快速工具，往返矿井入口和各个综采面，减少了矿工3、4千米巷道的攀爬，节约了大量的体力，从出发到工作场所只需行走几十米，而且每一个转载点都有防尘措施，防尘帘、防尘喷雾，再加上个人随身携带的便携式自救器，保障安全的同时降低了患职业病的风险。白景表示，这两年，每个工人随身携带的自救器从提供支持15分钟氧气，延长到30分钟、45分钟。

综采区作业的是2715制，2个生产班各7个小时，1个检修班5个小时，年仅26岁的综采队二组技术员关铁钢就是井下生产第一负责人：“我负责施工措施的编制，保证措施执行无偏差，井下有哪些需要更换的大型备件都由我来指导，保证安全的前提下，把工程完成。”

支架护顶保护巷道，采煤机进刀开始割煤、顶溜衔接煤块运输、皮带接力连接地面选煤生产……煤炭生产大体四个流程。生产班最主要任务是割煤，采煤机锋利地切割着煤层，通过生产溜把切割下的煤炭转运到皮带上、输送上地面，生产溜就是整个综采工作面第一个运煤的装置。“随着生产组织的进度加快，生产溜因为负荷增大而报出来的故障最近比较常见，负荷增加报出故障，但是割煤、拉架（搭支架）、顶溜（生产溜）三个工作设置了智能化程序，设备将会同步停机，这就需要我们时刻留意，掌握工作进度，不能过快。”关铁钢说。

采煤机根据煤层走向延伸，走到哪里支架就需要跟在哪里，类似千斤顶撑起整个煤层顶板，采煤机行走的路线并非全部是水平，高高低低的支架，形成的综采面作业空间也是起伏不定，这时是关铁钢最需要盯在现场的时候，他要保证采煤机的前进沿着煤层走，少走弯路。

关铁钢说，一个轮班里，采煤机的机头机尾挖掘了多远，推移了多少支架，换算成工分，就成了当班矿工收入的考核标准。

一个煤矿的先进程度主要体现在工人的工作环境上，没有氧气时可以坚持45分钟的自救器、矿灯之外的照明设施、无处不在的防尘措施、能按时补充能量的工作餐，点点温暖照亮了职工的心。

?

工人正在维修瓦斯报警器。摄影 李清波

电：守护矿工生命线

2022年，新元公司地面供电集控中心刚刚完成了技术改造。开关柜一键顺控视频双确认系统和在线智能巡检系统的完善对机电动力部供电队来说意味着安全水平和劳动效率的又一次提升。这座2007年建成的煤矿采用了当年最先进的供变电技术，在5G+智能化煤矿改造期间，不断进行“自我升级”状态。

1月17日下午，在供电集控中心大屏幕上显示着，智能巡检机器人沿着配电柜外固定路线逐一巡视，每到一处，机械臂伸长脖颈探出摄像头，观察开关柜各项数据、灯光指示是否异常，开关温度是否正常，指示灯与集控中心是否一致，随后将检查结果以文本形式发送给集控中心监控后台。

“我们改进的一键顺控双视频确认系统为变电站开关柜遥控校验提供了一种全新的、可视化的校验确认手段，站端工作站客户端可以完整展示整个操作过程中的监控画面。”供电队技术员刘跃说。

新元公司供电电源从寿阳县白家庄220kV变电站引入两回110kV主母线，是整个煤矿生存运行的保障。

两回电源常年保持一回运行一回备用，煤矿的生产运行、矿工的生命保障都依靠它。“极端情况下，运行电源出现故障，备用电源需要1秒之内完成切换，但是设备全部重启需要一定时间，以保障矿工呼吸的风机系统为例，停电意味着井下的瓦斯无法排出到地面，大气压力也无法将新鲜空气压入地下，井下工人的自救器只能维持45分钟，供电系统的故障和检修超时都是以生命为代价，所以煤矿建设时常常使用最先进的设备和系统，提升可靠性。”

下一步，供电集控中心会将数据分享给调度室，以供应急情况下领导层决策参考。“但是，分合闸作业的开关操作权仍然要牢牢掌握在专业人士手中”，刘跃说。

?

记者（右）体验采煤机模拟操作界面。摄影 刘昱凯

指挥：无延迟遥控地下煤山

5G+智能化煤矿建成的时间节点，并不是进化和发展的终点。

2020年12月，华为创始人任正非造访这座煤矿时表示，希望借助5G这个工具，学习国外智能化发展先进经验，做好人才队伍建设，实现企业生产效率、生产能力的变革，提供企业盈利能力。

作为整个煤矿生产的中枢神经，调度室是5G和智能化矿井的中枢指挥系统。“以前的有线光纤信号和4G基站传递上来的视频信号都非常卡顿”，调度室业务组长冯志民在煤矿工作了12年深有感触。

以前听到了保修故障的渠道都是接听固定电话，进而安排指令，由于煤矿的封闭性和沟通不便性，报修、巡检、大修和检修计划的预判都依赖于人工经验，如今，无处不在的传感器和视频监控，让调度员脑中勾勒出了地下生产图景。

得到矿长书面授权的调度室拥有矿内调动一切人员和生产资料的权限。调度室因此汇聚了井下门类最全的各类数据，安全、环境、控制、电气、监控等，每一类数据之下又拥有大量的设备，最终的数据庞大而繁杂。

冯志民说，有了海量的数据，仍然不能少了一线的感受和体验。为了保障调度员不脱离一线，除了最少两年的下井经验，他们还需要调度轮班后，在每个月内固定完成一定的下井次数，就怕他们太过于依赖数据，忘记真实感受，脱离了实际。

5G+煤矿建成后，冯志民最直观的感受是减员增效，减少的工作人员、工作量都被传感器取代，减少了不必要的巡检，根据报故障的来源安排巡检工作，效率更高，人员更少。“人少并不是巡检效果打了折扣，以前我们相信口头汇报和自身经验，现在是依靠数据加人工经验。”

2020年5G+智能化矿井建成之前，华为5G技术人员常驻煤矿，解决5G信号问题、搭建工业互联网，5G+智能化矿井建设办公室负责牵头汇总业务部门的需求，将煤矿生产的难点痛点全部摊开，华为技术人员以此为依据，提出解决方案，从数据收集和传输、到数据存储和可视化，5G技术完成了多类型数据的安全可靠传输，形成了独特的SPN切片网技术，建成了符合煤炭生产实际的工业互联网，5G网络从地上延伸到地下各个巷道“枝蔓”，帮助煤矿生产找到了安全生产和高效运行的密码。

?

记者采访机修车间维修工。摄影 刘昱凯

5G：地下开花、地上结果

2019年任正非曾号召内部向谷歌军团学习，他在一次内部讲话中说：“一线既有算法又有数据，就容易突破……抽象的平台一定要有实践东西检验，多几个具体化的平台，综合起来才会有抽象平台”。

但其实，煤炭军团早已和智能化意愿极强烈的新元公司形成了紧密的合作关系，双方成立了联合创新实验室，5G+智能化矿山在山西晋中市寿阳县有了雏形，2020年12月7日，任正非深入新元煤矿的矿井，实地观看5G在井下现场应用情况。

?

任正非在新元煤矿井下。摄影 叶海峰

时至今日，新元煤矿地面工业厂区设置了多达9个5G基站，地下则安装了的是特制的防爆基站，这些基站撑起了密集的数据传输网络。经过防爆化处理的5G基站只有电脑主机大小，它的传输频率高，速度快，时延低，但是绕射能力差，覆盖面小比4G基站。

“5G SPN建成后宽带是原来千兆工业环网的50倍。”5G+智能化矿井建设办公室副主任武宏旺用最简答的比喻回答了改造前后的变化，但是实际中的5G运行情况更加复杂。

武宏旺表示，井下通讯、视频各类数据最可靠的仍然是有线路线，例如智能矿灯、记录仪，5G需要解决例如巡检机器人、采煤机等移动设施的数据传输问题，5G技术的速度和稳定性在地下更能发挥好作用，好钢要用在刀刃上。

在300米长的巷道内，巡检机器人拖着数百米长的各类数据线来回往返，在恶劣的环境下，故障率极高。武宏旺说，不可移动设备有光纤传输数据，而这类移动设备则非常需要一个无线环境，但是原先的无线网络，比如WiFi，信号不稳定。

技术人员在井下采用高性价比的50GE端口组网，构筑超宽基础网络，满足视频监控和5G视频通话等业务演进对网络大带宽的需求，在组网方式上，采用了环形组网，在多点故障情况下，能利用冗余链路自动恢复业务，数据就像奔跑在中断的绕城高速中，最终顺利到达目的地。

?

新元公司技术人员调试井下5G基站。摄影 叶海峰

新元煤矿还在全球首次采用了华为SPN切片技术，通过井下一张物理网可达到多张物理网的隔离承载效果，将主干网络时延可降低到1ms以下。

5G+智能化矿井办公室主任冀杰说，井下采煤机、掘进机、水泵、压风机、开关等设备远程控制，皮带异物、人员违章等重要场景视频智能识别，保障安全监控、精确定位系统人员车辆的海量数据量都可以实现网络制式归一了，网络运维复杂度大大降低了。每一套数据就像千层饼中的一层，无论多少层，50Gb的带宽都足以容纳，而且切片方式可以灵活调整，切片内的业务互不干扰。目前，我们的带宽利用率不到一半，给未来智能化改造留足了空间和遐想。

人们对于5G+智能化矿井的最长远的期待是井下无人作业，新元公司副总经理崔志芳接受记者采访时表示，这一目标目前来看仍然遥不可及，新元公司将继续在深化5G工业互联网、采掘智能化工作面、作业流程智能管控平台、设备全生命周期、AI智能分析、井下物流一体化派送等场景应用上先行先试，当好“样板间”。