華為成立“煤炭軍團”，看5G如何賦能老行業(yè)？

5G作為數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心技術(shù)之一，無疑是“煤礦軍團”進軍煤炭行業(yè)中的重要武器。

春節(jié)前的2月9日，山西省政府、華為、晉能控股等單位聯(lián)合成立“智能礦山創(chuàng)新實驗室”。在今年1月，華為成立了“煤礦軍團”后，將產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)研究、產(chǎn)品研究、市場交付組合在一起，縮短產(chǎn)業(yè)鏈條，快速適應需求，通過技術(shù)創(chuàng)新，推動煤炭行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

5G作為數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心技術(shù)之一，無疑是“煤礦軍團”進軍煤炭行業(yè)中的重要武器。煤炭行業(yè)已有數(shù)千年歷史，如今也在不斷推進技術(shù)創(chuàng)新，在各類ICT技術(shù)加持下，這一古老行業(yè)正在發(fā)生漸進式的變化。

雖然能源結(jié)構(gòu)在優(yōu)化，但煤炭依然事關(guān)國計民生

能源關(guān)系國計民生、關(guān)系經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展和國家安全，能源瓶頸直接會影響一國經(jīng)濟增長和人民基本生活。目前，中國已成為全球最大的能源生產(chǎn)和能源消費國，能源生產(chǎn)和消費機構(gòu)在持續(xù)優(yōu)化，建設多元清潔的能源供應體系已成為共識。不過，我國是一個“富煤、缺油、少氣”的國家，煤炭對國計民生影響非常大。

根據(jù)國家統(tǒng)計局發(fā)布的數(shù)據(jù)，2019年中國一次能源生產(chǎn)總量達39．7億噸標準煤，其中煤炭仍是保障能源供應的基礎(chǔ)能源，占一次能源生產(chǎn)的比重高達68．6%。從以下數(shù)據(jù)可以看出，近年來我國非化石能源的產(chǎn)量逐年增長，但煤炭生產(chǎn)依然占據(jù)能源總量60%以上。

中國能源生產(chǎn)情況（來源：國家統(tǒng)計局）

從消費測來看，2019年中國能源消費總量為48．7億噸標準煤，而其中煤炭消費占能源消費總量比重為57．7%，相比2012年降低了10．8個百分點。近年來，我國在降低煤炭使用量，減少碳排放方面成果顯著，2018年，我國煤炭消費比重首次降至60%以下。

中國能源消費情況（來源：國家統(tǒng)計局）

可以看出，雖然中國能源的生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，但不論從哪個角度來看，煤炭依然在能源市場中占據(jù)絕對高的份額，因此煤炭的生產(chǎn)對于整個能源市場具有舉足輕重的作用。

自然資源部發(fā)布的《中國礦產(chǎn)資源報告2020》顯示，中國探明的煤炭儲量為1．7萬億噸，且每年還有新增探明儲量。若以每年消費50億噸計算，現(xiàn)有煤炭儲量可使用超過300年。

在2020年12月18日閉幕的中央經(jīng)濟工作會議上，“做好碳達峰、碳中和工作”被列為2021年的重點任務之一。在這一背景下，未來煤炭在我國能源體系中所占的比重還將繼續(xù)降低。不過，在未來一段時期內(nèi)，我國的能源需求總量仍會增加，可再生能源產(chǎn)能無法滿足14億人和數(shù)千萬企業(yè)的用能需求，煤炭、石油等化石能源依然是保障能源供需平衡和經(jīng)濟社會發(fā)展的核心組成部分，因此短期內(nèi)還不具備實現(xiàn)可再生能源對煤炭供能全替代的條件。

在中國工程院院士劉中民看來，即使煤炭在能源消費比重中逐年降低，但煤炭擁有豐富的碳資源，作為化工原料，發(fā)展空間廣闊，煤化工能夠生產(chǎn)多種化工、能源產(chǎn)品，相比于燃燒供能，碳排放有所降低。過去幾年，我國煤制烯烴、油、天然氣等的生產(chǎn)能力顯著提高。當前，又積累了一批新的核心技術(shù)，開展了眾多示范項目，具備了構(gòu)建產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)。未來，隨著科技的發(fā)展與進步，煤炭作為化工原料的潛力將會進一步挖掘和提升。

因此，提升煤炭生產(chǎn)的技術(shù)水平，事關(guān)未來國內(nèi)能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和化工產(chǎn)業(yè)競爭力，用ICT技術(shù)提升煤礦數(shù)字化水平就是面向這一領(lǐng)域的革新。

千年古老行業(yè)，科技助力發(fā)展

我國不但是煤炭消費大國，而且對于煤炭開采已有幾千年的歷史，是世界上最早發(fā)現(xiàn)和利用煤炭的國家之一，早在春秋戰(zhàn)國時期，煤已成為一種重要產(chǎn)品，用于冶煉、燃料等，煤炭開采自然也有悠久的歷史。根據(jù)相關(guān)史料記載，西漢至魏晉南北朝，出現(xiàn)了一定規(guī)模的煤井和相應的采煤技術(shù)，采煤技術(shù)在這一時期已發(fā)展起來。

隨著煤炭在日常生產(chǎn)生活中重要性提升，煤炭開采的技術(shù)和安全問題也受到重視。明代已知煤層內(nèi)有瓦斯，稱為“毒氣”、“毒煙”，也有一些排引瓦斯的方法，明末《天工開物》一書系統(tǒng)的記載了我國古代煤炭開采技術(shù)，包括地質(zhì)、開拓、采煤、支護、通風、提升以及瓦斯排放等技術(shù)，說明當時的采煤業(yè)已發(fā)展到一定的規(guī)模了。

生命無價，安全問題一直都是煤礦生產(chǎn)的頭等大事。近年來，我國煤礦安全生產(chǎn)工作成效顯著，根據(jù)中國煤炭工業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)，2020年我國煤礦發(fā)生死亡事故122起、死亡225人，同比減少48起、91人，分別下降28．2%和28．8%。從歷史數(shù)據(jù)來看，近年來煤礦安全事故和人員傷亡數(shù)量持續(xù)降低。

過去10年全國煤礦事故數(shù)據(jù)（來源：中國煤炭工業(yè)協(xié)會）

然而，煤礦依然是高危工作場所，安全隱患不確定性很大，在危險場所無人或盡量減少人員是提升生產(chǎn)安全的主要手段。一直以來，煤礦的技術(shù)進步基本上都是在提升生產(chǎn)效率的同時大幅度減少危險場所人員，當前煤礦智能化是解決這一問題的重要抓手。

2020年3月，國家發(fā)改委等8部委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見》，提出煤礦智能化是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐，將人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、機器人、智能裝備等與現(xiàn)代煤炭開發(fā)利用深度融合，形成全面感知、實時互聯(lián)、分析決策、自主學習、動態(tài)預測、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)，實現(xiàn)煤礦開拓、采掘（剝）、運輸、通風、洗選、安全保障、經(jīng)營管理等過程的智能化運行，對于提升煤礦安全生產(chǎn)水平、保障煤炭穩(wěn)定供應具有重要意義。

舉例來說，智能化采掘工作面的應用是近年來提升效率和安全生產(chǎn)的重要舉措，2015年全國煤礦僅有3個智能化采掘工作面，到2020年增至494個，已有采煤、鉆錨、巡檢等19種機器人在煤礦現(xiàn)場實施應用，形成“有人巡視、無人操作”的智能開采新模式。

又如，2019年以來，華為與山西煤炭行業(yè)多個合作伙伴進行了智能化轉(zhuǎn)型探索，就推出了智能礦山聯(lián)合解決方案，依托本次成立的智能礦山創(chuàng)新實驗室，還將在井下攝像頭“自清潔”技術(shù)、井下無線低頻傳輸、風險提前預判技術(shù)等方面進行創(chuàng)新突破，實現(xiàn)煤礦固定場所無人值守、關(guān)鍵環(huán)節(jié)機器人替代等，目標是讓智能化采煤工作面人數(shù)減少60%，山西全省井工煤礦單班入井人數(shù)減少10-20%，并實現(xiàn)井下“三無一減”，也就是無安全事故、無人值班、無人巡檢、配置減員。

發(fā)揮5G的作用，解決煤礦智能化痛點

《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見》提出了三階段的目標，包括：

到2021年，建成多種類型、不同模式的智能化示范煤礦，初步形成煤礦開拓設計、地質(zhì)保障、生產(chǎn)、安全等主要環(huán)節(jié)的信息化傳輸、自動化運行技術(shù)體系，基本實現(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。

到2025年，大型煤礦和災害嚴重煤礦基本實現(xiàn)智能化，形成煤礦智能化建設技術(shù)規(guī)范與標準體系，實現(xiàn)開拓設計、地質(zhì)保障、采掘（剝）、運輸、通風、洗選物流等系統(tǒng)的智能化決策和自動化協(xié)同運行，井下重點崗位機器人作業(yè)，露天煤礦實現(xiàn)智能連續(xù)作業(yè)和無人化運輸。

到2035年，各類煤礦基本實現(xiàn)智能化，構(gòu)建多產(chǎn)業(yè)鏈、多系統(tǒng)集成的煤礦智能化系統(tǒng)，建成智能感知、智能決策、自動執(zhí)行的煤礦智能化體系。

煤礦智能化的實現(xiàn)，是多種技術(shù)融合的產(chǎn)物，而5G在這個過程中解決了多個痛點。

2020年4月，山西陽泉煤業(yè)集團新元公司井上井下5G網(wǎng)絡開通并完成全部優(yōu)化工作，建成了全國首個5G煤礦專網(wǎng)。采用5G專網(wǎng)，主要解決煤礦智能化過程中的幾個痛點：生產(chǎn)設備和人員時刻移動，有線無法保障;煤礦設備控制低時延高可靠，4G、WiFi無法滿足;視頻和設備海量數(shù)據(jù)上傳。

陽煤相關(guān)人員總結(jié)采用5G后帶來新的變化包括：

井上看清井下——和4G網(wǎng)絡小于20Mbps的上行帶寬相比，新元公司5G專網(wǎng)具有超千兆上行帶寬，使單站擁有同時傳送50路以上4K高清畫面的能力，結(jié)合視頻智能AI分析技術(shù)，讓技術(shù)人員“身臨其境”。

井上控制井下——相較于4G網(wǎng)絡、WIFI網(wǎng)絡大于50ms的時延，5G網(wǎng)絡小于20ms的低時延、快切換和抗干擾、高可靠的能力，使遠程控制成為現(xiàn)實。

末端設備輕松“剪辮子”——借助5G網(wǎng)絡，職工可以輕松“剪”掉井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)末端的設備通信線纜，同時方便移動設備。

井下萬物互聯(lián)、多網(wǎng)歸一、統(tǒng)一運算——5G網(wǎng)絡海量連接和大帶寬的特性，使井下每個系統(tǒng)一張網(wǎng)、信息互相隔離的情況成為過去。

除了井下外，露天礦卡裝卸、運輸過程也實現(xiàn)了5G應用。2020年10月，在國家能源集團神寶能源露天煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場，5臺無人駕駛礦用自卸卡車逐一自動與挖掘機對位裝車，實現(xiàn)了裝運排一體化運行作業(yè)，標志著世界首個極寒工況5G+220噸無人駕駛礦用自卸卡車編組項目成功運行。

實際上，大量廠商已經(jīng)盯上了礦區(qū)無人化解決方案，相對于公共交通的無人駕駛方案，礦區(qū)這種封閉、路線固定的場所實現(xiàn)無人化比較容易。更為重要的是，全國礦主每年要在物料運輸上支付上百億的人力成本，而這些人工還不能很好解決運輸安全和效率問題，因此，礦主愿意為自動駕駛付費。多年前，海外一些廠商如美國的卡特彼勒、日本的小松就把自己的自動駕駛礦用車投放在澳大利亞和智利等地，形成成熟商業(yè)模式。因此，這一領(lǐng)域不僅有技術(shù)可行性，還有商業(yè)可行性。

當然，5G在煤礦中的應用并非一帆風順，不僅僅需要做好移動通信本身的工作，更需要整個涉及煤礦產(chǎn)業(yè)鏈的配合。舉例來說，為了滿足煤礦場景要求，相關(guān)各方聯(lián)合開發(fā)了防潮、防塵、防爆、小型化且上下行帶寬配比為3:1的無線基站;井下4K攝像頭、手機終端、CPE等均滿足煤礦防爆和可靠性的要求;5G專網(wǎng)系統(tǒng)需要獲得國家礦用安全標準認證方可進行推廣。

5G賦能千行百業(yè)不是一句口號，需要深入到各行業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營流程中，去優(yōu)化甚至改變核心生產(chǎn)經(jīng)營流程。煤礦智能化提出了到2035年的三階段目標，可以看出煤礦智能化是一個漸進式持續(xù)演進的過程，這一過程中需要5G等ICT技術(shù)的賦能，注定也是一個“長跑”的過程。5G在行業(yè)應用處于導入期，業(yè)界還需足夠耐心，因為面對的可能是一個已存在數(shù)千年的古老行業(yè)。

責任編輯：haq