中兴通讯:走进中煤陕西大海则,在黄土高原解密数智煤矿
久居在面朝黄土背朝天的“沙漠之城”,他们不敢想象有一天会获得世界级嘉奖。2023世界移动通信大会上,大海则煤矿获全球移动通信系统协会(GSMA)颁发的“5G能源挑战奖”(5G Energy Challenge Award),这是全球5G能源行业唯一获奖的项目。请听一个关于几代“老矿井人”祈盼成真的故事。
“我坚决遵守安全法规,履行安全职责。”即将下矿的工作人员在班前会上宣誓,是必不可少的重要仪式。陈文(化名)从事这个行业十多年了,对于这一套流程,他稔熟于心。出发前家人叮嘱最多的,还是那句“平安回来”。在他来到大海则煤矿之前,他从没想过煤矿还有这样一种可能性。
穿戴好工作服、套鞋,安全帽,配备口罩、搜救器以及一枚定位器。陈文做这些工作时,一言不发。这是他这么多年工作养成的习惯,下矿前的安全准备工作需要精神高度集中。搭乘一种被称为“罐笼”的交通工具,仅需2分钟即可抵达地下640余米的井下。井下是宽阔的甬道,停着运送煤的无人驾驶货车。毫米波雷达、图像传感器、5G等尖端技术,在这座智能化矿井发挥着作用,这和人们想象中的地下煤矿不太一样。
湿喷机器人、喷浆机器人、自动化辅助接管机器人、自充电井筒巡检机器人以及应急侦测机器人等多种机器人辅助作业,这是地下640米的科技世界。
“很多年前,我们的工作环境确实艰辛。整个地下巷道是黑的,只能借助手电筒看清路。温度明显低于地面,尤其是在冬天,冷的人哆嗦。越往深处走,机械声和轰鸣声越大,各种各样的噪音。我时常告诉新人要警觉,巷道交错,脚下的障碍物也多。有些地方全是齐膝深的黑色积水。”大半辈子过去,在矿井下的传统作业经历成为他人生的一部分。而见证传统煤矿的转型与变革,成为这一代“老矿井人”的集体记忆。
煤矿作为传统支柱性能源,面临着企业转型升级、高质量低碳绿色发展的挑战和机遇,需要全面提升企业的综合竞争力和可持续发展能力。煤矿开采通常在地下进行,环境多变并具备复杂性,对安全监管造成了很大的难度。传统的井下工业控制环网、视频监控环网、安全监控环网三网偏重垂直,井下的数据不互通,业务难融合。智能化改造成为大势所趋。
2020年2月,《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》发布,要求具备条件的生产煤矿加快智能化改造。2021年6月,能源局、矿山安监局发布《煤矿智能化建设指南 (2021年版)》,表示坚持把煤矿减人、增安、提效和提高职工的幸福感与获得感作为智能化煤矿建设的根本目标,通过实施新一代信息技术提高煤矿智能化水平,促进煤矿安全、质量、效率与效益的稳步提升。
在榆林,一场智慧矿山的变革悄然而至。
大海则煤矿位于陕西省榆林市榆阳区西部,井田资源总储量47.86亿吨,设计可采储量31.85亿吨;井田地质构造简单,顶底板稳定,瓦斯含量低,开采条件优越,煤层赋存稳定。2020年,大海则煤矿入列国家首批智能化示范建设煤矿,是全国8家入围新建(改扩)智能化煤矿之一,中国中煤能源集团有限公司、中国煤炭科工集团有限公司、中国移动、中国广电、中兴通讯等多方结成战略合作伙伴,在这里进行了数智探索。
复杂地下环境的创新网
“摸着石头过河,一开始我们也不知道怎么做。建网,肯定是第一步。但在复杂的地下640米,建一张可以实现远程控制的网络,并不容易。而我们后来的突破,切切实实解决了大海则煤矿数智转型的网络问题,其中包含四大亮点。”中国移动通信集团榆林分公司米政谈到。
在大海则煤矿打造了国内首个无线基站700MHz+2.6GHz频段融合组网进行全矿井覆盖,并提供公网和煤矿专网两种5G网络接入方式,这个意义是重大的。首先,700MHz和2.6GHz混合组网巧妙地平衡了高频和低频的优势,成功降低时延35%,降低组网成本40%,并在不同场景中提供了更灵活的网络选择。2.6GHz具有较大带宽,适用于对带宽要求较高的场景,而700MHz虽然带宽略低,但覆盖距离较远,在成本和安全性方面更具优势,就好比出行根据实际路程需要,选择坐飞机或坐的士一样。
其次,利用5G-VoNR技术,在640余米深的地下,实现5G语音通话。第三,大海则煤矿率先采用了云网融合架构,实现了软件定义网络。这为煤矿提供了更加灵活的网络管理和维护方式。而在过去,煤矿如果需要一些特殊的功能,需要重新建设网络。
最后,大海则煤矿将核心网下沉至煤矿内部,确保了煤矿网络的独立性和稳定性。在外部网络中断的情况下,煤矿内部网络仍然能够正常运行,这对于5G在煤矿智能化安全生产中的重要性不言而喻。
“5G一旦接入煤矿智能化生产,作用不仅仅是视频监控、打电话。采矿、掘进都通过5G去控制,这样的场景下,网络中断一秒钟都不允许。一旦中断,一方面是经济损失,更重要的是人员安全。所以煤矿的网络要掌握在自己手中。”米政聊到核心网下沉对于煤炭行业的意义。
这些创新为煤矿行业提供了更加先进和可持续的解决方案,整个行业的效率和安全性得到提升。
智能综采变革
5G与大海则煤矿应用深度融合,带来了不少于20个岗位的无人值守,降低了每吨煤的成本12元,实现日产原煤6万吨。“数字化转型之后,我们煤矿的生产效率得到提升,而在最重要的安全性方面,无人则安。安全才是最大的效益”。中煤陕西大海则煤矿董事长兼总经理马冠超反复强调。
煤矿所有的核心工作基本都是围绕综采开展的,煤矿产能来源于综采。远离综采面,是智能综采变革的核心逻辑。
陈文的工作围绕着综采这一环,“过去我们是直接面对综采面支架的,一个班组十几个人,开采一刀煤得近一个半小时,平时要在井下上八个小时的班。在粉尘大、噪声大,到处都是黑暗的地底下呆8个小时,并不容易。数字化转型之后,我们的工作环境是在井下一辆特别长的装备车辆上,安全了很多,也远离了煤带来的空气粉尘。采煤机自动开采速度可达10m/min,8到9个人一个班组,开采一刀煤只需要四五十分钟”。煤矿数智变革的意义,他有亲身的感受。
综采数字化转型的第二阶段则是实施远程割煤,所有矿工到地面的调度室,穿着西装进行煤矿工作。“虽然大海则煤矿的测试表明这种方式是可行的,但由于井下环境的复杂性,仍然存在一些挑战。煤的硬度和参数各不相同,可能导致切割不够平整。因此,虽然煤矿工人可以在地面控制,但在井下仍需要通过视频监控来观察并调整综采面支架的位置”米政谈到。
据管理平台数据,采煤机自动化率超95%,整个综采平面自动化率达80%,采煤平面仅需几人操作即可。大海则煤矿在5G综采方面已经迈出了第一步,通过5G低延时特点,将煤机的位置信息、工作面信息实时传输,提高控制效率。
数智的煤矿应用
智能掘进是大海则煤矿数智转型的另一大典型应用。通过“以工作面自动控制为主,集控中心远程干预为辅”的自动化掘进模式,为井下安全、高效掘进提供了可靠的保障。提高月进尺效率20%,可达1000m/月,减少单班作业人员3人。
大海则煤矿搭建了全矿井煤流智能控制系统,平台涵盖智能调速、基于AI的增强保护、设备健康管理等相关内容的智能主运输监控管理平台,解决常规煤流线能耗高、生产效率低、运行不稳定、操作人员多、劳动强度大等问题。
数智的煤矿应用
地下640米的无人驾驶系统也是大海则煤矿的亮点。采用了融合5G高清视频、毫米波雷达、激光雷达、惯性导航等技术的无人驾驶系统,确保车辆运动控制的精度小于10cm。同时构建了井下辅助运输车辆的智能调度和智慧化运营系统,实现了车辆的高效调度、路径优化、安全行驶、精准停靠。这一切都旨在提高运输效率、确保安全,实现更智能化的矿山运营。
工业互联网在这座数智煤矿亦有体现。中兴通讯相关负责人谈到,大海则煤矿工业互联网平台不仅实现了全矿井安全生产、综合调度、集中管控、经营管理等多专业、多部门的协同应用,还建立了统一的数据库及标准的数据服务体系,实现了煤炭多系统业务数据资源的汇聚共享,有望提升整个煤矿业务的协同效率。
我们常常谈到的“科技向善”大抵如此,让矿工感受到安全与幸福,是一个煤矿走向数智化的题中之义。无人驾驶、远程割煤、多种机器人辅助作业······大海则煤矿以实实在在的成果,默默地改变了矿山行业的面貌。如水面下的冰山的一角,将5G与煤矿应用深度融合,我们看到了这个行业的更多可能性。黄土高原地底下的煤矿变革经验,将走向世界。
责任编辑:Yaodl
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