拥抱ICT，智享矿山未来

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转载自《华为技术》

煤矿智能化是煤炭行业高质量发展的核心，其目标是提升采煤效率，解决生产安全问题。煤矿智能化发展，必须依赖5G、F5G、云、大数据、AI等ICT技术，从而释放更多的生产力。

中煤能源集团首席专家 朱林

煤矿智能化是煤炭行业高质量发展的核心，而煤矿的进化需要在经历机械化、自动化之后，才能到智能化。虽然我国煤矿智能化已提出多年，但众多煤矿仍未能实现数据的自动化采集，这在一定程度上为我们智能化的进程带来阻碍。中国煤矿必须拥抱大数据技术，建立起实时感知的智能化，突破联合组网障碍，通过智慧大脑实现安全管理和高效发展。

云、大数据、AI等是智能化的必备条件，但就实际情况来看，国内的任何一个煤矿都不具备大数据的条件。因为井下环境、设备、生产等大量数据并不是通过自动化，而是通过人工的方式采集。人工采集的数据作为智能化控制系统的决策依据并不科学，存在不连续、不完整等问题。

所谓的大数据技术，必须在数据报表的自动化采集、积累的基础上，才能支撑起系统的自主分析、决策与控制。实现智能化的前提是要让设备自我感知，即传感器替代人工收集，同时，让人眼视觉识别变成AI机器识别。

只有实时感知，才是智能化

煤矿智能化要求矿山透明，透明矿山是让高精度的三维物探把整座矿山的各种构造查清，要做到这点只有依靠先进的通信技术。矿山是动态的，只有让设备连网进行数据采集和传送，实时把数据汇入数据湖，智能化决策系统才能知道井下每一寸地方正在发生的事情，从而做出决策。但一些所谓的智能矿，设备在线率仅有40%~50%。设备不在线无法实现智能化控制，更无法联动。

如何解决设备实时在线的问题？答案是有线和无线综合的网络覆盖以及设备自主组网。

有线网络虽然覆盖距离更广，但它是插拔式的，而运输设备分散，且经常处于移动状态，线路容易折断，可靠性差。比如，在综采面由于采煤机、电液压支架、刮板运输机时刻处于运动状态，传统的光纤经常折断。

把井下的光纤网络与5G、WiFi-6等结合起来，让每台设备无线上网，减少接插件的数量，网络可靠性将大幅提升。我们可以把无线接入点、基站融合到井下的各种设备中，采煤机、液压支架等都可以成为各种无线网络的接入点、基站，因为这些设备本身就已经有电源、有防爆盒。

同时，建立了足够的接入点后，需要让设备之间实现自动组网。这样，即使掉线，也可以自我修复，大幅提升了在线率、保障设备的可靠性。

目前这类技术已经被成熟应用，如各类Wi-Fi模组、5G模组、蓝牙模组、T-Box等。Wi-Fi模组与华为HiLink等生态平台的结合，正在智能家居中大放异彩。只需嵌入一个小小的Wi-Fi模组，就能实现智能化改造，拥有智能控制、互联互通互动以及安全等关键能力。而且智能化的改造成本、门槛非常低，只需在华为HiLink的开发者平台上，“一站式”地完成软件和应用开发即可，效率高、周期短。

联合组网，突破障碍

关于建设智能煤矿的一个重要的思路，就是进行煤矿井下的联合组网。联合组网主要分为两个维度：第一是无线网络和有线网络的融合，保障设备的高在线率，实现煤矿的全面感知，智能联动；第二是专网的融合，就是井下的多种业务系统使用一张网来承载，在保障各个系统能够稳定独立地运行前提下，业务系统之间的数据可以按需灵活交互。

当前，煤矿井下环网的数量众多，有瓦斯监控专网，还有有线调度通信专网、广播通信专网、机电控制专网、视频监控专网等等。不同网络系统之间均为独立规划建设，设备各自独立供电，通信链路分离，互不联动。这种专网专用成为智能化最大障碍，急需突破。

形成专网专用的原因，是此前采用的传统工业以太网容易引起网络拥塞，严重的还会发生丢包。像瓦斯浓度检测这样涉及生产安全的系统，跟其他的业务跑在一个网络上，是不被接受的。

随着网络技术的进步，融合网的可靠性早已远远超过专网。当前，像华为等厂家提供的基于SDN架构的矿山融合IP工业网设备，骨干网络带宽达到50Gbps，并支持平滑升级到100Gbps，满足5~10年井下各类不同业务的带宽诉求。其中的网络切片技术，就是IP硬管道，如同在一条宽阔的马路上划分出一条条专用的BRT通道，让不同的网络切片承载不同的业务，可以保障瓦斯监控、工业控制、语音通讯等高优先级业务流量不受其他业务流量突发变动的影响，使得远程控制更加平滑流畅，语音和视频更加清晰，实现井下业务的可靠通信。

融合IP工业网的切片技术和5G无线网络的切片技术一致，可以无缝连接，实现真正一张网。对于网络的管理，通过iFIT随流检测技术，网络的健康度、业务流量的传输质量都可以在集控中心的大屏上看得一清二楚。一旦业务的传输质量发生下降，工作人员可以进行预测性的分析维护，几分钟就能定位到网络哪个位置发生了问题，无需运维人员下井逐一插拔光模块查找问题，极大地提升了运维效率。

未来，随着智能煤矿应用的不断叠加，每新增一套系统就新增一张网络的方式难以延续。不同系统的网络设备独立安装，独立供电，会给煤矿带来了极大的资源浪费和多节点的设备故障隐患。另外，专网数量多，网络运维的难度快速上升，虽然井下生产不断在减人，但是网络运维仍需要人员频繁下井，这与少人、无人的发展趋势也是背道而驰的。所以，必须要进行网络的联合。

煤矿井下大量专网的存在，抑制了煤矿数据的自由流动，阻碍了煤矿智能化的发展。因此，建设智能煤矿，就应当跳出传统煤矿建设的条条框框，充分借鉴信息通信行业的优秀成果，为智能煤矿建设加速。

智能矿山需配置智慧大脑

真正的智能矿山，需要人工智能和大数据分析支撑的智慧大脑，并配置两级智慧大脑，一个放在井上集控中心，一个放在井下设备列车。

比如，把瓦斯采集系统安装在采煤机上，瓦斯浓度高了，设备停止工作，但是瓦斯抽走了，设备却不能再次自启动，需要人工去操作。根本原因是没有一个智慧大脑去判断，采煤机是否满足再次启动条件，需要人去分析和判断。这样的非实时性业务，可以把智慧决策大脑放在井上集控中心。

又比如，井下水位管理和系统联动场景。与人工相比，机器对数据的采集、分析、决策、控制，能让整个环路更及时、可靠、高效。井下的水都要进水仓，如果某一刻，水仓的水位突然异常，那么可以确定井下某些地方出现问题了。此时，智慧大脑会让设备及时停止作业，并根据井下的全局数据，找出问题所在。这种对实时性要求极高的智慧大脑，可以放在井下设备列车上。

目前行业正在大力研发推进三机联动场景。过去，算力和通信速率都严重不足，虽然实现了三机联动，但是延迟非常大。20年过去，国内自主研发的芯片和硬件已经达到了很高的水平。华为矿鸿操作系统通过对三机的改造，让过往三个分开的大脑，变成一个以采煤机为核心的超级大脑，协调和决策支配其他设备的联动，这就是对实时性要求高的智慧大脑发挥作用的最合适的场景。

煤矿工业互联网平台是ICT技术与煤矿行业实际业务深入融合的结果。这种融合以数字平台、物联网平台为基础，通过携手工业应用、设备厂家，打通跨系统业务数据流、生产数据，构建数字孪生。基于统一的数据平台和数据标准，人工智能和大数据分析等就能为智能决策给予极大支撑。华为矿鸿作为“超级终端”的智慧大脑，不仅能够实现人机互联、机机互联、万物感知，而且支持煤矿行业统一架构，实现不同厂商各个设备下的统一管理，为煤矿设备智能协作提供业务基座。

行业一致认同的“统一标准、统一架构”的煤矿工业互联网架构还在进行中，但全面煤矿智能化的进程有望在10年之内完成，信心源于以下两点：第一，ICT技术在飞速进步，智能化的成本不断下降；第二，中国在2030年“碳达峰”之后，煤炭总产量必然会不断减少，非燃料的煤炭的价值随之提升，企业为增加效益而实现智能化也是必然选择。

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原文：https://www.huawei.com/cn/publications/huawei-tech/202204#ict-future-intelligent-mining