▲智能礦燈
▲技術(shù)人員講解智能礦燈工作原理
▲管理人員在地面辦公室通過(guò)單兵裝備與井下工作人員視頻連線
▲袁店一礦調(diào)度人員在查看井下工作人員定位
井下通信有“神器” 風(fēng)險(xiǎn)隱患無(wú)處藏
——淮北礦業(yè)集團(tuán)研發(fā)煤礦物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)與單兵裝備項(xiàng)目紀(jì)實(shí)
記者見(jiàn)到楊士玉的時(shí)候，他正準(zhǔn)備下井。楊士玉是淮北礦業(yè)集團(tuán)信湖礦信息化班的班長(zhǎng)，只見(jiàn)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(shí)現(xiàn)井下通信和人員定位?！睏钍坑裾f(shuō)。
這個(gè)智能礦燈實(shí)際上是淮北礦業(yè)集團(tuán)研發(fā)的單兵裝備中的一項(xiàng)。依靠單兵裝備與煤礦物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，該集團(tuán)將實(shí)現(xiàn)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(guó)務(wù)院國(guó)資委發(fā)布2020年國(guó)有企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型典型案例，煤炭企業(yè)有3個(gè)項(xiàng)目入選，其中就有淮北礦業(yè)集團(tuán)煤礦物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)與單兵裝備項(xiàng)目。這是該項(xiàng)目自入選國(guó)家能源局第一批能源領(lǐng)域首臺(tái)（套）重大技術(shù)裝備項(xiàng)目名單后，獲得的又一殊榮。
井下找人不再是難題
“過(guò)去，有人這樣總結(jié)煤礦工作的特點(diǎn)：一是找人難，二是運(yùn)輸難?！痹摷瘓F(tuán)機(jī)電裝備部副部長(zhǎng)殷鵬笑著說(shuō)。
找人難，是因?yàn)榫峦ㄐ怕?lián)絡(luò)困難，一旦人下了井，聯(lián)系只能依靠固定電話。運(yùn)輸難，是因?yàn)榫颅h(huán)境復(fù)雜，巷道拐彎、起伏較多，增加了運(yùn)輸難度。
過(guò)去，井下只有有線網(wǎng)絡(luò)，部分信息化、自動(dòng)化系統(tǒng)只能通過(guò)光纖、網(wǎng)線連到主干網(wǎng)絡(luò)，造成網(wǎng)絡(luò)重復(fù)建設(shè)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)、移動(dòng)設(shè)備信號(hào)接入難度較大。同時(shí)，通信系統(tǒng)融合度不高，無(wú)線通信、應(yīng)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(tuán)與廠家合作，共同研發(fā)煤礦物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)與單兵裝備。該項(xiàng)目的成功研發(fā)應(yīng)用，解決了復(fù)雜工況環(huán)境下WiFi無(wú)線傳輸穩(wěn)定性不足、并發(fā)量小、延時(shí)高的問(wèn)題，并具備數(shù)據(jù)傳輸跨基站無(wú)線漫游等功能。同時(shí)，該集團(tuán)注重小型化、多功能、實(shí)用性裝備設(shè)計(jì)，打通了井下各系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入通道“最后一公里”。
目前，該項(xiàng)目在信湖礦和袁店一礦實(shí)施應(yīng)用，為該集團(tuán)的煤礦智能化建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
“現(xiàn)在在井下找個(gè)人很容易?！闭f(shuō)著，楊士玉在信湖礦安全生產(chǎn)調(diào)度中心打開(kāi)電腦端“融合調(diào)度平臺(tái)“，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(shuí)，只要點(diǎn)擊人名，就可以了”。
智能礦燈就像個(gè)“黑匣子”
“煤礦物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可分為物聯(lián)網(wǎng)和平臺(tái)兩部分，物聯(lián)網(wǎng)指的是井下無(wú)線融合感知網(wǎng)絡(luò)，平臺(tái)指的是后臺(tái)融合通信平臺(tái)。平臺(tái)分為手機(jī)版和電腦版。手機(jī)版‘礦井通’可以隨時(shí)隨地聯(lián)系對(duì)方。電腦版集成了調(diào)度電話、應(yīng)急廣播、人員定位等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)信息互聯(lián)互通?！被幢钡V業(yè)集團(tuán)機(jī)電裝備部信息與裝備技術(shù)研究室主辦張明泉介紹，“單兵裝備指的是每個(gè)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。”
張明泉告訴記者，智能礦燈是在不改變礦燈形態(tài)的基礎(chǔ)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?cè)诜磸?fù)建模的基礎(chǔ)上，采用本安化電路設(shè)計(jì)，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)。”張明泉說(shuō)。
變身后的礦燈就像一個(gè)“黑匣子”，具備音視頻對(duì)講、人員連續(xù)定位、圖片和視頻拍攝并傳輸、調(diào)度呼叫、緊急報(bào)警、群組對(duì)講等功能；具備藍(lán)牙數(shù)據(jù)中繼功能，如連接藍(lán)牙便攜式瓦斯檢測(cè)儀，可以實(shí)時(shí)上傳瓦斯檢測(cè)濃度數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)，就會(huì)報(bào)警；具備錄音、拍照、攝像功能，方便記錄現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)信息，有網(wǎng)絡(luò)時(shí)自動(dòng)上傳到服務(wù)器，無(wú)網(wǎng)絡(luò)時(shí)本地保存200小時(shí)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(gè)數(shù)據(jù)中介，只要設(shè)備有藍(lán)牙功能，都可以與礦燈相連，把數(shù)據(jù)通過(guò)礦燈傳到地面?！睆埫魅f(shuō)。
除了智能礦燈，目前，淮北礦業(yè)集團(tuán)開(kāi)發(fā)的單兵裝備還有智能手機(jī)、藍(lán)牙激光瓦斯傳感器等。
管理注重過(guò)程與細(xì)節(jié)
孫遠(yuǎn)超是信湖礦機(jī)電副總工程師。2018年，孫遠(yuǎn)超來(lái)到信湖礦，一直參與該礦的智能化建設(shè)?！皢伪b備應(yīng)用后，管理上有了很多新變化?！睂O遠(yuǎn)超說(shuō)。
過(guò)去，他們會(huì)在井下人員集中區(qū)安裝一個(gè)擴(kuò)音設(shè)備，如果發(fā)生緊急情況，通過(guò)廣播通知大家撤離。“現(xiàn)在有了智能礦燈就不一樣了，可以遠(yuǎn)程監(jiān)控和通信。一旦發(fā)生危險(xiǎn)，可以定位到具體位置?！睂O遠(yuǎn)超說(shuō)。
信湖礦在今年5月18日順利實(shí)現(xiàn)了聯(lián)合試運(yùn)轉(zhuǎn)。在此之前，礦上做了大量的準(zhǔn)備工作。“有一次，在安裝支架的時(shí)候出現(xiàn)了問(wèn)題，要是按照過(guò)去的做法，需要等著技術(shù)人員來(lái)處理，光等待就花費(fèi)1個(gè)小時(shí)至2個(gè)小時(shí)。”張明泉說(shuō)，“現(xiàn)在，礦工用智能礦燈、智能手機(jī)拍了照片和視頻，技術(shù)人員遠(yuǎn)程指導(dǎo)，大大縮短了解決問(wèn)題的時(shí)間?！?/p>
記者注意到，在智能礦燈的電池處貼著使用說(shuō)明，用顏色的不同來(lái)區(qū)分其不同的功能。比如紅色是開(kāi)機(jī)鍵、黃色是呼叫調(diào)度鍵、橘黃色是組播對(duì)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(jù)工種的不同建設(shè)工作群，實(shí)現(xiàn)了群呼。班長(zhǎng)分配工作后，也可以通過(guò)這個(gè)功能，了解每個(gè)人的工作進(jìn)展情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題隨時(shí)解決。
如今，信湖礦班隊(duì)長(zhǎng)以上的管理人員都配備了智能礦燈。楊士玉說(shuō)：“我使用快2年了，操作簡(jiǎn)單，不妨礙干活，效果挺好?！?/p>
“現(xiàn)在，只要打開(kāi)電腦上的‘礦井通’，就能隨時(shí)隨地與井下人員進(jìn)行視頻對(duì)講、圖片傳輸、實(shí)時(shí)通話?！被幢钡V業(yè)集團(tuán)機(jī)電裝備部信息技術(shù)室負(fù)責(zé)人周泉說(shuō)，“還能遠(yuǎn)程控制對(duì)方礦燈上的抓拍功能，隨時(shí)抓拍并查看井下現(xiàn)場(chǎng)的圖片?！?/p>
“從前是粗放式管理，只看結(jié)果；現(xiàn)在變成過(guò)程管理，注重平時(shí)工作的細(xì)節(jié)。班組長(zhǎng)或者管理人員通過(guò)智能礦燈可以隨時(shí)看到礦工的作業(yè)方式，有什么不規(guī)范的地方，隨時(shí)指出來(lái)。”孫遠(yuǎn)超說(shuō)，“智能礦燈還能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，對(duì)應(yīng)急救援工作意義重大。”
這樣一來(lái)，通過(guò)無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)基站，井下作業(yè)人員與調(diào)度指揮中心數(shù)據(jù)信息能夠?qū)崟r(shí)傳輸；利用智能芯片、算法分析進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，能夠連續(xù)記錄礦工位置、通話聲音等，為災(zāi)害救援、事故分析、后期取證提供詳實(shí)依據(jù)。
攻克一系列技術(shù)難關(guān)
為解決通信聯(lián)絡(luò)難題，提高生產(chǎn)調(diào)度指揮效率，淮北礦業(yè)集團(tuán)機(jī)電裝備部于2018年組建了專(zhuān)業(yè)研發(fā)隊(duì)伍，研發(fā)應(yīng)用井下無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)基站及智能礦燈裝備，攻克了一系列技術(shù)難關(guān)。
據(jù)了解，隨著工作面回采、掘進(jìn)的推進(jìn)，設(shè)備及通信光纜需要不斷挪移，光纜易折斷，由此帶來(lái)的維護(hù)量十分巨大。同時(shí)，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(shù)，WiFi技術(shù)成本低、適用性強(qiáng)，結(jié)合井下萬(wàn)兆工業(yè)控制環(huán)網(wǎng)，可同時(shí)規(guī)范井下網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，解決煤礦井下數(shù)據(jù)傳輸量大、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多網(wǎng)重復(fù)建設(shè)、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等難題?！斑^(guò)去井下就有WiFi，我們?cè)谠瓉?lái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化?！睂O遠(yuǎn)超說(shuō)。
“我們把人員定位系統(tǒng)和無(wú)線通信系統(tǒng)進(jìn)行融合，做成一個(gè)系統(tǒng)，這樣的話，整體布線、設(shè)備就相對(duì)簡(jiǎn)化，光纜敷設(shè)及后期使用維護(hù)的工作量顯著減少。”張明泉說(shuō)。
但很快，他們遇到了建設(shè)無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)基站的難題。“一開(kāi)始以為在井下做基站和地面差不多，做點(diǎn)防爆認(rèn)證就可以了。后來(lái)，隨著研究的深入，我們發(fā)現(xiàn)井下管道、移動(dòng)設(shè)備以及巷道折射等對(duì)無(wú)線信號(hào)傳輸干擾較大，應(yīng)用到工業(yè)上要考慮網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速度及基站之間切換速度?！睆埫魅f(shuō)。
張明泉舉例說(shuō)，比如家用無(wú)線路由器，手機(jī)在有2個(gè)無(wú)線路由器的環(huán)境下，如果要切換，必須斷開(kāi)一個(gè)路由器之后，才能連接另外一個(gè)。但是，這在工業(yè)上不允許，因?yàn)橹袛嗪笤俅芜B接，需要花費(fèi)幾十秒甚至一分鐘的時(shí)間。
“最終，我們通過(guò)對(duì)漫游算法的優(yōu)化，使終端實(shí)現(xiàn)了根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度自動(dòng)快速切換基站連接?！睆埫魅f(shuō)，“同時(shí)，通過(guò)對(duì)無(wú)線天線內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)定向長(zhǎng)距離可靠傳輸。”
無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建成之后，進(jìn)一步擴(kuò)展了智能手機(jī)的功能?！熬氯藛T通過(guò)WiFi智能手機(jī)，就和在地面一樣，可以實(shí)時(shí)登陸礦上和集團(tuán)的信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)井下移動(dòng)辦公，同時(shí)也能快速查閱生產(chǎn)大數(shù)據(jù)信息，通過(guò)‘微信生產(chǎn)管理群’及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)布指令?！痹暌坏V數(shù)字化信息中心負(fù)責(zé)人王桂華說(shuō)。
而移動(dòng)設(shè)備運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，為下一步智能化、無(wú)人化提供保障。
“今年4月，通過(guò)加裝基站，信湖礦井下818工作面機(jī)風(fēng)巷已經(jīng)實(shí)現(xiàn)無(wú)線信號(hào)全覆蓋，安全生產(chǎn)效率大大提高，818工作面因此提前15天完成安裝。”孫遠(yuǎn)超說(shuō)。
在整個(gè)研發(fā)過(guò)程中，淮北礦業(yè)集團(tuán)組織專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員深度參與項(xiàng)目的研發(fā)和建設(shè)過(guò)程，并提出了意見(jiàn)。產(chǎn)品研發(fā)出來(lái)后，淮北礦業(yè)集團(tuán)的技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)測(cè)試，并要求礦上總結(jié)歸納使用中存在的問(wèn)題，針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行整改。
據(jù)介紹，該研究成果利用無(wú)線WiFi、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，研發(fā)出適用于井下復(fù)雜工況條件下的WiFi物聯(lián)網(wǎng)綜合基站，結(jié)合萬(wàn)兆工業(yè)控制環(huán)網(wǎng)，規(guī)范網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，打通了井下網(wǎng)絡(luò)通信的“最后一公里”，為井下智能裝備、環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)視頻、生產(chǎn)控制等系統(tǒng)提供統(tǒng)一、快速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道。
下一個(gè)目標(biāo)是完善無(wú)線應(yīng)用
單兵裝備面世后，產(chǎn)品也在不斷的優(yōu)化。就拿智能礦燈來(lái)說(shuō)，目前已經(jīng)到第三代。
據(jù)介紹，目前智能礦燈實(shí)現(xiàn)了連續(xù)定位，能夠了解職工在井下的行動(dòng)軌跡，但不能精準(zhǔn)定位。
為此，技術(shù)人員確定了下一步的改進(jìn)方向。一是深入研究WiFi6技術(shù)，進(jìn)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(yùn)行穩(wěn)定；研究語(yǔ)音控制技術(shù)，擴(kuò)展礦燈語(yǔ)音撥號(hào)、定制信息播報(bào)等交互功能。三是推廣應(yīng)用無(wú)線視頻、智能傳感、移動(dòng)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)等，開(kāi)發(fā)智能點(diǎn)巡檢、智能運(yùn)維等手機(jī)APP，完善無(wú)線應(yīng)用生態(tài)。
此外，智能礦燈對(duì)電池的使用時(shí)間要求是連續(xù)放電時(shí)間不低于11個(gè)小時(shí)，如果功率大的話，會(huì)增加電池的負(fù)擔(dān)?！耙虼耍β拾l(fā)射單元還要優(yōu)化，要考慮低耗能?！睂O遠(yuǎn)超說(shuō)。
最終，智能礦燈經(jīng)過(guò)不斷的優(yōu)化、改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了音頻、視頻傳輸流暢、無(wú)延時(shí)。
“下一步，我們的目標(biāo)是研發(fā)智能腕表，方便隨時(shí)掌握職工的健康狀況?！睂O遠(yuǎn)超說(shuō)，“比如，在遇到危險(xiǎn)情況下，職工情緒緊張，血壓等出現(xiàn)異常，這時(shí)只要佩戴腕表，就可以自動(dòng)觸發(fā)應(yīng)急開(kāi)關(guān)?！?/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(jìn)一步推動(dòng)安全生產(chǎn)由人防模式向技防模式轉(zhuǎn)變，全面提高礦井安全管控水平，實(shí)現(xiàn)井下作業(yè)過(guò)程可監(jiān)、可控?！被幢钡V業(yè)集團(tuán)機(jī)電裝備部部長(zhǎng)張傳江信心十足。（本報(bào)記者 董衡 通訊員 梁崴 喬時(shí)慶）
來(lái)源：《中國(guó)煤炭報(bào)》 2021年7月8日 3版
