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釋出了F5G智慧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誌中心有限公司、中煤科工能源科技發展有限公司共同成立了“智慧礦山聯合實驗室”,標誌著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《智慧化煤礦驗收管理辦法(試行)》規範,為煤礦網路技術選擇給出了指引參考。
聚焦“煤礦智慧化”和“礦用網路技術”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慧化發展方向,認為F5G和網路硬切片技術是煤礦智慧化建設的關鍵技術,是礦井有線寬頻傳輸系統的必然選擇,將與5G協同,為煤礦智慧化構築一條通暢的資訊高速公路。
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,煤炭佔比均超過六成,是我國能源供應的壓艙石。大型化、智慧化、機械化是現代化煤礦發展的方向。為了加快煤礦智慧化建設,國家發改委、能源局等八部委聯合印發了《關於加快煤礦智慧化發展的指導意見》,目標就是促進智慧化技術與煤炭產業融合發展,提升煤礦智慧化水平,完善煤礦生產主要環節的資訊化傳輸和自動化執行技術體系,實現掘進工作面減人提效、綜採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端監控。
煤礦智慧化落腳點是安全,關鍵支撐是大頻寬、低時延、高可靠網路
煤礦智慧化是煤炭行業高質量發展的核心,其目標是採煤效率提升、生產安全升級和井下少人無人化。煤礦智慧化發展,是透過有線和無線寬頻網路、物聯網、GIS、人工智慧、大資料等技術,以新聯接技術為底座,達成煤礦全息業務的閉環執行體系,實現遠端控制和維護;智慧化的目標,在於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,智慧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,煤礦智慧化建設的目標,就是減人、提效、保安全;當務之急是建好煤礦資訊高速公路,為礦井監控、通訊、定位、監視、地面遠端控制等,提供大頻寬、低時延、高可靠、廣接入的資訊傳輸通道。
未來礦山需要全礦井一體化資訊傳輸網
在井下作業環境,涉及通訊與資訊互動的場景包含感測監控、排程通訊、人員和車輛定位及煤礦影片監視等,目前至少有礦用有線排程通訊網、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通訊網,至少有4張網,增加了網路部署和運維難度,增加了煤礦企業網路建設成本,需要更多的網路維護人員,不利於減少井下作業人員。如果採用同一張網路承載不同型別的業務,傳統網路採用QoS服務質量機制,一般情況下,可以保證最高優先順序應用的實時性和可靠性,但當多路介面訊號同時匯入且資料量大時,最高優先順序業務的質量也難以保證。
孫繼平教授認為,為簡化煤礦網路部署和維護,且實現監控、人員及車輛定位、影片和語音通訊等多種井下業務的高可靠承載,井下多張網路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通道上,每個通道分配一定的頻寬,不同業務可以分配不同的通道,通道之間互不影響,保證所有業務的高可靠、低時延承載。因此,礦山的智慧化建設,需要一張支援硬管道技術的全礦井一體化資訊傳輸網。
煤礦智慧化建設,F5G扮演著重要角色
井下網路技術面向未來發展,要滿足安全可靠、長距離、大頻寬和低時延的業務承載能力。基於光纖的網路在滿足以上需求的基礎上,透過無源分光器取代了傳統網路的匯聚層裝置,極大程度減少了危險環境中電火花風險,是未來井下通訊技術發展的必然方向。
由歐洲電信標準協會提出,F5G基於兩層點到多點網路架構,不同於傳統工業以太的逐層匯聚網路架構,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範圍內,都是由無源光器件組成,極大簡化了網路部署和運維,大幅提升了井下的安全性。基於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,實現了井下網路裝置全部本質安全。孫繼平教授認為,這是F5G在井下部署最核心的價值。
F5G融合了時分複用技術和波分複用技術,實現了端到端網路硬隔離,保障業務安全可靠承載。孫教授認為,具備硬管道能力的F5G技術將是礦井智慧化建設過程中新的主力網路方案,將是解決井下海量資料傳輸的重要選擇。透過F5G技術,可實現監控、人員及車輛定位、影片和語音通訊等業務的在一根光纖上的統一承載,F5G將協同網路硬切片和5G技術,搭建構築一條通暢的井下資訊高速公路。
礦井下生產作業環境,粉塵大、潮溼、狹小且照度低,井下網路故障發生時,人工排查和維護的難度較大。為了提升礦井網路運維效率,華為推出創新的DQ ORP方案,透過標記光路和無源光器件,基於影象識別點亮光纖網路,實現了光鏈路和器件的精準視覺化,井上對井下網路質量、斷纖位置等資訊一目瞭然,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係數。
煤礦井下環境惡劣、裝置維護困難。用於煤礦井下的網路裝置必須簡單、可靠、免維護、易維護。華為推出了預連線技術,可實現光器件在井下的快速連線,避免了井下光纖熔接機的使用,保證了井下網路部署的安全性。此外,煤礦工作面定期移動,尤其遠端控制類業務可能需要新增接入資訊節點,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方案和預連線方案是F5G技術結合煤礦應用的重要創新,會進一步加速技術普及。目前煤礦智慧化推進正處於示範礦建設階段,孫繼平教授針對技術應用給出了指導意見,認為場景融合、技術協同是礦山網路建設的方向,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於通訊,光纖感測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夥伴協同,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、陝煤化紅柳林煤礦、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慧化建設。（中國網）
來源： 中國網
