5G 时代的智慧矿山

5G+智能采煤、5G+智能辅助运输、5G+无人机巡检、5G+高清工业应用视频、5G+智能视频分析平台……各种各样的5G 工业应用场景让人们为之震撼。在晋能控股集团，用数字化、智能化技术武装起来的5G+智慧矿山正在大放异彩，一个世界一流的高科技、高效率、智能化、环境友好型的现代能源旗舰劲旅正乘风破浪，扬帆起航。

“5G+”铺就智能开采“高速路”

2020 年11 月13 日上午8 时，晋能控股煤业集团塔山矿调度指挥中心技术工人魏志强开始了他一天的“采煤”工作。

“采煤设备确认完毕，可以进行远程操控”……没过几秒钟，正在井下8234 智能化工作面进行安全巡查的综采三队党支部书记李珂通过5G 可视手机向指挥中心进行了确认。只见魏志强轻点鼠标，井下的采煤机、运输机、转载机等井下综采设备相继联动运转。没有机械的轰鸣、没有飞扬的煤尘，在整洁敞亮的调度指挥中心，只见在监控屏幕上各类数据的跳动间，塔山矿8234 智能化工作面就源源不断地将煤炭输送到了地面储煤仓。

“这个5G 可视手机，图像和声音都特别清晰，没有一点延迟，比咱们在地面视频都流畅。”魏志强介绍说，“为了进一步增加地面与井下生产现场沟通的及时性，切实做到随时掌握生产现场情况，并能有效解决生产过程中存在问题，我们矿依托已经建成的井上下全覆盖5G 网络，为全矿相关生产区队配备了矿用本安型5G 可视手机。该手机采用华为麒麟9905G SOC 旗舰级芯片，搭载EMUI 操作系统，在5G 网络环境下能达到下载739Mbps，上传139Mbps 的上网速率，是原来地面4G 网络速率的15 倍，网络传输能力实现了质的飞跃，有效地保证了视频和通话质量的流畅性和稳定性。”

“不光是5G 手机，基于5G 高速网络，我们已实现高清工业视频、智能视频分析平台、巡检机器人、NB 无线传感器等5G+应用，5G+智慧矿山已走在了行业前列。”塔山矿机电副总经理张兴介绍说。目前，塔山矿正在积极探索5G 技术与人工智能、云计算、大数据等新信息技术的融合，大力推进5G 联合实验室和工业互联网、数据中心建设，加快推进“5G+智慧矿山”等一系列重大项目，为建设“创新、绿色、卓越、高效”的晋能控股集团全面发力。

而在距离塔山煤矿大约8 公里的同忻矿，5G+智慧矿山建设也取得新突破。由“煤炭技能大师”杨继彪带领的研究生团队已完成了智能化综放操作系统的第八次升级。

从2013 年8 月同忻矿“千万吨级高效综采关键技术创新及产业化示范工程”立项启动到2016 年底正式运行，同忻矿建成国内首个“智能化综放工作面”，填补了煤炭行业智能化综放工作面生产空白，获煤炭工业科技进步奖一等奖。经过4 年多的实践探索，同忻矿智能化综放工作面创新改进支护初撑力智能补压、三角区域割煤参数制定、融合小煤柱开采、煤矿坚硬顶板地面压裂控制技术等30 多项，由最初的只能完成简单的系统指令到如今全系统智能融合，5G网络一网承载，精确割煤、精准放煤，自主完成智能化综放工作面操作系统版本从4.0 到10.0 的升级，三代智能化综放工作面从“水土不服”到全面符合实际安全生产条件，使智能化综放开采技术再完善、再提升，成为行业第一、世界一流。

“现在我们把井下放煤控制设备全部搬到了地面联合楼‘创新工作室’里，通过大屏幕便可以实时观看井下的采掘、运输、检修等情况，真正实现了井下放煤与地面操控同步推进……”同忻矿信息中心副主任宋春儒说，“5G 建设项目为8102 智能化综采工作面的数据传输和远程控制开通了一条高速公路，让智能化开采通讯‘高速路’更快、更稳定、更高效。”

“利用5G 网络广连接、大带宽、超低时延的特性，井下可接入的设备更多了，我们从中获取的数据将更为全面、精准，以便更及时、准确、高效地解决问题。”宋春儒指着调度指挥中心大屏幕说，“接入更多的设备，就意味着矿井的‘感官’更为敏锐，只要出现风险点，便会通过4K 高清视频画面、NB 传感器等设备将‘看到’的场景、‘感知’到的数据都能精准迅速回传至地面总调度室，我们就知道采取哪种措施在什么地方解决问题。同时，‘搭乘’5G 网络，井上井下实时通话，指令下达没有了时延，安全性和生产效率都大大提高了。”

“以前放煤时，需要4 个工人操作一个工作面100 个放顶煤液压支架，每个人需要按照经验判断时间，一个一个放，员工劳动强度很高，且工作环境也不好。现在有了可实时调整系统参数的全自动化放煤系统和5G 网络，100 个放顶煤液压支架只需一人操作便可定时同时放下，更加安全高效。”说起放煤系统，该矿放煤操作员张鑫如数家珍。如今，矸石分离的效果更好了，原煤回收率相对提升了5～6 个百分点，原煤开采量每个班提升了10%，工人们都笑得合不拢嘴了。

5G 网络覆盖后，应用变得十分关键。在该矿联合楼五楼的智能化创新工作室，围绕智能系统应用，技术人员们正在埋头进行着软件平台设计和应用设备的研发改造升级，加速5G 网络与矿井实际应用的深度融合。

“数智化”开启智慧矿山“新模式”

2020 年8 月18 日，塔山矿8222 工作面顺利通过了国家“十三五”资源领域重点研发项目——“千万吨级特厚煤层智能综放开采关键技术及示范”中期检查验收，智能化工作面建设取得了阶段性成效。提起这件事，每个“塔山人”的心里都是喜滋滋的，眉眼中透着自豪。

“这是我国年产1500 万吨特厚煤层智能化综放工作面建设示范工程，从2019 年2 月正式投入生产至今，已经累计生产原煤1400 万吨。智能化让煤炭开采更加安全高效。”塔山矿监控中心主任张慧说，“我们还投入使用了产量平衡时空预警系统、无轨胶轮车智能调度系统、安全双重预防管理信息系统和智能巡检机器人等一大批在行业内达到世界先进水平的优秀科技成果，矿井基本实现人员、设备、环境实时动态数据的基础感知。截至目前，我们矿井已完成4 个智能化综放工作面的建设，矿井智能化工作面占比达到100%，实现了效率、效益的双提升。”

在塔山矿调度指挥中心，工作人员正紧盯大屏幕观察着井下采掘设备、通风、运输等实时数据，分析判断着当前井下的生产状态。在这里，全矿安全生产各类实时数据一目了然，在三维模拟的形式下，井下生产更为立体、直观。综合调度、生产管理、机电管理、位置服务等模块系统多维关联，实现了综采设备的远程自动化控制及“监、管、控一体化”全流程数字化运行。

张慧指着调度指挥中心大屏幕说：“矿山云图智能决策大数据平台集中了煤矿开采的各项数据，实现了数据、网络平台与应用系统的融合。通过三维模拟的形式，一分钟就可以掌握井下和井上安全生产环节的情况。你看，通过综合调度模块，可以实时了解工作面设备的开停状态；通过计量设备模块，盘区主风机等数据全部都能实时调取出来……有什么问题，一目了然，解决问题更方便、精准了。”

而同样在同忻矿调度室旁的数据中心控制室里，15 台各种数据采集电脑正在实时分析和采集井下的各种安全数据为调度中心的安全决策提供依据。

“‘数字化智慧调度管理中心’集成了一通三防、主扇运行、瓦斯抽放监测等24 个综合安全监测监控系统的数据，井上井下完全远程集中自动化控制，安全全面可控。”同忻矿智能化系统研发负责人陈军介绍说。同忻矿开发了设备终身数据库，设备维检人员通过设备信息APP，就可自动采集、统计、分析和反馈设备实时运行数据，并精准、快速地查明设备故障原因、消除了安全生产隐患。我们还通过数据比对，对实际生产过程中各种详细数据进行分析研究后，先后分析完成了智能化工作面矿压监测及顶板断裂位置研究、特厚煤层坚硬顶板条件下孤岛工作面小煤柱留设宽度的研究应用和智能化工作面顶板断裂方式及矿压规律研究等技术理论。安全管理人员依据所采集的大数据，进行总结、分析，创新实施了采用“三支架+木垛”联合尾巷支护方案、围岩压力和围岩变形在线远程实时监测、锚杆组合间合理排距等工作新方法，创造近千万元经济效益的同时，实现了矿井“‘管控营’一体化、安全可靠化、管理高效化、效益最大化”。此外，安全生产过程中的各种大数据，还为矿井“工作面地面覆盖层打孔抽排瓦斯”“煤水共采、废热利用”等重点项目实施提供了可靠的方案依据。

“路线图”打造智慧矿山“排头兵”

5G 赋能智慧矿山，是当前煤炭产业与时代同频共振，实现转型发展的重要途径。晋能控股集团坚持以“六新”突破为牵引，按照山西省委“四为四高两同步”的总体思路和要求，重新梳理了智慧矿山建设思路,立足当前、规划未来,制定了智慧矿山建设“路线图”，确保5G+智慧矿山建设做到统筹规划、合理布局、推进有序，推动企业高质量转型发展。

“我们计划通过三年来打造5G+智慧矿山。2020年，重点完善综合自动化、基础平台及应用系统，建成统一完备的传输网络、数据管理平台、系统平台、智能分析平台；2021 年，深度融合自动化与信息化，提升矿山智能化的应用水平；2022 年，完成智能分析、智能联动、智能决策平台软件的应用，最终实现矿井‘管控营’一体化、安全可靠化、管理高效化、效益最大化的目标。”同忻矿信息中心副主任宋春儒说。

同样，根据智慧矿山建设规划，塔山矿计划通过40 个项目、3 年时间来完成智慧矿山建设。

目前，晋能控股集团正围绕矿山智慧大脑综合基础平台、智能装备和机器人、煤矿大数据三大方向，构建起5G+万兆工业环网有线无线双网融合的网络大平台基础。规划建设一个集数据实时共享、各专业快速联动于一体的智能化调度指挥中心，使其成为智慧矿山的‘大脑’。同时，依托5G+智能化联创实验室，规划在人工智能、工业机器人应用、工业物联网、智慧能耗管理、基于无人驾驶的井下智慧交通、基于万物互联的煤矿大数据分析等方面，深入开展5G+研究，切实推动人工智能技术与现代煤炭开发利用的深度融合，全面推进“5G+智慧矿山”建设，全面打造具有自主感知、自主决策的集成智慧矿山示范矿井。