5G技術(shù)開啟智能礦山新時(shí)代:無人礦山將成為趨勢(shì)

當(dāng)前，全球礦業(yè)正在經(jīng)歷新的革命，5G、人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)促使采礦全面邁入遙控化、智能化乃至無人化階段。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國資源開發(fā)逐步進(jìn)入深部，超過1500米的金屬礦山近50座，未來15年內(nèi)，三分之一的金屬礦山將進(jìn)入1500米，深部開采難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高、生產(chǎn)效率低。發(fā)展智能化乃至無人化采礦技術(shù)，革新礦山開采模式，減少井下人員，提高生產(chǎn)效率與安全性，是我國資源開發(fā)尤其是深部資源開采的必然選擇和必經(jīng)之路。5G技術(shù)憑借大帶寬、廣連接、低時(shí)延的特性，正成為助力工業(yè)企業(yè)加速采用智能制造的關(guān)鍵技術(shù)，“5G﹢智能礦山”正受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。

5G﹢智能礦山:實(shí)現(xiàn)礦山全流程數(shù)字化

何為“智能礦山”?中國礦業(yè)聯(lián)合會(huì)智能礦山工作委員會(huì)執(zhí)行秘書長張?jiān)硎荆爸悄艿V山”是采用人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、地理信息技術(shù)(RS/GIS/GNSS)、虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)、智能機(jī)器人、軌道交通、無線通信、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)軟件、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、高端裝備制造等高新技術(shù)，應(yīng)用于礦山生產(chǎn)的各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)礦山全流程、全生命周期的數(shù)字化與智能化，是工業(yè)化與信息化的有機(jī)結(jié)合和新的發(fā)展階段，是“互聯(lián)網(wǎng)﹢礦山”的本質(zhì)體現(xiàn)，其終極目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“無人礦山”。

智能礦山總體框架為構(gòu)建面向“礦山規(guī)劃-地質(zhì)建模-采掘計(jì)劃-采礦設(shè)計(jì)-采礦作業(yè)(落礦-出礦-運(yùn)輸-提升)-選礦(破碎-球磨-浮選-濃密-脫水)-尾礦充填-尾礦排放”全流程、以“礦石流”為主線的高度集成化、智能化、扁平化的礦山生產(chǎn)經(jīng)營管理模式。今年以來，山西陽煤集團(tuán)、焦煤集團(tuán)，內(nèi)蒙古包鋼集團(tuán)等領(lǐng)先企業(yè)與基礎(chǔ)電信企業(yè)深入合作，在山西龐龐塔礦井、內(nèi)蒙古白云鄂博礦區(qū)等地開展了應(yīng)用5G技術(shù)支撐礦山轉(zhuǎn)型升級(jí)的積極探索，例如實(shí)現(xiàn)礦卡無人駕駛，提高礦車作業(yè)效率，減少現(xiàn)場人員數(shù)量，提升礦區(qū)生產(chǎn)作業(yè)的安全性。

不過，國內(nèi)智能礦山研究與開發(fā)起步較晚，一些技術(shù)裝備水平較低的中小型礦山開展智能化建設(shè)難度較大?？傮w來看，在國際競爭方面，外部環(huán)境嚴(yán)峻復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)面臨下行壓力，經(jīng)營競爭全面國際化;資源轉(zhuǎn)向深部，開采難度變大，開采成本上升;人才短缺，人員老齡化嚴(yán)重，技術(shù)人才短缺;環(huán)保要求提高，安全形勢(shì)緊迫。

中國科學(xué)院院士何滿潮表示，煤炭是我國戰(zhàn)略支柱能源，傳統(tǒng)采煤方法面臨的問題有資源損失大，巷道掘進(jìn)量大、成本高，絕大多數(shù)安全事故發(fā)生在回采巷道，造成生態(tài)破壞。這需要借助5G等新技術(shù)改進(jìn)傳統(tǒng)工藝，實(shí)現(xiàn)全礦井智能化控制、自動(dòng)采煤、智能決策。

今年4月，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委、自然資源部三部門聯(lián)合發(fā)布了《有色金屬行業(yè)智能工廠(礦山)建設(shè)指南(試行)》。立足有色金屬行業(yè)智能制造“工業(yè)2.0補(bǔ)課、工業(yè)3.0普及、工業(yè)4.0示范”的建設(shè)思路，針對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字化改造與建設(shè)、基于業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)的智能生產(chǎn)系統(tǒng)建設(shè)、基礎(chǔ)服務(wù)型制造的智能服務(wù)應(yīng)用建設(shè)和基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)四個(gè)方面提供了指導(dǎo)。

結(jié)合我國礦山開采環(huán)境復(fù)雜、安全管理壓力大、多元素資源共生等特點(diǎn)，在礦山已有自動(dòng)化、信息化建設(shè)基礎(chǔ)上，推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G、邊緣計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)等前沿技術(shù)在有色金屬礦山的應(yīng)用。尤其值得強(qiáng)調(diào)的是，中國的5G發(fā)展全球領(lǐng)先，帶來經(jīng)濟(jì)發(fā)展新動(dòng)能。華為5G行業(yè)創(chuàng)新部部長王法表示，80%的5G基站和5G用戶在中國，80%的5G行業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用在中國。5G帶來多維度能力升級(jí)，移動(dòng)通信技術(shù)第一次與采礦行業(yè)深度結(jié)合，全新的5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)滿足行業(yè)的高要求，構(gòu)建生產(chǎn)業(yè)務(wù)不出園、網(wǎng)絡(luò)自主運(yùn)營、業(yè)務(wù)自主開發(fā)、行業(yè)系統(tǒng)無縫對(duì)接四大關(guān)鍵能力。由此建成本質(zhì)安全、資源集約、綠色高效的智能礦山，促進(jìn)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、高質(zhì)量發(fā)展，全面提升企業(yè)的綜合競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力。

我國礦山智能化建設(shè)的熱情雖然很高，但由于受地質(zhì)條件、裝備水平、管理模式的影響，其智能化發(fā)展的重點(diǎn)將有所不同。在生產(chǎn)過程自動(dòng)化、智能化方面，對(duì)大部分礦山而言，將以自動(dòng)化、遙控化為目標(biāo)，如臺(tái)車、鏟運(yùn)機(jī)將采用遙控作業(yè);在少數(shù)有條件的礦山進(jìn)行鑿巖、出礦設(shè)備的自主運(yùn)行試驗(yàn)。針對(duì)礦山鑿巖、裝藥、出礦、支護(hù)、溜井放礦、運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)地點(diǎn)分散、動(dòng)態(tài)性強(qiáng)的作業(yè)，建設(shè)采礦裝備作業(yè)過程智能控制系統(tǒng)，達(dá)到主生產(chǎn)作業(yè)或危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程遙控作業(yè)、現(xiàn)場無人少人化的目的。在生產(chǎn)管控、經(jīng)營管理方面，隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，特別是5G技術(shù)的廣泛應(yīng)用，智能管理、智能決策將得到廣泛應(yīng)用。為此，將5G等“技術(shù)支點(diǎn)”連成“線”、鋪成“面”，助力智能礦山建設(shè)，推動(dòng)新礦山時(shí)代的到來。

5G賦能未來礦山:無人礦山將成為趨勢(shì)

溯源煤炭開采的發(fā)展歷程，從生產(chǎn)依賴大量人力和大型機(jī)械開采設(shè)備的傳統(tǒng)礦山，到通過應(yīng)用軟件和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大型設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)字化，并對(duì)礦山生產(chǎn)全過程進(jìn)行數(shù)字化建模、仿真、評(píng)估和優(yōu)化的數(shù)字礦山，礦山行業(yè)正依托不斷升級(jí)的信息化技術(shù)向少人化、無人化方向轉(zhuǎn)型發(fā)展。

伴隨著5G商用賦能千行百業(yè)戰(zhàn)略的推進(jìn)，智能礦山將成為礦山發(fā)展的必由之路。智能礦山是以礦山數(shù)字化、信息化為前提和基礎(chǔ)，綜合系統(tǒng)工程、網(wǎng)絡(luò)、人工智能、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，使得礦山生產(chǎn)自主感知、自動(dòng)分析、快速處理，從而實(shí)現(xiàn)采礦設(shè)計(jì)、計(jì)劃、生產(chǎn)、調(diào)度、決策等過程的智能化。

礦山智能化離不開數(shù)據(jù)和信息的高效互聯(lián)互通，而礦山不同應(yīng)用場景的數(shù)據(jù)特點(diǎn)和傳輸需求差別很大，傳統(tǒng)的技術(shù)難以滿足差異化的需求。5G大帶寬、低時(shí)延、廣連接、高可靠的特性以及邊緣計(jì)算、切片技術(shù)等能力，為突破煤礦數(shù)據(jù)傳輸處理的瓶頸提供了技術(shù)支撐。

礦山行業(yè)長期存在的安全風(fēng)險(xiǎn)大、作業(yè)成本高、監(jiān)管缺手段、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)孤島等痛點(diǎn)問題亟待解決。目前多數(shù)礦井的智能控制都是基于有線網(wǎng)絡(luò)開展的，在移動(dòng)環(huán)境下有線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維麻煩，而且經(jīng)常斷線，無法保證有線網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，存在“有人維護(hù)可以使用，沒人維護(hù)就不能使用”的問題。信息通信企業(yè)積極探索5G技術(shù)優(yōu)勢(shì)，深入推進(jìn)5G融入智能礦山建設(shè)。

中國聯(lián)通5G智能煤礦瞄準(zhǔn)地下空間，攜手華為在山西焦煤龐龐塔煤礦開展5G井下規(guī)模化部署。井下南北區(qū)建立10個(gè)環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，并在井下800米部署近150個(gè)基站，覆蓋超100公里48個(gè)場景，有效覆蓋半徑為300米，上行速率為120Mbps，時(shí)延持續(xù)穩(wěn)定低于20ms，還在地面部署企業(yè)級(jí)核心網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)專網(wǎng)和公網(wǎng)隔離，通過配置提供特殊場景公網(wǎng)訪問。通過智能礦山項(xiàng)目建設(shè)，實(shí)現(xiàn)綜采工作面的人員由160人減至50人，瓦斯抽采人員減少25人。

在晉煤集團(tuán)趙莊煤業(yè)調(diào)度指揮大廳內(nèi)，隨著工作人員在控制臺(tái)輕輕地觸動(dòng)手柄，在距離地面數(shù)百米深的五盤區(qū)膠帶巷反掘工作面，EBZ260智能掘進(jìn)機(jī)在現(xiàn)場無人操作的情況下完成截割、移動(dòng)等動(dòng)作。這標(biāo)志著由中國聯(lián)通主導(dǎo)的全國首臺(tái)智能掘進(jìn)機(jī)通過5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制截割功能取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。

中國移動(dòng)針對(duì)行業(yè)痛點(diǎn)，打造了“1﹢1﹢4”智能礦山解決方案，即推動(dòng)1張礦山5G專網(wǎng)建設(shè)，覆蓋露天移動(dòng)專網(wǎng)、井下融合專網(wǎng);強(qiáng)化1個(gè)中國移動(dòng)礦山工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)核心能力，集成智能決策、生產(chǎn)管理、安全管理、移動(dòng)應(yīng)用等功能模塊，打通專業(yè)子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通道，為行業(yè)客戶實(shí)現(xiàn)綜合管控、數(shù)字化運(yùn)維提供支持;加速推廣4個(gè)礦山5G應(yīng)用場景，打造礦卡無人駕駛、無人化采掘、井下融合組網(wǎng)、高清視頻監(jiān)測(cè)四大應(yīng)用場景，滿足露天礦山、井下礦山的智能化建設(shè)需求。

5G將打通各生產(chǎn)要素，配合智能化技術(shù)滿足礦山生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能感知、泛在連接、實(shí)時(shí)分析、精準(zhǔn)控制等需求，實(shí)現(xiàn)少人、無人作業(yè)。隨著礦山行業(yè)智能化的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)通信連接等的要求也會(huì)逐步提高，5G時(shí)代全面監(jiān)控的無人礦山將成為未來趨勢(shì)。

5G遇見礦山:智能開采重塑生產(chǎn)模式

隨著新一代信息技術(shù)，特別是“大、云、移、物、智”等新技術(shù)的落地應(yīng)用，礦業(yè)行業(yè)不斷朝著智能控制和管理體系演進(jìn)，節(jié)省人力、提升效率、保障礦企安全生產(chǎn)，智能化正在引領(lǐng)傳統(tǒng)礦業(yè)生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

智慧供應(yīng)鏈以提升供應(yīng)鏈效率，降低供應(yīng)鏈管理成本為核心目標(biāo)，經(jīng)過近年來的高速發(fā)展，智慧供應(yīng)鏈作為企業(yè)核心競爭力，吸引著越來越多的企業(yè)加大投入力度。礦業(yè)企業(yè)具有獨(dú)特的屬性，地質(zhì)和地理基礎(chǔ)直接決定了礦業(yè)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益基礎(chǔ)，礦區(qū)建成投產(chǎn)后，管理的重點(diǎn)就集中在生產(chǎn)的延續(xù)性、效率和持續(xù)的成本控制。有了5G、AIoT等前沿技術(shù)的加持，礦業(yè)企業(yè)智慧供應(yīng)鏈應(yīng)用正在不斷完善，實(shí)現(xiàn)了全流程可視化、作業(yè)移動(dòng)化、流程自動(dòng)化、決策智能化、應(yīng)用人性化。由英諾森開發(fā)的礦企物資智慧供應(yīng)鏈平臺(tái)包含三大模塊——智能倉儲(chǔ)、需求管理以及統(tǒng)計(jì)分析模塊，覆蓋了需求提報(bào)、倉儲(chǔ)管理、平衡利庫、需求預(yù)測(cè)、多維度數(shù)據(jù)分析、物資全生命周期可視化管理等環(huán)節(jié)，有利于礦企提升物資管理的操作效率，打造一體化的物資供應(yīng)鏈，提升管理的智能化水平。

隨著智能礦山的建設(shè)，礦企采購的設(shè)備和系統(tǒng)越來越多。在大量的投資和沉重的運(yùn)維成本背后，一些問題逐漸浮出水面:功能齊全的生產(chǎn)管控平臺(tái)因無法獲取充足的生產(chǎn)數(shù)據(jù)而成為“浮云”;結(jié)構(gòu)復(fù)雜性能良好的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)成了視頻數(shù)據(jù)的“專用道”;裝修豪華的中控室成了大屏幕展示廳;可靠智能的無人值守控制系統(tǒng)成了“自動(dòng)化和信息孤島”;價(jià)格昂貴的進(jìn)口智能采礦設(shè)備生產(chǎn)能力低于國外平均水平……

針對(duì)這些問題，中國恩菲數(shù)字為礦業(yè)生產(chǎn)提供的一體化解決方案充分發(fā)揮了5G低時(shí)延、大帶寬、廣連接的特性，實(shí)現(xiàn)了全信息可視化、全流程數(shù)字化、全周期數(shù)字孿生，通過添加傳感設(shè)備完善信息收集能力，借助PON、5G、WiFi6等新一代通信信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)互通，并依賴數(shù)字融合和處理平臺(tái)來進(jìn)行生產(chǎn)過程優(yōu)化和控制執(zhí)行。

在采礦系統(tǒng)方面，恩菲數(shù)字提供的解決方案包含了智能、無人、遠(yuǎn)程遙控采礦設(shè)備，目前主要是鏟運(yùn)機(jī)、礦卡、破碎錘等。同時(shí)，輔助系統(tǒng)提供無死角的有線和無線網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，全面采集各項(xiàng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為采礦設(shè)備提供智能風(fēng)水電運(yùn)行條件。

在運(yùn)輸系統(tǒng)方面，首先，從礦石進(jìn)入高溜井到礦石提升至地表礦倉，全程采用有軌無人駕駛運(yùn)輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸整體環(huán)節(jié)的技術(shù)突破。其次，為控制平臺(tái)提供充足的數(shù)據(jù)，全面采集高溜井、卸載坑、中間緩沖礦倉礦石存量和進(jìn)入高溜井的礦石品位數(shù)據(jù)，統(tǒng)一協(xié)調(diào)和調(diào)度礦石運(yùn)輸全過程，解決各環(huán)節(jié)堵塞問題，實(shí)現(xiàn)礦石量和礦石品位雙穩(wěn)定運(yùn)輸。

在輔助系統(tǒng)方面，恩菲數(shù)字的全要素控管平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)供配電、控制、網(wǎng)絡(luò)三者的深度融合和范圍全覆蓋，從而讓礦企各個(gè)專業(yè)、設(shè)備、系統(tǒng)、流程、中段、班次之間的數(shù)據(jù)共享、智能診斷、大數(shù)據(jù)、自動(dòng)運(yùn)行、遠(yuǎn)程遙控成為可能，并通過全要素控管平臺(tái)替代傳統(tǒng)十幾個(gè)或幾十個(gè)子系統(tǒng)，加入工藝App即可實(shí)現(xiàn)工藝控制功能。