5G下井，给煤矿带来什么?

在日前召开的全国煤矿智能化建设现场推进会上，具有快速赋能煤矿智能全场景优势的5G技术、5G+智慧矿山解决方案备受关注。

业界认为，煤矿智能化的目标是将人从危险的岗位上解放出来，实现“少人则安、无人则安”，而5G技术大带宽、高速率、低时延、低功耗的特征赋予了煤矿智能化快速发展的可能，这和实现煤矿本质安全的目标相一致，也是煤矿应用5G技术的主要动力所在。

5G给井下海量数据传输提供技术支撑

“5G技术对煤矿带来的最大影响，就是为煤矿智能化赋能，助力煤矿建成少人工作面或无人工作面，最终将人从繁重的、危险的场所解放出来，提高煤矿的本质安全水平。”中国安全生产科学研究院院长张兴凯在接受《中国煤炭报》记者采访时表示。

5G，即第五代移动通信技术，是最新一代蜂窝移动通信技术，也是继4G、3G和2G系统之后的延伸。

中国煤炭科工集团首席科学家、中国工程院院士王国法表示，5G技术最显著的大带宽、低时延、广连接的三大特点，正好契合了煤矿智能化发展需要更广泛数据接入、更大数据传输带宽和更低时延控制的支撑。

5G技术入井，实际上是在为井下特别是工作面海量数据上传搭建一条高质量的高速公路。没有这条高速公路支撑，井下设备的地面远程控制、工作面的少人无人也只能是空想。

以阳煤集团新元公司为例。以前，井下设备也有无线接入，时延、掉线、丢包现象严重，不安全也不可靠，不能进行远程操控。应用5G技术后，时延控制在20毫秒以内。通常人们能感知到的时延是100毫秒左右。也就是说，技术人员在地面操控设备感觉不到时延，跟在现场操作一样。

“以前，井下的人挥手，我们视频中看到的是‘慢动作’，现在看到的跟现场一样，感觉不到差别。”阳煤集团信息化部部长郑海山说。

目前，新元公司正在推进5G技术井下的三个场景应用。

一是综采系统智能化，在进风和辅助进风顺槽布设5G网络，实现两巷超高清视频、手机通信、刮板机监测数据接入等应用。

二是掘进系统自动化，在掘进巷道覆盖5G网络，通过掘进机加装5G传输模块，利用5G低时延特性，在地面及井下实现对掘进机的远程操作。

三是机电硐室无人巡检，对接煤矿机器人研发厂家，在机电硐室安装5G移动巡检机器人，实现设备现场超高清视频、语音、红外成像等数据的实时回传及设备运行故障的超前预判、预警。

“实现远程控制后，井下就能减人，人少了也就安全了。”郑海山说，“5G技术应用后，井下的岗位工能减下来。”

对于煤矿来说，安全无非两方面：一是人的安全，二是设备的安全。5G技术恰恰给煤矿安全赋予了两方面可能。

在人员安全方面，以5G技术为支撑，可以实现对人员的精准定位、精准预测、精准施救。

在设备安全方面，应用5G技术可以对设备实时监控、实时预警、远程诊断、超前预防，实现全生命周期管理。

在郑海山看来，5G技术在煤矿的应用，不仅解决了通话传输的问题，更主要的是提升综采掘进水平，提升机器人应用水平，提升井下环境监测水平，提升煤机装备整体水平，提升数据应用水平，提升煤矿综合管控水平。

5G技术的落地可有效解决煤矿生产现场海量数据及视频传输业务的瓶颈问题，包括水、火、瓦斯、顶板信息的精准预测预报、煤岩精准预测和探测、设备故障远程诊断和智能联动、智能巡检、无人值守、精准定位等应用场景。

“智能化技术是基于通信技术进行的一些应用，其中很关键的一项技术是信息传输技术。从某种程度上来说，信息传输技术的优劣、速度的快慢决定了智能化水平的高低。”太原理工大学教授、山西科达自控有限责任公司董事长付国军说。

在煤矿智能化朝着少人化、无人化方向快速推进的当口，人在地面操作，井下无人值守，就需要井下增加传感器和大量视频传输，以前需要人去看的，现在则需要通过视频实时查看。

“以大带宽、低时延、广连接为特征的5G技术恰好满足了煤矿井下移动场所的数据信息传输需要，成为煤矿智能化的一个技术支撑。”付国军说。

有序推进5G赋能煤矿智能全场景

5G技术在煤矿应用的广阔前景，激发了大型煤炭集团、科研院所、运营商、设备供应商等的极大热情。

煤矿井下地理条件复杂多变，在支护强度大、信号衰减快等特殊环境下，推广无线通信意义重大。5G技术在煤矿是刚需，是安全生产的坚强保障。

在全国煤矿智能化建设现场推进会上，华为企业业务副总裁、全球能源业务部副总裁孙福友透露，今年5月20日，华为做出一个重大战略决策——升级能源业务的战略定位，意味着未来华为的资源将持续不断地聚焦到能源领域。

“对于煤矿智能化来说，5G技术是来赋能的。高速公路修好了还要建服务区，要有车辆、监控设备等，需要5G各种应用场景的技术，后面的工作还有很多。”王国法说。

从技术发展的角度看，5G技术从研发之初就不仅仅是建设一张网而已，其核心要义在于对新一代信息技术的强有力支撑或者赋能。因此，建成5G网络不等于完成了5G建设，应用场景的规划和开发才是重头戏，而基于5G支撑的AI、云计算、大数据和物联网应用等恰恰是5G有用和应用赋能的具体体现。

“5G技术要为煤矿安全生产赋能，就必须与煤矿安全生产的理论、方法结合起来，必须跟煤矿的实际需求相结合，跟煤矿的理论相融合，融合在一起再创新，形成新的安全生产技术体系。我对它的定义叫‘安全技术再创新’。”张兴凯说，“比如，5G+自动化控制，除了5G技术，还涉及自动控制、设备制造、安全技术、智能化技术等，是若干项技术的融合。”

另外，煤矿井下环境恶劣，瓦斯、水、粉尘、顶板等灾害严重，5G通信设备跟煤矿其他设备一样，必须具备煤矿特定环境下工作的能力。一要防爆，二要防潮，三要防碰撞，四要防尘。

“煤矿井下空间有限，除了走人的地方、采煤的地方，剩下的都是墙壁，特定空间对无线通信系统会产生很大的影响。因此，在天线布置、理论算法上需要一套好的应用技术。”付国军表示。

实际上，5G概念已经远远超过了5G技术本身，要推进的是5G+，必须把5G技术跟大数据、人工智能、区块链，还有云计算、边缘技术、切片技术等融合到一起，才能真正赋能各种工业应用场景。

“推进5G+采煤+掘进+运输+巡检+信息的应用，通过5G技术构建起一个工业物联网的模式，最终实现安全生产和减人提效，这是我们煤矿追求的目标。”郑海山说。

在所有的工业应用场景中，煤矿是最复杂的。赋能煤矿智能化和煤矿本质安全，很多难题亟待解决。

王国法指出，一是适应井下条件的5G设备研发和安标认证标准问题，二是场景设计和落地问题，三是商业模式问题，四是思维模式的问题。

付国军认为，现在的组网模式主要是运营商主导下的，只是运营商将地面的5G公网搬到了煤矿井下，并不是真正意义上的煤矿核心专网。也就是说，煤矿的海量数据需要在运营商的核心网进行交换，不仅使5G技术信息传输的低时延特性受到影响，还牵涉信息安全和系统安全的问题。不管煤矿用4G技术还是5G技术，目的都是为了与生产直接贯通。一旦信息安全和系统安全问题解决不了，技术就没有了生命力。

张兴凯也表达了自己的担忧。他说，现在，把地面的5G网络搬到井下相对比较容易，但5G公网采用云存储，连接的又是煤矿井下生产系统，而井下瓦斯、水、火、顶板等灾害严重，一旦网络安全出现漏洞，将给井下的生产安全带来严重威胁。

“最好的办法，就是开发出适合煤矿应用的小型化的核心网，一要容量小型化，二要价格降下来。也就是说，要组一个网，成本上还得让煤矿能承受。”付国军说。

王国法表示，尽管5G在煤炭行业应用尚处于初级阶段，但在总的发展方向上是毋庸置疑的，推进煤矿5G应用要因地制宜，分类分批地进行，因地制宜分类分级地发展。

“5G在煤矿肯定是要推广应用的，这是世界发展的趋势，再往前一步就要发展5G+智能化+大数据。但是，目前5G技术在煤矿应用才刚刚开始，建议逐步推开，成熟应用，不要一哄而上。”张兴凯表示。

付国军持同样观点。他表示，煤矿企业要理性，因地制宜，要根据自身的智能化发展需求来决定用4G技术还是5G技术，但5G的研发应用不能降温。

可喜的是，山东能源集团日前发布了矿用高可靠5G专网系统，包括矿用5G核心网、5G基站、5G基站控制器、5G高可靠控制器、5G边缘计算控制器、5G智能手机等，采用矿用边缘计算控制技术进一步降低了时延。经井下采煤工作面实测，时延降低到6毫秒。