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布了F5G智能化煤礦應用方案和白皮書;在國家礦山安全監察局的見證下,雙方聯合中國煤科所屬安標國家礦用產品安全標志中心有限公司、中煤科工能源科技發展有限公司共同成立了“智能礦山聯合實驗室”,標志著F5G技術在煤炭行業的普及正式啟動。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)》規范,為煤礦網絡技術選擇給出了指引參考。

聚焦“煤礦智能化”和“礦用網絡技術”等話題,華為走訪了中國礦業大學(北京)原副校長孫繼平教授,孫教授闡述了煤礦智能化發展方向,認為F5G和網絡硬切片技術是煤礦智能化建設的關鍵技術,是礦井有線寬帶傳輸系統的必然選擇,將與5G協同,為煤礦智能化構筑一條通暢的信息高速公路。

　　孫繼平教授

煤炭是我國主要的能源,在一次能源生產和消費結構中,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、機械化是現代化煤礦發展的方向。為了加快煤礦智能化建設,國家發改委、能源局等八部委聯合印發了《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》,目標就是促進智能化技術與煤炭產業融合發展,提升煤礦智能化水平,完善煤礦生產主要環節的信息化傳輸和自動化運行技術體系,實現掘進工作面減人提效、綜采工作面內少人或無人操作、井下和露天煤礦固定崗位的無人值守與遠程監控。

煤礦智能化落腳點是安全,關鍵支撐是大帶寬、低時延、高可靠網絡

煤礦智能化是煤炭行業高質量發展的核心,其目標是采煤效率提升、生產安全升級和井下少人無人化。煤礦智能化發展,是通過有線和無線寬帶網絡、物聯網、GIS、人工智能、大數據等技術,以新聯接技術為底座,達成煤礦全息業務的閉環運行體系,實現遠程控制和維護;智能化的目標,在于實現智慧化分析決策和系統預測預判,釋放更大的生產力。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。孫繼平教授認為,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,為礦井監控、通信、定位、監視、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。

未來礦山需要全礦井一體化信息傳輸網

在井下作業環境,涉及通信與信息交互的場景包含傳感監控、調度通信、人員和車輛定位及煤礦視頻監視等,目前至少有礦用有線調度通信網、煤礦安全監控網和礦用工業環網3張網,如果煤礦井下使用5G,還需增加礦用5G通信網,至少有4張網,增加了網絡部署和運維難度,增加了煤礦企業網絡建設成本,需要更多的網絡維護人員,不利于減少井下作業人員。如果采用同一張網絡承載不同類型的業務,傳統網絡采用QoS服務質量機制,一般情況下,可以保證最高優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據量大時,最高優先級業務的質量也難以保證。

孫繼平教授認為,為簡化煤礦網絡部署和維護,且實現監控、人員及車輛定位、視頻和語音通信等多種井下業務的高可靠承載,井下多張網絡融合是未來的必然趨勢,而不同業務間需要實現硬管道的隔離能力。硬管道能力,是將不同業務隔離在多個信道上,每個信道分配一定的帶寬,不同業務可以分配不同的信道,信道之間互不影響,保證所有業務的高可靠、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。

煤礦智能化建設,F5G扮演著重要角色

井下網絡技術面向未來發展,要滿足安全可靠、長距離、大帶寬和低時延的業務承載能力。基于光纖的網絡在滿足以上需求的基礎上,通過無源分光器取代了傳統網絡的匯聚層設備,極大程度減少了危險環境中電火花風險,是未來井下通信技術發展的必然方向。

由歐洲電信標準協會提出,F5G基于兩層點到多點網絡架構,不同于傳統工業以太的逐層匯聚網絡架構,F5G的頭端節點部署在井上機房內,末端的光終端部署在井下,末端和頭端間長達數十公里的范圍內,都是由無源光器件組成,極大簡化了網絡部署和運維,大幅提升了井下的安全性。基于光纖無源免取電的優勢,華為在煤礦場景需求持續創新,推出了本安型F5G工業光終端,實現了井下網絡設備全部本質安全。孫繼平教授認為,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,實現了端到端網絡硬隔離,保障業務安全可靠承載。孫教授認為,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絡方案,將是解決井下海量數據傳輸的重要選擇。通過F5G技術,可實現監控、人員及車輛定位、視頻和語音通信等業務的在一根光纖上的統一承載,F5G將協同網絡硬切片和5G技術,搭建構筑一條通暢的井下信息高速公路。

礦井下生產作業環境,粉塵大、潮濕、狹小且照度低,井下網絡故障發生時,人工排查和維護的難度較大。為了提升礦井網絡運維效率,華為推出創新的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絡,實現了光鏈路和器件的精準可視化,井上對井下網絡質量、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。

煤礦井下環境惡劣、設備維護困難。用于煤礦井下的網絡設備必須簡單、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,尤其遠程控制類業務可能需要新增接入信息節點,華為光終端,即插即用免配置,降低了方案的技術門檻。

孫繼平教授認為,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,孫繼平教授針對技術應用給出了指導意見,認為場景融合、技術協同是礦山網絡建設的方向,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安全進一步升級。

持續引領產業創新,華為與煤科院等產業伙伴協同,推進F5G在煤礦大省的商用加速和生態構建。截至目前,F5G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,F5G的商用部署將持續推進煤礦智能化建設。（中國網）