5G+礦業(yè)：技術(shù)補(bǔ)課攻破產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸

  ◎本報(bào)記者 劉 艷

  在以5G為代表的信息技術(shù)的加持下，智慧礦山從理念走向落地，為我國礦山行業(yè)逐步實(shí)現(xiàn)少人無人化作業(yè)提供了有力支撐。

  2022世界5G大會即將在哈爾濱召開，中國工程院院士、中國礦業(yè)大學(xué)（北京）校長葛世榮書面回復(fù)了科技日報(bào)記者的采訪，并表示，期待越來越多的科研院所、高科技公司、行業(yè)企業(yè)投身到智慧礦山5G生態(tài)圈的構(gòu)建，以進(jìn)一步豐富5G在智慧礦山的應(yīng)用。

  科技日報(bào)：礦業(yè)的安全化、無人化作業(yè)被視為5G等新興技術(shù)最適合切入的環(huán)節(jié)，但礦業(yè)環(huán)境對設(shè)備及操作要求嚴(yán)苛，如何借助5G及其他ICT技術(shù)更好更快地解決這一問題？

  葛世榮：礦山無人化作業(yè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，也是礦山智能化的發(fā)展目標(biāo)。然而，礦山作業(yè)環(huán)境十分惡劣，對設(shè)備的要求也異常嚴(yán)苛，智能化開采還存在感知能力不夠強(qiáng)、裝備可靠性不夠高、終端計(jì)算速度不夠快、信息互通性不夠強(qiáng)、人機(jī)交互性不夠好等諸多問題亟待解決。

  礦山智能化應(yīng)借助于5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生等新一代ICT技術(shù)，更好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)泛在高速接入、裝備實(shí)時控制、圖像視頻智能分析、災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警、機(jī)電裝備故障診斷等功能，最終構(gòu)建礦山產(chǎn)運(yùn)銷儲用全流程透明化系統(tǒng)。新一代ICT技術(shù)作為礦山智能化的核心支撐技術(shù)，須以科技創(chuàng)新為驅(qū)動，促進(jìn)ICT技術(shù)與礦業(yè)的深度融合與產(chǎn)業(yè)落地，實(shí)現(xiàn)礦山的安全化、無人化作業(yè)，最終推進(jìn)礦業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

  科技日報(bào)：目前中國比較知名的煤礦企業(yè)生產(chǎn)過程智能化大致處于什么水平，5G已經(jīng)或?qū)缪菔裁唇巧?

  葛世榮：截至2022年4月，我國有近400座煤礦開展了智能化建設(shè)，已建成煤礦智能化采掘工作面813個，其中采煤工作面477個，掘進(jìn)工作面336個，智能化技術(shù)在煤礦減人增安提效方面作出了重要貢獻(xiàn)。目前的初級智能化采煤工作面基于5G通信和邊緣計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了工作面全景高清視頻監(jiān)控、基于視頻AI分析的液壓支架狀態(tài)識別以及人員“三違”行為識別等智能化應(yīng)用，已達(dá)到“一鍵啟停、無人操作、有人巡視、遠(yuǎn)程干預(yù)”的智能化建設(shè)目標(biāo)。

  在露天礦無人駕駛方面，國家能源集團(tuán)聯(lián)合中國礦業(yè)大學(xué)（北京）、航天重工、中科院自動化研究所等國內(nèi)礦山無人駕駛領(lǐng)域主要科研院所和企業(yè)，共同研發(fā)露天礦機(jī)器人化自主運(yùn)輸裝卸系統(tǒng)，將在露天礦無人駕駛、裝卸協(xié)同、群體調(diào)度、安全保障技術(shù)等方面持續(xù)突破，推動無人駕駛技術(shù)在露天礦更深更廣的應(yīng)用。

  當(dāng)前，煤礦行業(yè)正在廣泛開展“5G下礦井”工程應(yīng)用，神東上灣煤礦、山西新元煤礦、陜煤小保當(dāng)和曹家灘煤礦等數(shù)十個煤礦已率先建成基于5G的礦山移動通信專網(wǎng)，國家能源集團(tuán)、中煤集團(tuán)等大型煤礦企業(yè)所屬的數(shù)十處礦山也正在開展5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。基于5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的煤礦工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是煤礦智能化系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將會使得數(shù)據(jù)接入更便捷、數(shù)據(jù)傳輸更高速、決策控制更加及時可靠，有力促進(jìn)煤礦智能化水平的整體提升。

  科技日報(bào)：您曾提出“利用數(shù)字孿生搭建智能化新平臺”，模擬實(shí)際采煤。這樣的平臺建設(shè)有哪些障礙？哪些環(huán)節(jié)會用到5G/6G技術(shù)？

  葛世榮：數(shù)字孿生是近年來快速發(fā)展的工業(yè)數(shù)字化技術(shù)，2020年我們率先提出了煤礦數(shù)字孿生概念，系統(tǒng)闡述了數(shù)字孿生的內(nèi)涵，提出了融合5G通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和仿生智能技術(shù)的數(shù)字孿生智采工作面10項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

  目前煤礦數(shù)字孿生系統(tǒng)還停留在頂層規(guī)劃和系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)層面，還存在眾多理論和技術(shù)問題需要突破，例如煤礦地質(zhì)精細(xì)化模型與多物理場仿真引擎等問題。5G/6G技術(shù)也將會在煤礦數(shù)字孿生系統(tǒng)中發(fā)揮作用，例如在孿生體與實(shí)體系統(tǒng)的虛實(shí)交互方面，數(shù)字孿生系統(tǒng)會產(chǎn)生大量的雙向交互數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捄蜁r延有很高的要求，這正是5G/6G通信技術(shù)的優(yōu)勢。

  科技日報(bào)：我國煤炭綠色開采的較大難題是什么？機(jī)器人能在多大程度上發(fā)揮作用？

  葛世榮：我國煤炭綠色開采的重要難題是如何實(shí)現(xiàn)煤炭開采的低損化和低碳化。一方面要推廣應(yīng)用低損化開采、礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)治理等技術(shù)。另一方面要降低煤炭開發(fā)利用過程的碳排放、推廣二氧化碳捕集與封存技術(shù)，嚴(yán)格控制開采過程的甲烷排放量。

  煤礦機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)煤礦智能化的主要載體，主要還是在減人增安提效方面發(fā)揮作用。近年來，煤礦機(jī)器人的研發(fā)和應(yīng)用取得了長足的進(jìn)步，采煤、掘進(jìn)機(jī)器人群已成為智能采煤和智能掘進(jìn)工作面的主要裝備。巡檢、安控、運(yùn)輸、輔助作業(yè)等煤礦機(jī)器人也得到了大量應(yīng)用，未來，將會有越來越多的危重作業(yè)崗位被機(jī)器人所替代。