作者/孫繼平 中國礦業大學（北京）原副校長、教授
作者介紹：二十多年來一直從事煤礦安全生產監控與通信、安全生產信息化及煤礦電氣安全方面的研究和實踐，解決了一系列行業共性、關鍵性技術難題。
煤炭是我國主要的能源，在一次能源生產和消費結構中，煤炭占比均超過六成，是我國能源供應的壓艙石。大型化、智能化、機械化是現代化煤礦發展的方向。為了加快煤礦智能化建設，國家發改委、能源局等八部委聯合印發了《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》，目標就是促進智能化技術與煤炭產業融合發展，提升煤礦智能化水平，完善煤礦生產主要環節的信息化傳輸和自動化運行技術體系，實現掘進工作面減人提效、綜采工作面內少人或無人操作、井下和露天煤礦固定崗位的無人值守與遠程監控。
煤礦智能化是煤炭行業高質量發展的核心，其目標是采煤效率提升、生產安全升級和井下少人無人化。煤礦智能化發展，是通過有線和無線寬帶網絡、物聯網、GIS、人工智能、大數據等技術，以新聯接技術為底座，達成煤礦全息業務的閉環運行體系，實現遠程控制和維護；智能化的目標，在于實現智慧化分析決策和系統預測預判，釋放更大的生產力。此外，智能化的另一個目標是解放人力，井下的工作人員越多，發生事故時遇險人員就越多，減少井下人員其實是個安全問題。煤礦智能化建設的目標，就是減人、提效、保安全；當務之急是建好煤礦信息高速公路，為礦井監控、通信、定位、監視、地面遠程控制等，提供大帶寬、低時延、高可靠、廣接入的信息傳輸通道。
在井下作業環境，涉及通信與信息交互的場景包含傳感監控、調度通信、礦井人車位置通信及煤礦視頻監視等，目前至少有礦用有線調度通信網、煤礦安全監控網和礦用工業環網3張網，如果煤礦井下使用5G，還需增加礦用5G通信網，至少有4張網，增加了網絡部署和運維難度，增加了煤礦企業網絡建設成本，需要更多的網絡維護人員，不利于減少井下作業人員。如果采用同一張網絡承載不同類型的業務，傳統網絡采用QoS服務質量機制，一般情況下，可以保證最高優先級應用的實時性和可靠性，但當多路接口信號同時匯入且數據量大時，最高優先級業務的質量也難以保證。
為簡化煤礦網絡部署和維護，且實現監控、礦井人車位置通信、視頻和語音通信等多種井下業務的高可靠承載，井下多張網絡融合是未來的必然趨勢，而不同業務間需要實現硬管道的隔離能力。硬管道能力，是將不同業務隔離在多個信道上，每個信道分配一定的帶寬，不同業務可以分配不同的信道，信道之間互不影響，保證所有業務的高可靠、低時延承載。因此，礦山的智能化建設，需要一張支持硬管道技術的全礦井一體化信息傳輸網。
煤礦智能化建設，F5G扮演著重要角色
井下網絡技術面向未來發展，要滿足安全可靠、長距離、大帶寬和低時延的業務承載能力。基于光纖的網絡在滿足以上需求的基礎上，通過無源分光器取代了傳統網絡的匯聚層設備，極大程度減少了危險環境中電火花風險，是未來井下通信技術發展的必然方向。
由歐洲電信標準協會提出，F5G基于兩層點到多點網絡架構，不同于傳統工業以太的逐層匯聚網絡架構，F5G的頭端節點部署在井上機房內，末端的光終端部署在井下，末端和頭端間長達數十公里的范圍內，都是由無源光器件組成，極大簡化了網絡部署和運維，大幅提升了井下的安全性。基于光纖無源免取電的優勢，華為在煤礦場景需求持續創新，推出了本安型F5G工業光終端，實現了井下網絡設備全部本質安全，這是F5G在井下部署最核心的價值。
F5G融合了時分復用技術和波分復用技術，實現了端到端網絡硬隔離，保障業務安全可靠承載。具備硬管道能力的F5G技術將是礦井智能化建設過程中新的主力網絡方案，將是解決井下海量數據傳輸的重要選擇。通過F5G技術，可實現監控、礦井人車位置通信、視頻和語音通信等業務的在一根光纖上的統一承載，F5G將協同網絡硬切片和5G技術，搭建構筑一條通暢的井下信息高速公路。
華為F5G技術在煤礦行業的應用
礦井下生產作業環境，粉塵大、潮濕、狹小且照度低，井下網絡故障發生時，人工排查和維護的難度較大。為了提升礦井網絡運維效率，華為推出創新的DQ ORP方案，通過標記光路和無源光器件，基于圖像識別點亮光纖網絡，實現了光鏈路和器件的精準可視化，井上對井下網絡質量、斷纖位置等信息一目了然，目前光路診斷技術定位精度可達米級，減少了90%的井下維護時間，提升了運維工作的安全系數。
煤礦井下環境惡劣、設備維護困難。用于煤礦井下的網絡設備必須簡單、可靠、免維護、易維護。華為推出了預連接技術，可實現光器件在井下的快速連接，避免了井下光纖熔接機的使用，保證了井下網絡部署的安全性。此外，煤礦工作面定期移動，尤其遠程控制類業務可能需要新增接入信息節點，華為光終端，即插即用免配置，降低了方案的技術門檻。
華為推出的DQ ORP方案和預連接方案是F5G技術結合煤礦應用的重要創新，會進一步加速技術普及。目前煤礦智能化推進正處于示范礦建設階段，場景融合、技術協同是礦山網絡建設的方向，尤其有線和無線技術之間要做好場景互補；另外，隨著技術創新應用，光纖在礦井的應用將不止于通信，光纖傳感技術也將推動煤礦生產安全進一步升級。
后記：
2021年3月，中國煤科·煤炭科學技術研究院有限公司和華為技術有限公司共同發布了F5G智能化煤礦應用方案和白皮書；在國家礦山安全監察局的見證下，雙方聯合中國煤科所屬安標國家礦用產品安全標志中心有限公司、中煤科工能源科技發展有限公司共同成立了"智能礦山聯合實驗室"，標志著F5G技術在煤炭行業的普及正式啟動。2021年下半年，國家能源局將F5G技術寫入了《智能化煤礦驗收管理辦法（試行）》規范，為煤礦網絡技術選擇給出了指引參考。
持續引領產業創新，華為與煤科院等產業伙伴協同，推進F5G在煤礦大省的商用加速和生態構建，截至目前，F5G礦山商用部署已超40個，包含延長石油巴拉素煤礦、陜煤化紅柳林煤礦、永煤陳四樓煤礦、貴州豫能新田煤礦等，F5G的商用部署將持續推進煤礦智能化建設。
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