▲智能矿灯
▲技术人员讲解智能矿灯工作原理
▲管理人员在地面办公室通过单兵装备与井下工作人员视频连线
▲袁店一矿调度人员在查看井下工作人员定位
井下通信有“神器” 风险隐患无处藏
——樱花水蜜桃视频研发煤矿物联网平台与单兵装备项目纪实
记者见到杨士玉的时候，他正准备下井。杨士玉是樱花水蜜桃视频信湖矿信息化班的班长，只见他在戴矿工帽之前，试了试矿工帽是否工作正常。“这可不是普通的矿灯，它能实现井下通信和人员定位。”杨士玉说。
这个智能矿灯实际上是樱花水蜜桃视频研发的单兵装备中的一项。依靠单兵装备与煤矿物联网平台，该集团将实现井下作业全程可控，大幅提升矿井安全管控水平。
前不久，国务院国资委发布2020年国有公司数字化转型典型案例，煤炭公司有3个项目入选，其中就有樱花水蜜桃视频煤矿物联网平台与单兵装备项目。这是该项目自入选国家能源局第一批能源领域首台（套）重大技术装备项目名单后，获得的又一殊荣。
井下找人不再是难题
“过去，有人这样总结煤矿工作的特点：一是找人难，二是运输难。”该集团机电装备部副部长殷鹏笑着说。
找人难，是因为井下通信联络困难，一旦人下了井，联系只能依靠固定电话。运输难，是因为井下环境复杂，巷道拐弯、起伏较多，增加了运输难度。
过去，井下只有有线网络，部分信息化、自动化系统只能通过光纤、网线连到主干网络，造成网络重复建设、结构复杂，且网络运行维护、移动设备信号接入难度较大。同时，通信系统融合度不高，无线通信、应急广播、固定电话等不能通联。
为解决这一难题，樱花水蜜桃视频与厂家合作，共同研发煤矿物联网平台与单兵装备。该项目的成功研发应用，解决了复杂工况环境下奥颈贵颈无线传输稳定性不足、并发量小、延时高的问题，并具备数据传输跨基站无线漫游等功能。同时，该集团注重小型化、多功能、实用性装备设计，打通了井下各系统数据接入通道“最后一公里”。
目前，该项目在信湖矿和袁店一矿实施应用，为该集团的煤矿智能化建设打下了坚实基础。
“现在在井下找个人很容易。”说着，杨士玉在信湖矿安全生产调度中心打开电脑端“融合调度平台“，使用智能矿灯的人名一目了然，人名下面还有唯一的编码。如果在井下，矿灯显示为绿色；反之，则显示为灰色，“要联系谁，只要点击人名，就可以了”。
智能矿灯就像个“黑匣子”
“煤矿物联网平台可分为物联网和平台两部分，物联网指的是井下无线融合感知网络，平台指的是后台融合通信平台。平台分为手机版和电脑版。手机版‘矿井通’可以随时随地联系对方。电脑版集成了调度电话、应急广播、人员定位等系统，实现系统集成、数据信息互联互通。”樱花水蜜桃视频机电装备部信息与装备技术研究室主办张明泉介绍，“单兵装备指的是每个人随身携带通信、定位、摄像等工具的集约化统称，目前最典型的是智能矿灯。”
张明泉告诉记者，智能矿灯是在不改变矿灯形态的基础上，集成智能芯片、摄像头、通话装置等模块于一体制造的。“我们在反复建模的基础上，采用本安化电路设计，满足了智能矿灯防尘、防水、抗摔的要求，并且不改变其外部形态。”张明泉说。
变身后的矿灯就像一个“黑匣子”，具备音视频对讲、人员连续定位、图片和视频拍摄并传输、调度呼叫、紧急报警、群组对讲等功能；具备蓝牙数据中继功能，如连接蓝牙便携式瓦斯检测仪，可以实时上传瓦斯检测浓度数据，一旦发现瓦斯浓度超标，就会报警；具备录音、拍照、摄像功能，方便记录现场相关信息，有网络时自动上传到服务器，无网络时本地保存200小时声音文件。这些功能让井下与地面高效通联，拓展了安全监管渠道和范围。
“矿灯在这里更像一个数据中介，只要设备有蓝牙功能，都可以与矿灯相连，把数据通过矿灯传到地面。”张明泉说。
除了智能矿灯，目前，樱花水蜜桃视频开发的单兵装备还有智能手机、蓝牙激光瓦斯传感器等。
管理注重过程与细节
孙远超是信湖矿机电副总工程师。2018年，孙远超来到信湖矿，一直参与该矿的智能化建设。“单兵装备应用后，管理上有了很多新变化。”孙远超说。
过去，他们会在井下人员集中区安装一个扩音设备，如果发生紧急情况，通过广播通知大家撤离。“现在有了智能矿灯就不一样了，可以远程监控和通信。一旦发生危险，可以定位到具体位置。”孙远超说。
信湖矿在今年5月18日顺利实现了联合试运转。在此之前，矿上做了大量的准备工作。“有一次，在安装支架的时候出现了问题，要是按照过去的做法，需要等着技术人员来处理，光等待就花费1个小时至2个小时。”张明泉说，“现在，矿工用智能矿灯、智能手机拍了照片和视频，技术人员远程指导，大大缩短了解决问题的时间。”
记者注意到，在智能矿灯的电池处贴着使用说明，用颜色的不同来区分其不同的功能。比如红色是开机键、黄色是呼叫调度键、橘黄色是组播对讲键、灰色是拍照和录像键。
信湖矿利用智能矿灯的功能，根据工种的不同建设工作群，实现了群呼。班长分配工作后，也可以通过这个功能，了解每个人的工作进展情况，发现问题随时解决。
如今，信湖矿班队长以上的管理人员都配备了智能矿灯。杨士玉说：“我使用快2年了，操作简单，不妨碍干活，效果挺好。”
“现在，只要打开电脑上的‘矿井通’，就能随时随地与井下人员进行视频对讲、图片传输、实时通话。”樱花水蜜桃视频机电装备部信息技术室负责人周泉说，“还能远程控制对方矿灯上的抓拍功能，随时抓拍并查看井下现场的图片。”
“从前是粗放式管理，只看结果；现在变成过程管理，注重平时工作的细节。班组长或者管理人员通过智能矿灯可以随时看到矿工的作业方式，有什么不规范的地方，随时指出来。”孙远超说，“智能矿灯还能实现精准定位，对应急救援工作意义重大。”
这样一来，通过无线物联网基站，井下作业人员与调度指挥中心数据信息能够实时传输；利用智能芯片、算法分析进行实时定位，能够连续记录矿工位置、通话声音等，为灾害救援、事故分析、后期取证提供详实依据。
攻克一系列技术难关
为解决通信联络难题，提高生产调度指挥效率，樱花水蜜桃视频机电装备部于2018年组建了专业研发队伍，研发应用井下无线物联网基站及智能矿灯装备，攻克了一系列技术难关。
据了解，随着工作面回采、掘进的推进，设备及通信光缆需要不断挪移，光缆易折断，由此带来的维护量十分巨大。同时，材料投入也很大。在煤矿井下几百米甚至千米深处，相比4骋、泄露通信等技术，奥颈贵颈技术成本低、适用性强，结合井下万兆工业控制环网，可同时规范井下网络结构，解决煤矿井下数据传输量大、网络结构复杂、多网重复建设、标准不统一等难题。“过去井下就有奥颈贵颈，我们在原来的基础上进行优化。”孙远超说。
“我们把人员定位系统和无线通信系统进行融合，做成一个系统，这样的话，整体布线、设备就相对简化，光缆敷设及后期使用维护的工作量显着减少。”张明泉说。
但很快，他们遇到了建设无线物联网基站的难题。“一开始以为在井下做基站和地面差不多，做点防爆认证就可以了。后来，随着研究的深入，我们发现井下管道、移动设备以及巷道折射等对无线信号传输干扰较大，应用到工业上要考虑网络数据传输速度及基站之间切换速度。”张明泉说。
张明泉举例说，比如家用无线路由器，手机在有2个无线路由器的环境下，如果要切换，必须断开一个路由器之后，才能连接另外一个。但是，这在工业上不允许，因为中断后再次连接，需要花费几十秒甚至一分钟的时间。
“最终，我们通过对漫游算法的优化，使终端实现了根据信号强度自动快速切换基站连接。”张明泉说，“同时，通过对无线天线内部结构进行优化，实现了信号定向长距离可靠传输。”
无线网络建成之后，进一步扩展了智能手机的功能。“井下人员通过奥颈贵颈智能手机，就和在地面一样，可以实时登陆矿上和集团的信息系统，实现井下移动办公，同时也能快速查阅生产大数据信息，通过‘微信生产管理群’及时准确发布指令。”袁店一矿数字化信息中心负责人王桂华说。
而移动设备运行状况的实时监测和控制，为下一步智能化、无人化提供保障。
“今年4月，通过加装基站，信湖矿井下818工作面机风巷已经实现无线信号全覆盖，安全生产效率大大提高，818工作面因此提前15天完成安装。”孙远超说。
在整个研发过程中，樱花水蜜桃视频组织专业技术人员深度参与项目的研发和建设过程，并提出了意见。产物研发出来后，樱花水蜜桃视频的技术人员进行现场反复测试，并要求矿上总结归纳使用中存在的问题，针对问题进行整改。
据介绍，该研究成果利用无线奥颈贵颈、物联网等技术，研发出适用于井下复杂工况条件下的奥颈贵颈物联网综合基站，结合万兆工业控制环网，规范网络结构，打通了井下网络通信的“最后一公里”，为井下智能装备、环境监测、工业视频、生产控制等系统提供统一、快速、可靠的数据传输通道。
下一个目标是完善无线应用
单兵装备面世后，产物也在不断的优化。就拿智能矿灯来说，目前已经到第叁代。
据介绍，目前智能矿灯实现了连续定位，能够了解职工在井下的行动轨迹，但不能精准定位。
为此，技术人员确定了下一步的改进方向。一是深入研究奥颈贵颈6技术，进一步提高人员定位精度、基站切换速度。二是优化底层软件系统，让智能矿灯运行稳定；研究语音控制技术，扩展矿灯语音拨号、定制信息播报等交互功能。叁是推广应用无线视频、智能传感、移动设备在线监测等，开发智能点巡检、智能运维等手机础笔笔，完善无线应用生态。
此外，智能矿灯对电池的使用时间要求是连续放电时间不低于11个小时，如果功率大的话，会增加电池的负担。“因此，功率发射单元还要优化，要考虑低耗能。”孙远超说。
最终，智能矿灯经过不断的优化、改进，实现了音频、视频传输流畅、无延时。
“下一步，我们的目标是研发智能腕表，方便随时掌握职工的健康状况。”孙远超说，“比如，在遇到危险情况下，职工情绪紧张，血压等出现异常，这时只要佩戴腕表，就可以自动触发应急开关。”
“随着各种智能装备的不断成熟，矿用单兵智能装备集成化，将进一步推动安全生产由人防模式向技防模式转变，全面提高矿井安全管控水平，实现井下作业过程可监、可控。”樱花水蜜桃视频机电装备部部长张传江信心十足。（本报记者 董衡 通讯员 梁崴 乔时庆）
来源：《中国煤炭报》 2021年7月8日 3版
