作者/孫繼平 中國礦業(yè)大學（北京）原副校長、教授
作者介紹：二十多年來一直從事煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控與通信、安全生產(chǎn)信息化及煤礦電氣安全方面的研究和實踐，解決了一系列行業(yè)共性、關鍵性技術難題。
煤炭是我國主要的能源，在一次能源生產(chǎn)和消費結構中，煤炭占比均超過六成，是我國能源供應的壓艙石。大型化、智能化、機械化是現(xiàn)代化煤礦發(fā)展的方向。為了加快煤礦智能化建設，國家發(fā)改委、能源局等八部委聯(lián)合印發(fā)了《關于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見》，目標就是促進智能化技術與煤炭產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，提升煤礦智能化水平，完善煤礦生產(chǎn)主要環(huán)節(jié)的信息化傳輸和自動化運行技術體系，實現(xiàn)掘進工作面減人提效、綜采工作面內(nèi)少人或無人操作、井下和露天煤礦固定崗位的無人值守與遠程監(jiān)控。
煤礦智能化是煤炭行業(yè)高質量發(fā)展的核心，其目標是采煤效率提升、生產(chǎn)安全升級和井下少人無人化。煤礦智能化發(fā)展，是通過有線和無線寬帶網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)、GIS、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術，以新聯(lián)接技術為底座，達成煤礦全息業(yè)務的閉環(huán)運行體系，實現(xiàn)遠程控制和維護；智能化的目標，在于實現(xiàn)智慧化分析決策和系統(tǒng)預測預判，釋放更大的生產(chǎn)力。此外，智能化的另一個目標是解放人力，井下的工作人員越多，發(fā)生事故時遇險人員就越多，減少井下人員其實是個安全問題。煤礦智能化建設的目標，就是減人、提效、保安全；當務之急是建好煤礦信息高速公路，為礦井監(jiān)控、通信、定位、監(jiān)視、地面遠程控制等，提供大帶寬、低時延、高可靠、廣接入的信息傳輸通道。
在井下作業(yè)環(huán)境，涉及通信與信息交互的場景包含傳感監(jiān)控、調(diào)度通信、礦井人車位置通信及煤礦視頻監(jiān)視等，目前至少有礦用有線調(diào)度通信網(wǎng)、煤礦安全監(jiān)控網(wǎng)和礦用工業(yè)環(huán)網(wǎng)3張網(wǎng)，如果煤礦井下使用5G，還需增加礦用5G通信網(wǎng)，至少有4張網(wǎng)，增加了網(wǎng)絡部署和運維難度，增加了煤礦企業(yè)網(wǎng)絡建設成本，需要更多的網(wǎng)絡維護人員，不利于減少井下作業(yè)人員。如果采用同一張網(wǎng)絡承載不同類型的業(yè)務，傳統(tǒng)網(wǎng)絡采用QoS服務質量機制，一般情況下，可以保證最高優(yōu)先級應用的實時性和可靠性，但當多路接口信號同時匯入且數(shù)據(jù)量大時，最高優(yōu)先級業(yè)務的質量也難以保證。
為簡化煤礦網(wǎng)絡部署和維護，且實現(xiàn)監(jiān)控、礦井人車位置通信、視頻和語音通信等多種井下業(yè)務的高可靠承載，井下多張網(wǎng)絡融合是未來的必然趨勢，而不同業(yè)務間需要實現(xiàn)硬管道的隔離能力。硬管道能力，是將不同業(yè)務隔離在多個信道上，每個信道分配一定的帶寬，不同業(yè)務可以分配不同的信道，信道之間互不影響，保證所有業(yè)務的高可靠、低時延承載。因此，礦山的智能化建設，需要一張支持硬管道技術的全礦井一體化信息傳輸網(wǎng)。
煤礦智能化建設，F5G扮演著重要角色
井下網(wǎng)絡技術面向未來發(fā)展，要滿足安全可靠、長距離、大帶寬和低時延的業(yè)務承載能力。基于光纖的網(wǎng)絡在滿足以上需求的基礎上，通過無源分光器取代了傳統(tǒng)網(wǎng)絡的匯聚層設備，極大程度減少了危險環(huán)境中電火花風險，是未來井下通信技術發(fā)展的必然方向。
由歐洲電信標準協(xié)會提出，F(xiàn)5G基于兩層點到多點網(wǎng)絡架構，不同于傳統(tǒng)工業(yè)以太的逐層匯聚網(wǎng)絡架構，F(xiàn)5G的頭端節(jié)點部署在井上機房內(nèi)，末端的光終端部署在井下，末端和頭端間長達數(shù)十公里的范圍內(nèi)，都是由無源光器件組成，極大簡化了網(wǎng)絡部署和運維，大幅提升了井下的安全性。基于光纖無源免取電的優(yōu)勢，華為在煤礦場景需求持續(xù)創(chuàng)新，推出了本安型F5G工業(yè)光終端，實現(xiàn)了井下網(wǎng)絡設備全部本質安全，這是F5G在井下部署最核心的價值。
F5G融合了時分復用技術和波分復用技術，實現(xiàn)了端到端網(wǎng)絡硬隔離，保障業(yè)務安全可靠承載。具備硬管道能力的F5G技術將是礦井智能化建設過程中新的主力網(wǎng)絡方案，將是解決井下海量數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾x擇。通過F5G技術，可實現(xiàn)監(jiān)控、礦井人車位置通信、視頻和語音通信等業(yè)務的在一根光纖上的統(tǒng)一承載，F(xiàn)5G將協(xié)同網(wǎng)絡硬切片和5G技術，搭建構筑一條通暢的井下信息高速公路。
華為F5G技術在煤礦行業(yè)的應用
礦井下生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境，粉塵大、潮濕、狹小且照度低，井下網(wǎng)絡故障發(fā)生時，人工排查和維護的難度較大。為了提升礦井網(wǎng)絡運維效率，華為推出創(chuàng)新的DQ ORP方案，通過標記光路和無源光器件，基于圖像識別點亮光纖網(wǎng)絡，實現(xiàn)了光鏈路和器件的精準可視化，井上對井下網(wǎng)絡質量、斷纖位置等信息一目了然，目前光路診斷技術定位精度可達米級，減少了90%的井下維護時間，提升了運維工作的安全系數(shù)。
煤礦井下環(huán)境惡劣、設備維護困難。用于煤礦井下的網(wǎng)絡設備必須簡單、可靠、免維護、易維護。華為推出了預連接技術，可實現(xiàn)光器件在井下的快速連接，避免了井下光纖熔接機的使用，保證了井下網(wǎng)絡部署的安全性。此外，煤礦工作面定期移動，尤其遠程控制類業(yè)務可能需要新增接入信息節(jié)點，華為光終端，即插即用免配置，降低了方案的技術門檻。
華為推出的DQ ORP方案和預連接方案是F5G技術結合煤礦應用的重要創(chuàng)新，會進一步加速技術普及。目前煤礦智能化推進正處于示范礦建設階段，場景融合、技術協(xié)同是礦山網(wǎng)絡建設的方向，尤其有線和無線技術之間要做好場景互補；另外，隨著技術創(chuàng)新應用，光纖在礦井的應用將不止于通信，光纖傳感技術也將推動煤礦生產(chǎn)安全進一步升級。
后記：
2021年3月，中國煤科·煤炭科學技術研究院有限公司和華為技術有限公司共同發(fā)布了F5G智能化煤礦應用方案和白皮書；在國家礦山安全監(jiān)察局的見證下，雙方聯(lián)合中國煤科所屬安標國家礦用產(chǎn)品安全標志中心有限公司、中煤科工能源科技發(fā)展有限公司共同成立了"智能礦山聯(lián)合實驗室"，標志著F5G技術在煤炭行業(yè)的普及正式啟動。2021年下半年，國家能源局將F5G技術寫入了《智能化煤礦驗收管理辦法（試行）》規(guī)范，為煤礦網(wǎng)絡技術選擇給出了指引參考。
持續(xù)引領產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，華為與煤科院等產(chǎn)業(yè)伙伴協(xié)同，推進F5G在煤礦大省的商用加速和生態(tài)構建，截至目前，F(xiàn)5G礦山商用部署已超40個，包含延長石油巴拉素煤礦、陜煤化紅柳林煤礦、永煤陳四樓煤礦、貴州豫能新田煤礦等，F(xiàn)5G的商用部署將持續(xù)推進煤礦智能化建設。
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