內(nèi)蒙古智能煤炭有限責任公司位于內(nèi)蒙古準格爾旗西南部，是由皖北煤電集團控股的現(xiàn)代化企業(yè)。從呼和浩特驅(qū)車200公里來到此地，全程需3個多小時，一路溝壑縱橫，猶如大地的脊梁，雄壯而滄桑。

內(nèi)蒙古智能煤炭有限責任公司的麻地梁煤礦，為井工煤礦，核定生產(chǎn)力800萬噸/年。礦井于2017年開始智能化建設(shè)，2019年4月10日，公司獲批內(nèi)蒙古自治區(qū)第一批智慧礦山試點示范企業(yè)，煤炭企業(yè)僅此一家。作為5G實踐的先鋒，我們早在2019年10月就在地面部署了5G網(wǎng)絡(luò)，開展5G高清視頻及主斜井皮帶機巡檢機器人5G組網(wǎng)試驗；2020年6月在井下部署了5G網(wǎng)絡(luò)，將5G應(yīng)用于礦山最核心的生產(chǎn)系統(tǒng)——采煤機5G遠程控制。

煤礦地處偏遠，井下工作環(huán)境惡劣，員工年齡老化、從業(yè)人員斷檔嚴重是煤炭行業(yè)潛在的危機：40歲以上占比高達63%，30歲以下僅占11%，煤礦招工難已開始顯現(xiàn)。

安全是煤礦的剛需和底線。煤礦井下環(huán)境封閉、條件復(fù)雜，沖擊地壓、瓦斯爆炸、透水等事故多發(fā)。2020年，中國每開采百萬噸煤死亡0.059人，雖然較2016年大幅下降63.6%，但煤礦事故仍然頻發(fā)，2020年死亡225人。

圖1 煤礦從業(yè)人員年齡分布 來源：現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2020.8

圖2 安全事故逐年減少，死亡率大幅下降（來源：國家應(yīng)急管理部、國家礦山安全監(jiān)察局、中國煤炭工業(yè)協(xié)會）

近幾年來，內(nèi)蒙古智能煤炭有限責任公司麻地梁煤礦一直致力于借助5G等數(shù)字技術(shù)，助力傳統(tǒng)煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型升級、克服行業(yè)危機，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

一、為什么選擇5G技術(shù)對采煤機進行遠程控制？

井下的綜采面是煤礦生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)，所有的煤都從這里開采然后進行轉(zhuǎn)運。傳統(tǒng)綜采工作面燈光昏暗、噪聲轟鳴、灰塵潮濕，這里既是整個煤礦最核心的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，也是井下最危險的地方之一。現(xiàn)在，5G低時延讓地面遠程控制成為可能。工人的工作環(huán)境可以從惡劣的地下，轉(zhuǎn)到舒適，明亮，干凈的地面集控中心。

在許多場景中，比如采煤機割煤，采煤機時刻處于移動狀態(tài)，遠程控制對時延要求極其敏感，過去我們曾經(jīng)探索過其他的技術(shù)，光纖有線易折斷，而無線技術(shù)，如4G和WIFI又有時延高、不穩(wěn)定的情況，會造成采煤機停機保護，生產(chǎn)中斷。

因此，從礦方的角度來看，5G遠控的商用標準是：1．從井上直接遙控井下；2．保證5G遠控長期常態(tài)運行。

然而，即使是5G技術(shù)，最初也不能很好地適應(yīng)井下環(huán)境。綜采面環(huán)境復(fù)雜，充滿不確定性，例如：采煤機割煤，每刀800mm，液壓支架跟機移動，可能會出現(xiàn)后面的5G信號被前面的支架遮擋，甚至造成非視距的情況；另外，還存在諸如采煤工作面金屬物多，“多鏡效應(yīng)”導(dǎo)致5G網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定等情況。麻地梁在2020年9月便完成了采煤機5G組網(wǎng)對接、控制試驗，但由于使用5G CPE單鏈路遠程控制的方案時，出現(xiàn)了時延不穩(wěn)定情況，導(dǎo)致采煤機頻繁地停機保護，既影響了生產(chǎn)，也影響了麻地梁對5G的信心。為此，華為公司作為牽頭人，大力開展礦用5G技術(shù)的難點攻關(guān)，保障5G應(yīng)用場景落地，避免大部分煤礦企業(yè)知難而退，拒絕5G。

2021年3月30日華為協(xié)同多方伙伴進行了入井檢測，發(fā)現(xiàn)綜采面5G網(wǎng)絡(luò)時延波動大，甚至偶爾會跳變到上百毫秒，哪怕發(fā)生一次大時延跳變，采煤機就會觸發(fā)停機保護。作為煤礦最核心的生產(chǎn)設(shè)備，采煤機是煤礦的生命線，如何保證它的5G遠程控制穩(wěn)定運行至關(guān)重要。

二、5G遠控商用是如何實現(xiàn)的？

面對挑戰(zhàn)，在華為、麻地梁煤礦、運營商、終端&工程廠商、裝備廠商的五方協(xié)同下，通過四大舉措，大力開展礦用5G技術(shù)的難點攻關(guān)，全球首個采煤機5G遠控商用得以實現(xiàn)。

圖3 采煤機5G遠程控制總覽圖

1．5G遠控技術(shù)創(chuàng)新-AR雙發(fā)選收

合作方：華為+麻地梁+裝備廠商（上海天地）+運營商（內(nèi)蒙移動）

5G雖然提供了低時延，但穩(wěn)定可靠的低時延才是5G遠控商用的核心。綜采面環(huán)境復(fù)雜，實踐證明，無線單鏈路無法保證遠控穩(wěn)定運行。

圖4 AR雙發(fā)選收原理圖

華為通過獨有的AR雙發(fā)選收技術(shù)，為5G控制提供穩(wěn)定可靠的低時延，使能礦山遠程控制類業(yè)務(wù)。AR雙發(fā)選收技術(shù)，在發(fā)送端對控制流進行復(fù)制，利用兩個空口冗余發(fā)送相同的報文；誰先到達接收端就選擇哪一路報文，從而實現(xiàn)“系統(tǒng)級”時延最優(yōu)，克服某一路空口突發(fā)大抖動影響，實現(xiàn)時延的穩(wěn)定性大幅提升。

圖5 麻地梁煤礦綜采面

2．OT/CT適配和預(yù)驗證

合作方：裝備廠商（上海天地）+華為+終端&工程廠商（上海山源）

為了現(xiàn)場高效實施，把對生產(chǎn)的影響降到最低，采煤機的5G 遠控在煤礦部署之前，必須在實驗室搭建模擬環(huán)境，進行預(yù)驗證 。在該項目中，上海天地提供采煤機控制單元、上海山源提供礦用5G CPE，華為提供AR502H-5G和5G專網(wǎng)，三方聯(lián)合進行測試驗證。

圖6 實驗室預(yù)驗證組網(wǎng)圖

首先是OT/CT網(wǎng)絡(luò)打通，然后是雙發(fā)選收功能驗證、主備倒換門限測試、采煤機停機保護真實門限驗證（這個將決定在實際環(huán)境中最惡劣的RTT時延上限）；還需要裝備廠家做OT參數(shù)調(diào)整和版本迭代，如初始驗證是基于5G為主、光纖為備的方案，但采煤機控制鏈路會在5G和光纖頻繁回切，產(chǎn)生乒乓效應(yīng)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)掛死，因此需要修改采煤機內(nèi)部交換機的5G檢測機制和優(yōu)化鏈路倒換門限等。

3．工程優(yōu)化

合作方：麻地梁+終端&工程廠商（上海山源）+裝備廠商（上海天地）

實操過程還必須考慮工程因素。包括隔爆5G AR、隔爆CPE需要安裝在采煤機腔體內(nèi)部并做減震處理；另外，5G AR和CPE外置天線支架的設(shè)計要考慮可安裝性；為了盡量保證兩路無線信號的差異性，5G CPE和5G AR天線要拉開一定距離（如麻地梁兩者間隔6米）；還需要做AC/DC轉(zhuǎn)換給AR和CPE供電（如麻地梁220V AC/24V DC 轉(zhuǎn)換）等。

圖7 麻地梁煤礦綜采面

4．網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

合作方：運營商（內(nèi)蒙移動）+華為+終端&工程廠商（上海山源）

實踐證明，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化必不可少。首先需對井下工作面無線環(huán)境進行路測摸底；并根據(jù)摸底情況進行天線調(diào)優(yōu)、參數(shù)調(diào)優(yōu)，保證綜采面處于一個較優(yōu)的無線環(huán)境。

圖8 測試結(jié)果數(shù)據(jù)（備注：縱軸單位為秒，采煤機每40ms發(fā)送一個檢測報文。）

2021年8月5日，采煤機5G遠控完成所有安裝、調(diào)測，啟動試運行。由于沒有先例，我們戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢，采煤機5G遠控能否穩(wěn)定運行，唯有交由時間來驗證。與此同時，我們和華為、內(nèi)蒙移動合作，對網(wǎng)絡(luò)指標（RTT時延、抖動、RSRP等）進行了50天的持續(xù)跟蹤，測試效果良好，期間采煤機實現(xiàn)“0”中斷的正常運行。該系統(tǒng)穩(wěn)定運行，標志著5G遠控正式走向商用，在煤炭行業(yè)“少人則安、降本增效、為礦工謀幸?！钡牡缆飞线~出了堅實的一步。

三、5G遠控的價值

2021年9月29日，工信部連線麻地梁礦，我們匯報了5G智能化建設(shè)的情況，尤其是采煤機5G遠控的商用情況，獲得工信部的高度認可；2021年11月7日，經(jīng)過為期3天的嚴格對標檢查，內(nèi)蒙古自治區(qū)智能化礦山評估驗收組及專家組一致認定：麻地梁順利通過智能化礦山評估驗收。采煤機5G遠控在智能化驗收中成最大亮點，我礦產(chǎn)能由500萬噸/年提升到800萬噸/年。

麻地梁煤礦的5G遠控正式商用，拉開了5G進入礦山核心生產(chǎn)系統(tǒng)的序幕，也給我們帶來了切實的價值。

• 少人：單個采煤工作面入井減少9~15人；
• 降本：光電復(fù)合纜節(jié)省600米/工作面，節(jié)省成本60萬元/年/工作面；
• 提效：采用煤機5G遠控，避免了光纖斷裂導(dǎo)致生產(chǎn)中斷，確保了設(shè)備開機率，增加了產(chǎn)能和產(chǎn)值；
• 提升員工幸福感：綜采面采煤機司機等工種，他們的工作可以從惡劣的井下，轉(zhuǎn)到舒適、明亮、干凈的地面集控中心。

麻地梁采煤機5G遠控常態(tài)化運行，極大鼓舞了煤礦行業(yè)對5G進入核心生產(chǎn)系統(tǒng)的信心。進入2022年，5G礦山在中國已經(jīng)呈現(xiàn)燎原之勢，相信5G將進入更多礦山核心生產(chǎn)系統(tǒng)，為礦企帶來切實價值，為傳統(tǒng)行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型貢獻力量。

來源：華為技術(shù)