任正非宣布華為成立“煤炭軍團(tuán)”，5G如何賦能千年古老行業(yè)？
作者：趙小飛
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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(tuán)”進(jìn)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(shí)驗(yàn)室”。在今年1月，華為成立了“煤礦軍團(tuán)”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(yīng)需求，通過技術(shù)創(chuàng)新，推動(dòng)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(tuán)”進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jì)民生
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根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的數(shù)據(jù)，2019年中國一次能源生產(chǎn)總量達(dá)39.7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中煤炭仍是保障能源供應(yīng)的基礎(chǔ)能源，占一次能源生產(chǎn)的比重高達(dá)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(jì)局）
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從消費(fèi)測來看，2019年中國能源消費(fèi)總量為48.7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，而其中煤炭消費(fèi)占能源消費(fèi)總量比重為57.7%，相比2012年降低了10.8個(gè)百分點(diǎn)。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(fèi)比重首次降至60%以下。
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中國能源消費(fèi)情況（來源：國家統(tǒng)計(jì)局）
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可以看出，雖然中國能源的生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，但不論從哪個(gè)角度來看，煤炭依然在能源市場中占據(jù)絕對(duì)高的份額，因此煤炭的生產(chǎn)對(duì)于整個(gè)能源市場具有舉足輕重的作用。
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自然資源部發(fā)布的《中國礦產(chǎn)資源報(bào)告2020》顯示，中國探明的煤炭儲(chǔ)量為1.7萬億噸，且每年還有新增探明儲(chǔ)量。若以每年消費(fèi)50億噸計(jì)算，現(xiàn)有煤炭儲(chǔ)量可使用超過300年。
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在2020年12月18日閉幕的中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議上，“做好碳達(dá)峰、碳中和工作”被列為2021年的重點(diǎn)任務(wù)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(shí)期內(nèi)，我國的能源需求總量仍會(huì)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(jì)社會(huì)發(fā)展的核心組成部分，因此短期內(nèi)還不具備實(shí)現(xiàn)可再生能源對(duì)煤炭供能全替代的條件。
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在中國工程院院士劉中民看來，即使煤炭在能源消費(fèi)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(dāng)前，又積累了一批新的核心技術(shù)，開展了眾多示范項(xiàng)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(jìn)步，煤炭作為化工原料的潛力將會(huì)進(jìn)一步挖掘和提升。
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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。
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千年古老行業(yè)，科技助力發(fā)展
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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(hù)、通風(fēng)、提升以及瓦斯排放等技術(shù)，說明當(dāng)時(shí)的采煤業(yè)已發(fā)展到一定的規(guī)模了。
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生命無價(jià)，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(huì)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。
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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(huì)）
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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(xiǎn)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(jìn)步基本上都是在提升生產(chǎn)效率的同時(shí)大幅度減少危險(xiǎn)場所人員，當(dāng)前煤礦智能化是解決這一問題的重要抓手。
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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(dǎo)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(jì)算、大數(shù)據(jù)、機(jī)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(shí)時(shí)互聯(lián)、分析決策、自主學(xué)習(xí)、動(dòng)態(tài)預(yù)測、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煤礦開拓、采掘（剝）、運(yùn)輸、通風(fēng)、洗選、安全保障、經(jīng)營管理等過程的智能化運(yùn)行，對(duì)于提升煤礦安全生產(chǎn)水平、保障煤炭穩(wěn)定供應(yīng)具有重要意義。
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舉例來說，智能化采掘工作面的應(yīng)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(gè)智能化采掘工作面，到2020年增至494個(gè)，已有采煤、鉆錨、巡檢等19種機(jī)器人在煤礦現(xiàn)場實(shí)施應(yīng)用，形成“有人巡視、無人操作”的智能開采新模式。
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又如，2019年以來，華為與山西煤炭行業(yè)多個(gè)合作伙伴進(jìn)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(shí)驗(yàn)室，還將在井下攝像頭“自清潔”技術(shù)、井下無線低頻傳輸、風(fēng)險(xiǎn)提前預(yù)判技術(shù)等方面進(jìn)行創(chuàng)新突破，實(shí)現(xiàn)煤礦固定場所無人值守、關(guān)鍵環(huán)節(jié)機(jī)器人替代等，目標(biāo)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(shí)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(diǎn)
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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(shè)計(jì)、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(dòng)化運(yùn)行技術(shù)體系，基本實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)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(yuǎn)程監(jiān)控。
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到2025年，大型煤礦和災(zāi)害嚴(yán)重煤礦基本實(shí)現(xiàn)智能化，形成煤礦智能化建設(shè)技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)體系，實(shí)現(xiàn)開拓設(shè)計(jì)、地質(zhì)保障、采掘（剝）、運(yùn)輸、通風(fēng)、洗選物流等系統(tǒng)的智能化決策和自動(dòng)化協(xié)同運(yùn)行，井下重點(diǎn)崗位機(jī)器人作業(yè)，露天煤礦實(shí)現(xiàn)智能連續(xù)作業(yè)和無人化運(yùn)輸。
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到2035年，各類煤礦基本實(shí)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(dòng)執(zhí)行的煤礦智能化體系。
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煤礦智能化的實(shí)現(xiàn)，是多種技術(shù)融合的產(chǎn)物，而5G在這個(gè)過程中解決了多個(gè)痛點(diǎn)。
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2020年4月，山西陽泉煤業(yè)集團(tuán)新元公司井上井下5G網(wǎng)絡(luò)開通并完成全部優(yōu)化工作，建成了全國首個(gè)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(gè)痛點(diǎn)：生產(chǎn)設(shè)備和人員時(shí)刻移動(dòng)，有線無法保障；煤礦設(shè)備控制低時(shí)延高可靠，4G、WiFi無法滿足；視頻和設(shè)備海量數(shù)據(jù)上傳。
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陽煤相關(guān)人員總結(jié)采用5G后帶來新的變化包括：
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井上看清井下——和4G網(wǎng)絡(luò)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(shí)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”。
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井上控制井下——相較于4G網(wǎng)絡(luò)、WIFI網(wǎng)絡(luò)大于50ms的時(shí)延，5G網(wǎng)絡(luò)小于20ms的低時(shí)延、快切換和抗干擾、高可靠的能力，使遠(yuǎn)程控制成為現(xiàn)實(shí)。
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末端設(shè)備輕松“剪辮子”——借助5G網(wǎng)絡(luò)，職工可以輕松“剪”掉井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)末端的設(shè)備通信線纜，同時(shí)方便移動(dòng)設(shè)備。
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井下萬物互聯(lián)、多網(wǎng)歸一、統(tǒng)一運(yùn)算——5G網(wǎng)絡(luò)海量連接和大帶寬的特性，使井下每個(gè)系統(tǒng)一張網(wǎng)、信息互相隔離的情況成為過去。
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除了井下外，露天礦卡裝卸、運(yùn)輸過程也實(shí)現(xiàn)了5G應(yīng)用。2020年10月，在國家能源集團(tuán)神寶能源露天煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場，5臺(tái)無人駕駛礦用自卸卡車逐一自動(dòng)與挖掘機(jī)對(duì)位裝車，實(shí)現(xiàn)了裝運(yùn)排一體化運(yùn)行作業(yè)，標(biāo)志著世界首個(gè)極寒工況5G+220噸無人駕駛礦用自卸卡車編組項(xiàng)目成功運(yùn)行。
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實(shí)際上，大量廠商已經(jīng)盯上了礦區(qū)無人化解決方案，相對(duì)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(shí)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(yùn)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(yùn)輸安全和效率問題，因此，礦主愿意為自動(dòng)駕駛付費(fèi)。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(dòng)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。
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當(dāng)然，5G在煤礦中的應(yīng)用并非一帆風(fēng)順，不僅僅需要做好移動(dòng)通信本身的工作，更需要整個(gè)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證方可進(jìn)行推廣。
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5G賦能千行百業(yè)不是一句口號(hào)，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(biāo)，可以看出煤礦智能化是一個(gè)漸進(jìn)式持續(xù)演進(jìn)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(gè)“長跑”的過程。5G在行業(yè)應(yīng)用處于導(dǎo)入期，業(yè)界還需足夠耐心，因?yàn)槊鎸?duì)的可能是一個(gè)已存在數(shù)千年的古老行業(yè)。
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