▲智能礦燈
▲技術人員講解智能礦燈工作原理
▲管理人員在地面辦公室通過單兵裝備與井下工作人員視頻連線
▲袁店一礦調度人員在查看井下工作人員定位
井下通信有“神器” 風險隱患無處藏
——淮北礦業(yè)集團研發(fā)煤礦物聯(lián)網平臺與單兵裝備項目紀實
記者見到楊士玉的時候，他正準備下井。楊士玉是淮北礦業(yè)集團信湖礦信息化班的班長，只見他在戴礦工帽之前，試了試礦工帽是否工作正常?！斑@可不是普通的礦燈，它能實現井下通信和人員定位。”楊士玉說。
這個智能礦燈實際上是淮北礦業(yè)集團研發(fā)的單兵裝備中的一項。依靠單兵裝備與煤礦物聯(lián)網平臺，該集團將實現井下作業(yè)全程可控，大幅提升礦井安全管控水平。
前不久，國務院國資委發(fā)布2020年國有企業(yè)數字化轉型典型案例，煤炭企業(yè)有3個項目入選，其中就有淮北礦業(yè)集團煤礦物聯(lián)網平臺與單兵裝備項目。這是該項目自入選國家能源局第一批能源領域首臺（套）重大技術裝備項目名單后，獲得的又一殊榮。
井下找人不再是難題
“過去，有人這樣總結煤礦工作的特點：一是找人難，二是運輸難?！痹摷瘓F機電裝備部副部長殷鵬笑著說。
找人難，是因為井下通信聯(lián)絡困難，一旦人下了井，聯(lián)系只能依靠固定電話。運輸難，是因為井下環(huán)境復雜，巷道拐彎、起伏較多，增加了運輸難度。
過去，井下只有有線網絡，部分信息化、自動化系統(tǒng)只能通過光纖、網線連到主干網絡，造成網絡重復建設、結構復雜，且網絡運行維護、移動設備信號接入難度較大。同時，通信系統(tǒng)融合度不高，無線通信、應急廣播、固定電話等不能通聯(lián)。
為解決這一難題，淮北礦業(yè)集團與廠家合作，共同研發(fā)煤礦物聯(lián)網平臺與單兵裝備。該項目的成功研發(fā)應用，解決了復雜工況環(huán)境下WiFi無線傳輸穩(wěn)定性不足、并發(fā)量小、延時高的問題，并具備數據傳輸跨基站無線漫游等功能。同時，該集團注重小型化、多功能、實用性裝備設計，打通了井下各系統(tǒng)數據接入通道“最后一公里”。
目前，該項目在信湖礦和袁店一礦實施應用，為該集團的煤礦智能化建設打下了堅實基礎。
“現在在井下找個人很容易?！闭f著，楊士玉在信湖礦安全生產調度中心打開電腦端“融合調度平臺“，使用智能礦燈的人名一目了然，人名下面還有唯一的編碼。如果在井下，礦燈顯示為綠色；反之，則顯示為灰色，“要聯(lián)系誰，只要點擊人名，就可以了”。
智能礦燈就像個“黑匣子”
“煤礦物聯(lián)網平臺可分為物聯(lián)網和平臺兩部分，物聯(lián)網指的是井下無線融合感知網絡，平臺指的是后臺融合通信平臺。平臺分為手機版和電腦版。手機版‘礦井通’可以隨時隨地聯(lián)系對方。電腦版集成了調度電話、應急廣播、人員定位等系統(tǒng)，實現系統(tǒng)集成、數據信息互聯(lián)互通?！被幢钡V業(yè)集團機電裝備部信息與裝備技術研究室主辦張明泉介紹，“單兵裝備指的是每個人隨身攜帶通信、定位、攝像等工具的集約化統(tǒng)稱，目前最典型的是智能礦燈?！?/p>
張明泉告訴記者，智能礦燈是在不改變礦燈形態(tài)的基礎上，集成智能芯片、攝像頭、通話裝置等模塊于一體制造的?！拔覀冊诜磸徒５幕A上，采用本安化電路設計，滿足了智能礦燈防塵、防水、抗摔的要求，并且不改變其外部形態(tài)?！睆埫魅f。
變身后的礦燈就像一個“黑匣子”，具備音視頻對講、人員連續(xù)定位、圖片和視頻拍攝并傳輸、調度呼叫、緊急報警、群組對講等功能；具備藍牙數據中繼功能，如連接藍牙便攜式瓦斯檢測儀，可以實時上傳瓦斯檢測濃度數據，一旦發(fā)現瓦斯?jié)舛瘸瑯?，就會報警；具備錄音、拍照、攝像功能，方便記錄現場相關信息，有網絡時自動上傳到服務器，無網絡時本地保存200小時聲音文件。這些功能讓井下與地面高效通聯(lián)，拓展了安全監(jiān)管渠道和范圍。
“礦燈在這里更像一個數據中介，只要設備有藍牙功能，都可以與礦燈相連，把數據通過礦燈傳到地面?！睆埫魅f。
除了智能礦燈，目前，淮北礦業(yè)集團開發(fā)的單兵裝備還有智能手機、藍牙激光瓦斯傳感器等。
管理注重過程與細節(jié)
孫遠超是信湖礦機電副總工程師。2018年，孫遠超來到信湖礦，一直參與該礦的智能化建設。“單兵裝備應用后，管理上有了很多新變化?！睂O遠超說。
過去，他們會在井下人員集中區(qū)安裝一個擴音設備，如果發(fā)生緊急情況，通過廣播通知大家撤離?！艾F在有了智能礦燈就不一樣了，可以遠程監(jiān)控和通信。一旦發(fā)生危險，可以定位到具體位置?！睂O遠超說。
信湖礦在今年5月18日順利實現了聯(lián)合試運轉。在此之前，礦上做了大量的準備工作?！坝幸淮危诎惭b支架的時候出現了問題，要是按照過去的做法，需要等著技術人員來處理，光等待就花費1個小時至2個小時?！睆埫魅f，“現在，礦工用智能礦燈、智能手機拍了照片和視頻，技術人員遠程指導，大大縮短了解決問題的時間。”
記者注意到，在智能礦燈的電池處貼著使用說明，用顏色的不同來區(qū)分其不同的功能。比如紅色是開機鍵、黃色是呼叫調度鍵、橘黃色是組播對講鍵、灰色是拍照和錄像鍵。
信湖礦利用智能礦燈的功能，根據工種的不同建設工作群，實現了群呼。班長分配工作后，也可以通過這個功能，了解每個人的工作進展情況，發(fā)現問題隨時解決。
如今，信湖礦班隊長以上的管理人員都配備了智能礦燈。楊士玉說：“我使用快2年了，操作簡單，不妨礙干活，效果挺好?！?/p>
“現在，只要打開電腦上的‘礦井通’，就能隨時隨地與井下人員進行視頻對講、圖片傳輸、實時通話?！被幢钡V業(yè)集團機電裝備部信息技術室負責人周泉說，“還能遠程控制對方礦燈上的抓拍功能，隨時抓拍并查看井下現場的圖片?！?/p>
“從前是粗放式管理，只看結果；現在變成過程管理，注重平時工作的細節(jié)。班組長或者管理人員通過智能礦燈可以隨時看到礦工的作業(yè)方式，有什么不規(guī)范的地方，隨時指出來?！睂O遠超說，“智能礦燈還能實現精準定位，對應急救援工作意義重大。”
這樣一來，通過無線物聯(lián)網基站，井下作業(yè)人員與調度指揮中心數據信息能夠實時傳輸；利用智能芯片、算法分析進行實時定位，能夠連續(xù)記錄礦工位置、通話聲音等，為災害救援、事故分析、后期取證提供詳實依據。
攻克一系列技術難關
為解決通信聯(lián)絡難題，提高生產調度指揮效率，淮北礦業(yè)集團機電裝備部于2018年組建了專業(yè)研發(fā)隊伍，研發(fā)應用井下無線物聯(lián)網基站及智能礦燈裝備，攻克了一系列技術難關。
據了解，隨著工作面回采、掘進的推進，設備及通信光纜需要不斷挪移，光纜易折斷，由此帶來的維護量十分巨大。同時，材料投入也很大。在煤礦井下幾百米甚至千米深處，相比4G、泄露通信等技術，WiFi技術成本低、適用性強，結合井下萬兆工業(yè)控制環(huán)網，可同時規(guī)范井下網絡結構，解決煤礦井下數據傳輸量大、網絡結構復雜、多網重復建設、標準不統(tǒng)一等難題?！斑^去井下就有WiFi，我們在原來的基礎上進行優(yōu)化。”孫遠超說。
“我們把人員定位系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)進行融合，做成一個系統(tǒng)，這樣的話，整體布線、設備就相對簡化，光纜敷設及后期使用維護的工作量顯著減少?！睆埫魅f。
但很快，他們遇到了建設無線物聯(lián)網基站的難題。“一開始以為在井下做基站和地面差不多，做點防爆認證就可以了。后來，隨著研究的深入，我們發(fā)現井下管道、移動設備以及巷道折射等對無線信號傳輸干擾較大，應用到工業(yè)上要考慮網絡數據傳輸速度及基站之間切換速度?！睆埫魅f。
張明泉舉例說，比如家用無線路由器，手機在有2個無線路由器的環(huán)境下，如果要切換，必須斷開一個路由器之后，才能連接另外一個。但是，這在工業(yè)上不允許，因為中斷后再次連接，需要花費幾十秒甚至一分鐘的時間。
“最終，我們通過對漫游算法的優(yōu)化，使終端實現了根據信號強度自動快速切換基站連接?！睆埫魅f，“同時，通過對無線天線內部結構進行優(yōu)化，實現了信號定向長距離可靠傳輸。”
無線網絡建成之后，進一步擴展了智能手機的功能?！熬氯藛T通過WiFi智能手機，就和在地面一樣，可以實時登陸礦上和集團的信息系統(tǒng)，實現井下移動辦公，同時也能快速查閱生產大數據信息，通過‘微信生產管理群’及時準確發(fā)布指令?！痹暌坏V數字化信息中心負責人王桂華說。
而移動設備運行狀況的實時監(jiān)測和控制，為下一步智能化、無人化提供保障。
“今年4月，通過加裝基站，信湖礦井下818工作面機風巷已經實現無線信號全覆蓋，安全生產效率大大提高，818工作面因此提前15天完成安裝?！睂O遠超說。
在整個研發(fā)過程中，淮北礦業(yè)集團組織專業(yè)技術人員深度參與項目的研發(fā)和建設過程，并提出了意見。產品研發(fā)出來后，淮北礦業(yè)集團的技術人員進行現場反復測試，并要求礦上總結歸納使用中存在的問題，針對問題進行整改。
據介紹，該研究成果利用無線WiFi、物聯(lián)網等技術，研發(fā)出適用于井下復雜工況條件下的WiFi物聯(lián)網綜合基站，結合萬兆工業(yè)控制環(huán)網，規(guī)范網絡結構，打通了井下網絡通信的“最后一公里”，為井下智能裝備、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)視頻、生產控制等系統(tǒng)提供統(tǒng)一、快速、可靠的數據傳輸通道。
下一個目標是完善無線應用
單兵裝備面世后，產品也在不斷的優(yōu)化。就拿智能礦燈來說，目前已經到第三代。
據介紹，目前智能礦燈實現了連續(xù)定位，能夠了解職工在井下的行動軌跡，但不能精準定位。
為此，技術人員確定了下一步的改進方向。一是深入研究WiFi6技術，進一步提高人員定位精度、基站切換速度。二是優(yōu)化底層軟件系統(tǒng)，讓智能礦燈運行穩(wěn)定；研究語音控制技術，擴展礦燈語音撥號、定制信息播報等交互功能。三是推廣應用無線視頻、智能傳感、移動設備在線監(jiān)測等，開發(fā)智能點巡檢、智能運維等手機APP，完善無線應用生態(tài)。
此外，智能礦燈對電池的使用時間要求是連續(xù)放電時間不低于11個小時，如果功率大的話，會增加電池的負擔?！耙虼耍β拾l(fā)射單元還要優(yōu)化，要考慮低耗能。”孫遠超說。
最終，智能礦燈經過不斷的優(yōu)化、改進，實現了音頻、視頻傳輸流暢、無延時。
“下一步，我們的目標是研發(fā)智能腕表，方便隨時掌握職工的健康狀況?！睂O遠超說，“比如，在遇到危險情況下，職工情緒緊張，血壓等出現異常，這時只要佩戴腕表，就可以自動觸發(fā)應急開關?！?/p>
“隨著各種智能裝備的不斷成熟，礦用單兵智能裝備集成化，將進一步推動安全生產由人防模式向技防模式轉變，全面提高礦井安全管控水平，實現井下作業(yè)過程可監(jiān)、可控。”淮北礦業(yè)集團機電裝備部部長張傳江信心十足。（本報記者 董衡 通訊員 梁崴 喬時慶）
來源：《中國煤炭報》 2021年7月8日 3版
