如今，綠色智能已經成為世界煤炭工業的發展趨勢。從煤炭行業來看，我國現有煤礦5300多處，分布區域廣泛，開采地質條件復雜多變，煤礦智能化是煤炭工業高質量發展的核心技術支撐。

為了解決煤炭行業從粗放型轉變為集約型，煤炭的智能化已經搞了快十年了，其中出現了很多無法解決的難題，而5G技術的成熟，讓很多難題的解決方案成為可能。

5G已經成為智能煤礦當務之急

智能化煤礦就是要將物聯網、云計算、大數據、人工智能、自動控制、移動互聯網、智能裝備等與煤炭開發技術與裝備進行深度融合，形成全面自主感知、實時高效互聯、智能分析決策、自主學習、動態預測預警、精準協同控制的煤礦智能系統，實現礦井地質保障、煤炭開采、巷道掘進、主輔運輸、通風、排水、供電、安全保障、洗選運輸、生產經營管理等全過程的安全高效智能運行。“十三五”以來，我國煤礦智能化發展很快，煤礦智能化初步形成以采掘（剝）運主要系統減人提效、生產輔助系統無人值守、生產經營全面管控為主的智能礦能開采新模式，積極探索數字孿生、5G通信、工業互聯網等新一代信息技術的融合應用。但總體上還處于煤礦智能化發展的初級階段。

“十四五”期間乃至更長時期，碳依然是主流的能源，是社會經濟的穩定器和壓艙石，“十四五”煤炭科技創新發展的主要任務之一提出煤礦智能化與機器人發展，重點推廣智能無人綜采工作面、井下智能巡檢機器人、智能煤矸分選機器人、井下精確定位等先進適用技術。2020年3月，國家發展改革委、國家能源局等八部門聯合印發《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》，全面啟動煤炭行業新基建，進一步明確強調在礦山行業把5G、人工智能等新一代信息技術推進。5G的三大特性是大帶寬、低時延、廣連接，可以進一步助力礦山行業轉型升級。5G在峰值速率、移動性、網絡能力方面擁有巨大優勢，可以有效提升智能開采、智能掘進等應用場景控制水平，和監測數據傳輸可靠性、可維護性，能夠全面推動礦山行業信息化、自動化、智能化發展。

2021年6月7日，為落實黨中央、國務院相關部署要求，積極推進能源領域5G應用，國家發展改革委、國家能源局、中央網信辦、工業和信息化部聯合編制了《能源領域5G應用實施方案》。其中，對于“智能煤礦+5G”，方案提出，要建設煤礦井上井下 5G 網絡基礎系統，搭建智能化煤礦融合管控平臺、企業云平臺和大數據處理中心等基礎設施，打造“云—邊—端”的礦山工業互聯網體系架構。利用 5G 的高速率、低時延、大連接、高可靠等特性，重點開展井下巡檢和安防、無人駕駛等系統建設和應用，探索智能采掘及生產控制、環境監測與安全防護、虛擬交互等場景試點應用，促進智能煤礦建設。

不難看出，5G已經成為“十四五”規劃中的智能煤礦當務之急。

煤礦井下情況復雜，如何實現5G網絡？

在具體落實中，面對煤礦井下高煤塵、隧洞長、設備多、多徑干擾大等困難條件，如何實現5G無線網絡覆蓋？讓我們來聽聽來自生產一線的聲音。

日前，在“煤礦智能化升級與技術裝備研發新進展論壇”上，晉能控股集團塔山礦副總工張興發言表示，這里的關鍵就在于“進礦、下井和到面”三個環節。

首先，5G“進礦”有力支撐采礦行業的安全生產、提質增效、轉型升級，助力智慧礦山建設。

塔山礦是晉能控股集團千萬噸智能化礦山建設試點單位。截至目前，塔山礦已完成4個智能化綜放工作面的建設，礦井智能化工作面占比達到100%，智能化工作面日均出煤量達4.5萬噸，實現了效率、效益的雙提升。入選國家能源局、國家煤礦安全監察局首批智能化示范煤礦。2020年聯合中國聯通開始5G建設，礦井總計安裝5G基站128臺，已實現井上下5G信號全覆蓋。目前，在塔山煤礦，5G防爆手機通話、5G高速網絡的高清工業視頻、智能視頻分析平臺、巡檢機器人、NB無線傳感器等“5G+”應用均已實現。

其次，5G“下井”是指利用提升井下環境實時監測分析能力，實現“掌上巡檢”，支撐“礦井透明化”。

近年來，塔山礦以“數字化、網絡化、智能化”三化牽引為驅動，全力抓好智能開采、智能運輸、智能監測、智能網絡等一系列智能裝備和技術創新應用工作，助力智能化煤礦提質增效。

目前，塔山煤礦構建5G+萬兆工業環網有線無線雙網融合的網絡大平臺，5G技術高效支撐井下綜采設備的遠程操控，實現“機進人退”。掘進機、挖煤機、液壓支架等設備通過5G技術具備了實時遠程操控功能，可以使實現對爆破、采掘、傳輸全過程的高清監測與控制。實現了礦井設備遠程協同運行維護，“5G+智慧煤礦”初具雛形。下一步塔山煤礦還將在人工智能、工業機器人、智慧能耗管理、基于無人駕駛的井下智慧交通等方面，深入開展5G+研究。

第三，5G“到面”是指5G支撐控制臺遠離采掘面，“機進人退”，助力工作面少人化無人化。

綜采工作面是現代化煤礦生產的主要環節，是煤礦生產中環境最惡劣、工作最復雜的系統。以往采用有線網絡實現彼此數據通訊的作業模式已不符合新時代對礦山發展的新要求。出于對傳統采礦業惡劣工作環境的顧慮，現在很多年輕人寧可送外賣，也不愿意到井下采礦，采礦業很難招到40歲以下的員工，招工難問題日益凸顯，單純依靠廉價勞動力從事采礦行業的用工模式已經越來越難以適應高質量發展要求。

積極引進和研發采煤新技術、新工藝、新裝備，切實提高單產單進水平成為擺在臺頭煤礦面前的一項重要任務。5G在塔山煤礦井下應用以后，采掘控制面至少后退200米，使得井下工人遠離井下高溫、高濕、高粉塵等惡劣的工作環境，極大降低了井下工作強度，解決了傳統人工作業操作危險系數大、勞動強度高的問題。

通過5G“進礦——下井——到面”，采礦行業加快生產和管理的智慧化，改變了工人在井下的生產方式，降低了采礦作業的安全風險，提升了礦山生產作業效率，為智慧礦山建設探索了新路徑。

未來煤礦開采體系離不開5G

煤炭是我國戰略支柱能源。在我國一次能源結構中，2019年煤炭占比57.7%，2030年預計占比50.0%。傳統的煤炭開采模式在帶來財富的同時，也產生了沉重的代價。

中國科學院院士何滿潮介紹道，傳統的煤炭開采方式為“121工法”（即開采1個工作面，需要提前掘進2條巷道，留設1個煤柱），該方法由英國人于1706年提出，距今已有300多年。但是，“121工法”的弊端廣受詬病。

首先，“121工法”易造成資源損失，采區回采率為75%~85%，礦井采出率不到50%，煤柱損失約38.5億噸，價值約2萬億元；其次，“121工法”巷道掘進量大，致使成本居高不下。據統計，萬噸掘進率平均34米，以目前生產規模來看，年煤巷掘進約13000千米，掘進及相關成本超過千億元。此外，“121工法”還造成了生態破壞，據統計，全國生態破壞面積達2200萬畝，每年生態破壞增量以105萬畝遞增。

不僅如此，“獨頭掘進，局部通風，空頂作業”導致絕大多數安全事故發生在回采巷道。據統計，91.5%的安全事故都發生在巷道。

2009年，何滿潮建立了“切頂短臂梁”理論模型，根據“切頂短臂梁”理論及其關鍵技術，何滿潮提出了切頂卸壓無煤柱自成巷110工法（即開采1個工作面，需要提前掘進1條巷道，留設0個煤柱）。2016年，在110工法的基礎上，何滿潮進一步提出了無煤柱自成巷N00工法（即開采N個工作面，0巷道掘進，0煤柱留設），并在智能化N00工法發展規劃中提出1G N00工法~5G N00礦井的智能化5G N00礦井構想：2020年，實現3G N00礦井，將無煤柱自成巷采留一體化開采工藝應用到礦井設計，建立利用采煤留出運輸系統和通風系統新理念，并且簡化井底車場、井下變電所、井下水泵房設計，從而大幅簡化礦井建設，降低礦井前期工程量；同時取消大巷掘進和煤柱留設，實現基本取消巷道掘進，煤炭采出率提高到80%以上；2021-2022年，實現4G N00礦井，4G N00礦井將采用智能化平臺實現礦井智能化控制，礦井智能化控制實現以后，煤炭正常生產期間不再需要人員下井工作，4G N00智能化礦井可結束長壁開采必須通風的歷史，把瓦斯災害轉變為天然氣資源；2023-2025年，實現5G N00礦井，5G N00礦井將融合5G通訊技術，創建遠程無人化智慧采礦模式。

同樣在此次論壇上，華為煤礦軍團煤礦解決方案總裁蔣旺成介紹，基于對煤礦智能化建設的思考和理解，華為提出了“一網一云一平臺”總體架構的智能煤礦解決方案，助力實現煤礦行業“安全、少人無人、高效”。

“一張網”包括5G接入網、F5G承載工業環網、Wifi6接入網3種網絡接入方式；“一朵云”則是統籌規劃一體化的云平臺，涵蓋集團、礦山以及遠端容災中心，通過云端協同、AI能力提升智能化能力；“一平臺”則通過數據治理、AI推理、標準化API、大數據應用等系列化工具，打通數據孤島，打造標準化、集成化的統一數字平臺，實現煤礦應用使能、數據共享。

事實上，華為近年來已相繼深耕智能煤礦解決方案。2019年，華為與國內多家煤炭行業合作伙伴進行了智能化轉型探索，研發了防潮、防塵、防爆、小型化且上下行帶寬配比為3∶1的無線基站，井下設備運行控制精度可從99.9％提高到99.99％。今年2月9日，華為又與山西省政府及多家煤炭生產科研單位聯合成立了“智能礦山創新實驗室”，目標是讓智能化采煤工作面人數減少60％，實現井下“三無一減”，也就是無安全事故、無人值班、無人巡檢、配置減員。

最后，煤礦智能化不是某幾項先進技術的簡單組合應用，也不是各個分系統智能化的拼湊，而是新一代信息技術和煤炭開發利用的有機融合，5G技術的深度融入將極大加快煤礦智能化的進程。包括華為在內的一大批先行者加大力度，投身于煤礦行業基礎研究、產品定制研究、標準化推廣以及產品市場交付等，對于我們走好煤礦行業“十四五”規劃的5G發展之路具有深遠意義。