5G契合煤矿智能化建设需求

自2015年4月黄陵一矿开创综采工作面采场无人化采煤先河以来，我国煤矿智能化发展脚步不断加快，全国已建成300多个智能化工作面。但即便如此，目前，行业对煤矿智能化建设的定位是“仍处于初级阶段”。针对无人化工作面，多位煤矿总工程师也向记者直言“还不敢让其常态化地进行远程控制”。

煤矿智能化建设在发展过程中遇到了哪些问题?新基建下，5G热潮同样席卷煤矿，备受关注的5G到底能为煤矿做什么?带着这些问题，记者近日采访了中国煤炭科工集团开采科技创新中心智能开采室主任赵国瑞。

“可解决对应问题的技术才是我们需要的”——5G契合煤矿智能化建设需求

煤矿智能化要求煤矿主要系统具有自感知、自学习、自决策与自执行的基本能力，要实现这些能力，目前还有诸多问题有待解决。

“煤矿井下感知还没有全面化，不能满足智能角色的需求。”赵国瑞告诉记者，目前煤矿采集到最多的数据是设备本身的运行数据，环境、设备姿态等数据很少能采集到，不知道设备在环境中的位置和状态，就无法精准进行下一步决策。

赵国瑞指出，煤矿井下越来越多地使用高清摄像头，传输数据种类多、数量大，4G已无法满足这些数据的带宽要求。“同时，在目前以太网和4G架构下，延时可能是500毫秒也可能是2分钟，延时不可控使服务质量无法得到保障。这也是目前煤矿不敢常态化进行远程控制的重要原因。”

随着煤矿智能化程度不断提高，控制系统、传感系统的协同提出分布式计算的新需求。之前的模式是将收集到的数据上传，进行分析处理后再下达命令;智能化发展则需要在底层就进行协同，上传执行结果而不一定是数据本身。

煤矿智能化建设过程中遇到的这些问题，在4G条件下是无法解决的。“可解决对应问题的技术才是我们需要的，否则，再好的技术也不能选择。”赵国瑞表示，提及5G，大家都知道它大带宽、广连接、低延时的三大特点，却往往忽略了它的六大支撑技术，实际上，3+6才撑起了5G的系列应用场景。“5G可以解决上述问题，赋能煤矿智能化开采发展，契合煤矿智能化建设需求。5G+智能化煤矿，就是融合5G技术等新一代信息技术和人工智能技术，赋能并重塑煤炭生产的全过程。”

“如果用5G仅仅为了建网，完全没有必要”——“章鱼”构架改变了原有模式

“使用5G，主要是解决煤矿智能化发展过程中遇到的问题，而不是单纯地仅仅建一张5G网。”赵国瑞认为，仅为建网用5G完全没有必要，因为将5G应用于煤矿的过程，将带来诸多改变。

首先是网络传输模式的转变。以往网络传输模式是工业环网加井下无线网络，有很多受限之处：带宽上限只能达到1万兆，利用率较低，可靠性和服务质量不能保障，视频网、工业控制网等必须专线传输，带来重复建设和维护等一系列问题……而5G打破了这种模式，可以把工业环网和无线网络系统完全统一起来。

5G没有出现前，层级式架构将数据从底层传到顶层，经统一分析后再传送下来，集中控制处理数据，不仅带宽利用大、数据利用率低，系统响应也缺乏敏捷性。5G思维模式的转变可能带来行业颠覆式的变化——5G可以像章鱼一样全面感知系统，挖掘数据价值，按照应用场景划分对流程进行再造，即针对问题划分系统架构。赵国瑞告诉记者：“这种‘章鱼’架构特点是问题导向、微服务支撑、分布式决策，可有效提升数据利用率，在底层实现敏捷性控制和响应。”

同时，5G的应用，还将使智能化建设发生从单点到全局、从主从到分布式、从垂直线状到交叉网络的逻辑关系转变。

“从研发之初就考虑场景应用，5G可以实现网络价值的转变。”赵国瑞进一步指出，除了解决速度、带宽、接入点数等网络本身问题，能否将算力进行重新分配，将云端权力下放到边、端，进一步提升数据价值，是一种相互支撑的关系。此外，如果能解决脑力协同问题，将增强数据中心处理能力，拉近云端和终端之间的距离。“相当于我们使用手机时，把数据中心搬到手机上，实现强大脑、敏响应和广协同。”

“工业网与5G网不再是两张网”——用5G视角重塑产业运行方式

由于5G建设成本高、发热量大，煤矿在早期进行5G探索时，甚至有通讯领域的专家提出，5G不适合在煤矿使用。“面对种种问题，又无任何经验可循，煤矿5G建设需要很大魄力和多方协同。”赵国瑞介绍，目前有多个煤矿先行先试，在5G实践中的经验可圈可点。

张家峁煤矿创新性地建立了IPRAN的环网，将工业网与5G网融合，不再是独立的两张网，真正实现井上井下一张网;同时，在井下做了大量测试实验，验证了5G在井下是可以用的，为整个行业应用5G立了标杆。此外，庞庞塔煤矿，为煤矿全面建设感知网络奠定了基础;新元煤矿在数据传输和场景应用等方面为井下控制提供了参考;鲍店煤矿建立了行业内第一个5G专网，探索出了更为安全可靠的建网模式……

针对煤矿5G应用，目前从生产型矿井和新建煤矿提出两个建设路径。前者以场景化应用为核心进行5G网络改造，后者以5G重塑智能化煤矿建设，解决数据高效利用、算力分配、协同控制、敏捷响应等难题。赵国瑞指出，云网一体、云边协同、软硬融合将是煤矿5G未来发展趋势，云化部署、云边协同，将全面提升网络、业务自主性，实现行业系统无缝连接。

此外，赵国瑞还建议，在煤矿智能化建设过程中，一方面应加强5G+传感、传输、控制等技术终端的研发应用，支撑煤矿智能化的发展;另一方面要以5G视角重塑煤矿产业模式和运行方式，从顶层设计、算力分配、数据应用、协同决策和敏捷响应等各环节应用5G+新一代信息技术和人工智能技术，解决煤矿智能化发展中的难题;还应聚焦煤矿智能化，创新技术应用、商业模式和服务体系，将工具转化为生产力。