作為人類世界使用的主要能源之一，煤炭素來被譽為“黑色的金子”、“工業的食糧”。我國是煤炭消費大國，也是世界上最早發現和利用煤炭的國家之一，對于煤炭開采已有幾千年的歷史。
傳統的煤炭生產方式存在礦難事件頻發、人工成本居高不下、礦工作業艱苦危險、開采效率難以提升等問題。隨著信息技術的發展，煤礦開采已經從最初簡單的人工挖礦發展為機械化采礦，并進一步向數字化、智能化發展。
煤礦井下場景
2020年3月，國家發改委等8部委聯合發布了《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》，提出煤礦智能化是煤炭工業高質量發展的核心技術支撐。順應大勢，各大礦業集團近年來也正積極推動智能礦山建設，實現煤礦井下“少人化、無人化”的作業流程。而以5G 為代表的新一代通信技術，則從根本上解決了傳統網絡技術難以滿足井下環境惡劣、移動生產、設備及傳感器數量龐大等生產特點的問題。
智能采礦向“無人化、少人化”轉型
某種意義上，煤礦井下就像一個微型的地下城市，里面的巷道錯綜復雜，包括掘進機、采煤機、皮帶機、液壓支架在內的大量機械設備不知疲倦地執行著采掘、運輸、洗選、提升以及生產輔助等日常作業，其中的很多設備都需要人工來進行操控。
人工井下作業存在的問題顯而易見。一方面，對操作員們而言，煤礦采掘工作面環境復雜，危險因素多，地質條件相對比較惡劣，水、瓦斯、粉塵等自然災害的潛在威脅普遍存在，而且日常勞動強度極大，操作不當時還易發生危險事故。根據中國煤炭工業協會的數據，2020年我國煤礦發生死亡事故122起、死亡225人，雖然相比往年人員傷亡數量持續降低，但畢竟生命無價，安全問題始終都是煤礦生產的頭等大事。另一方面，對礦業企業來說，隨著人口紅利的消失以及人們對井下作業危險性的擔憂，越來越多的人不愿意從事井下工作，煤礦招工難、用工難的問題日益凸顯。
在此背景下，采掘工作面的“少人化、無人化”一直是礦山智能化轉型的一個重要方向。國家發改委、能源局聯合發布的《國家能源技術革命創新行動計劃 (2016–2030 年 )》中就明確指出，要在2020 年基本實現智能開采，重點煤礦區采煤工作面人數減少 50% 以上，2030 年實現煤炭安全開采，重點煤礦區基本實現工作面無人化。
通過在作業現場部署多個高清攝像頭，將現場環境信息完整地傳送到管理中心，再結合采礦設備本身的各種傳感器信息上報，工作人員就可以在管理中心遠程操控各類設備，從而達到作業現場“少人化、無人化”的目標。這個過程涉及大量設備的接入、海量數據的傳輸以及低時延的控制操作，都對網絡傳輸的質量和能力提出了前所未有的要求。
傳統有線傳輸的方式雖然信號穩定，但井下地形復雜，設備繁多，給布線造成了很大的困難。更重要的是，由于液壓支架、采煤機、掘進機經常需要移動，信號傳輸線纜經過多次折疊后較易發生斷裂，很可能造成數據傳輸中斷，從而影響采礦作業。WiFi無線網絡縱使能夠解決布線難題，但卻存在信號抗干擾能力弱、覆蓋面積有限、穿透力弱、以及跨AP區域數據傳輸時有明顯延遲等劣勢。同樣，4G也不能有效支持低時延要求的各種控制信號的傳輸。
如今，憑借易部署、廣連接、大帶寬、超低時延等優勢，5G能夠滿足煤礦井下通信網絡對安全與性能的要求，為煤礦行業的智能化提供了加速度。
5G大帶寬為遠程管理奠定基礎
煤礦井下的日常作業過程會產生大量的數據：包括空氣溫度、空氣濕度、巷道壓力等環境數據，采煤工作面、掘進工作面、運輸轉載點等視頻數據，井下重要崗位工作人員的通信對講數據，以及液壓支架和泵站遠程集中控制等控制類數據。5G的大帶寬特性，為這些關鍵數據的遠程管理奠定了基礎。
例如，內蒙古某企業想要在總部實現對其所屬的全部煤礦點的異地遠程管理，并對各種監測數據系統及平臺進行統一綜合管理，實現煤礦大數據可視化及快速推送上屏顯示。基于客戶需求，廈門四信通信科技有限公司（以下簡稱“四信通信”）為其量身定制了“5G智慧礦井系統監測方案”，基于該方案打造的煤礦調度中心，可滿足該企業日常指揮中心各項數據展示、管理和控制的需求，便于日常管理調度、各級領導參觀視察及綜合匯報等工作開展。
5G+智慧礦山實時管理應用
5G智慧礦井系統監測方案的核心是四信通信5G工業CPE F-NR200，該款5G工業CPE內置基于高通驍龍X55平臺的廣和通5G模組 FM150，支持NSA和SA網絡，兼容各大運營商，支持5G/4G、有線（光纖和WAN）智能切換。得益于高通5G芯片過硬的性能，礦井下的5G網絡能夠實現安全、獨立、穩定的運行，保證無線通信及數據傳輸的可靠性、穩定性。
四信通信5G工業CPEF-NR200
無獨有偶，在山西、陜西的多座礦山，宇祺（山東）智能裝備有限公司（以下簡稱“宇祺智能”）也用其完整的“5G礦用無線通信系統”，助力客戶實現了井下作業情況的實時管理和控制。
礦用隔爆兼本安型5G CPE
宇祺智能的該套系統分別采用了搭載芯訊通5G模組SIM8200EA-M2和高新興5G模組GM800的5G CPE，都內置高通驍龍X55芯片，使得煤礦井下眾多的設備——如煤礦智能巡檢機器人、煤礦機器人、自動駕駛、綜采設備等煤礦裝備系統能獲得高速的5G網絡連接，實現了井下語音、視頻、數據一網承載，各種智能化操作系統信息的一網傳輸。井下作業的相關數據信息可以實時傳回至地面總調度室，調度人員通過大屏幕便可以實時觀看深井下的采掘、運輸、檢修等情況，實現井上井下實時通話，有效提高安全性和生產效率。
宇祺智能礦用5G隔爆兼本安型基站
宇祺智能總經理張建對高通的解決方案給予了高度評價：“煤礦行業屬于工業防爆環境，系統建設難度大、穩定性要求高、生命周期長及兼容性強，所以我們在開發智能化系統解決方案時，一個重要考量便是方案的穩定性和長期性。高通的5G技術具有長期的規劃和完善的生態，讓我們的解決方案沒有后顧之憂。”
5G低時延助力礦井設備遠程操控
在遠程管理的基礎上，5G的大帶寬、低時延特性還讓掘進機、鏟運機等設備的遠程操控成為可能。
遠程操控的精髓在于“令行禁止”，即身處操作室的操作員下達指令后，井下的設備可以立即同步做出反應。為了讓操作員可以擁有一副“千里眼”，方案上往往會在設備上布置高清攝像頭，模擬駕駛員駕駛視角，同時在四周的環境中布置廣角攝像頭，拼接360°全景影像，然后將這些視頻影像通過網絡傳輸至控制室。
試想一下，如果操作員看到的畫面和設備的實際動作之間存在很高的延遲，就會影響開采效率，甚至造成設備的損耗。例如，掘進機在挖掘的過程中可能會碰到硬度極高的巖石。過去，身處現場的操作員看到這類巖石的時候就會立即按下暫停鍵，避免機器去“硬碰硬”。而在遠程操作的場景下，如果采用4G網絡，因為時延較高，等操作員從視頻畫面里察覺到異常再操作時已經來不及了，從而有可能導致大型設備的損耗。同理，無極繩絞車等設備的操作時延都要求控制在30ms以內，而5G端到端的時延理論上可達1ms，能夠完美滿足遠程控制場景下的通信需求，為礦井無人化綜采的發展提供技術支撐。
在5G技術的賦能之下，四信通信和宇祺智能已經在全國多地的礦井項目中落地了智能化的解決方案，幫助客戶保障礦工人員安全，提升開采作業效率。
與此同時，四信通信也在積極向全球市場推廣自己的5G CPE產品。廈門四信通信科技有限公司市場總監張志坤表示：“高通的5G技術具備業界領先的高能效和高性能，芯片研發市場成熟，產業鏈完善，規模化量產能夠幫助我們的產品贏得市場先機。更為重要的是，高通全球化的5G解決方案能夠滿足5G終端在世界各個地區和國家的設計需求，這對我們開拓海外市場具有重要的戰略意義。”
結語
總而言之，5G是推動煤礦新一輪智能化發展的關鍵驅動力。未來，在5G、物聯網、大數據技術進一步成熟的基礎下，礦井作業將實現開采面無人作業、掘進面無人作業、危險場所無人作業、大型設備無人作業，直到整座礦山無人作業，形成真正智慧化的無人礦山。
