9月11日至17日，全国科普日活动在各地集中开展。2021全国科普日主题为“百年再出发，迈向高水平科技自立自强”。科技创新是煤炭行业实现高质量发展的重要支撑。从今天起，本报开设“百年再出发，迈向高水平科技自立自强”栏目，介绍煤炭行业的“黑科技”和创新成果，弘扬科学精神，推动煤炭行业高质量发展。
有人说，煤炭行业的数字化特征可以概括为全联接、全感知、全智能。新型传感器和摄像头等设备的应用，使煤矿实现了对环境、设备和人员状态的实时感知；万兆工业环网和5G、F5G通信技术的应用，让煤矿有了信息传输的高速公路；基于AI和大数据的智能应用，有利于煤矿在分析数据基础上科学决策。
在这场技术改革浪潮里，F5G作为通信手段，既连接起井下工作面与地面调度中心，又让传统思维与创新理念产生了碰撞。日前，记者走进全国首家应用F5G技术的煤矿——河南能源化工集团永煤公司陈四楼煤矿，实地探访矿用F5G的落地过程及应用效果。
F5G遇到煤矿
F5G（the 5th Generation Fixed Network），即第五代固定网络，是欧洲电信标准协会于2020年2月定义的第五代固定网络技术和标准。F5G以光纤通信为主，具备超大带宽、安全可靠、确定性低时延的特点。目前，我国已部署全球最大的F5G网络，用户超过4亿人。
F5G缘何与煤矿产生了联系？这要从华为公司的光产业布局说起。今年5月，华为公司发布了F5G全光工业网解决方案。这份方案提供全光纤业务承载网络，具备安全可靠、极简部署、可视运维、灵活扩展、边缘智能等特点，可助力矿区安全监控、远程生产以及办公生活。
“联接是实现煤炭行业全感知和全智能的基础。传统的窄带无线通信和以太网技术已经无法满足需求，需要进行全面升级。F5G提供运力，与5G一起提供联接力，AI提供智力，计算提供算力，共同构成数字煤矿的基础设施。”华为公司相关人员在今年6月举办的全国首个F5G矿山商用发布会上表示。
这份F5G全光工业网解决方案，包含了华为公司与陈四楼煤矿开展的井下实践。一次偶然的机会，陈四楼煤矿调度室副主任景旭东从杂志上看到了F5G技术的介绍。其中，“超大带宽、安全可靠、确定性低时延”让他印象深刻。
“我们从2016年开始使用万兆环网，尝到了减人提效的甜头。不过，想要把网络延伸到更远的区域，我们需要一套移动性强、带宽更大、更适应井下环境的通信设备。”景旭东告诉记者。
陈四楼煤矿与华为公司取得了联系。针对该矿建立稳定、高效的立体式网络诉求，双方共同决定，将F5G工业光环网技术按照煤矿场景设计。随后，华为公司开展了专项设计，并反复验证技术可行性。
2020年6月，陈四楼煤矿在井下启动工业光环网设备安装。今年1月，经过不断施工与调试，陈四楼煤矿成功在MZ201综采工作面、2901综掘工作面和中央变电所部署了工业光环网设备。
“从左边这个点开始，我们把F5G辐射到右边这个点。”在调度中心，景旭东指着矿井拓扑图对记者说，“采煤工作面、掘进工作面和中央变电所是井下电力设备最多，也是最重要的3个场所。而且，井下生产和施工经常移动，需要更轻更灵活的设备。”
打通信息高速公路
今年3月发布的《煤矿F5G应用技术白皮书》指出，F5G在煤矿的应用主要包括三类产品，即光环网头端设备（ORH）、光环网终端设备（ORE）和无源光环网设备（ORP)。终端设备安装在井下，必须防爆，通过无源光环网设备（分光器）与光环网头端设备端口相连。终端设备连接井下设备，如摄像头和传感器。终端设备将数据上传到头端设备后，调度中心便能发出指令指导生产。
记者跟随相关人员来到井下。在中央变电所，记者看到，一个体积不大、形似路由器的黑色盒子挂在墙上。调度室自动化组组员王飞介绍，这是工业光环网终端设备。设备底部有几个插口，新增设备可通过预制的光纤即插即用。
王飞告诉记者，预制的光纤避免了井下熔纤操作；无源分光器替代了有源交换机和防爆箱；只在头端和终端布置有源设备的双层网络架构，可有效降低井下网络设备电火花风险。这些增强了F5G在井下应用的安全性。
同时，更轻便的设备降低了工人的劳动强度。王飞举例：“以前，工人施工铺设200米光缆（以轻铠计算），2个人需要抬300多斤；现在，预制光缆每米只有6克，1000米不到20斤，工人可以轻松背过去。”
除了更安全，F5G技术传输的视频画面还更清晰流畅。通过F5G网络，采煤工作面的高精度惯性导航数据、掘进工作面的掘进机控制信号、车辆信息和调度语音等地面辅助信息实现了实时回传。
“不卡顿对我们来说很重要。只要一发现卡顿，一种情况是网络堵塞，另一种情况是现场设备肯定停过，那我们就要进行相应操作。保证视频不卡顿，意味着传输稳定性要高。”景旭东表示。从调度中心显示的万兆环网与F5G技术回传画面对比图来看，后者确实更清晰。
F5G技术在陈四楼煤矿应用后，为矿区办公网络、视频监控、井上信息回传提供了超大带宽接入。基于光时域反射仪的智能光路诊断，让矿区能快速定位光纤链路故障，缩短业务暂停时间。
“在煤矿智能化建设中，高端装备是关键，测控技术是核心，但传输渠道却是瓶颈。”华为公司相关人员表示，“F5G的安全、极简、便捷，提供了一种通信新思路，让煤矿建设信息高速公路成为可能。此外，在F5G应用的带动下，未来将出现更多的应用场景，为智能化建设提供更多解决方案。”
“下一步，我们将逐步推行到一些正在建设的区域。”景旭东表示。同时，华为公司也与河南、贵州、内蒙古等地的煤炭企业开展合作，加速推进F5G产业化进程。
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◆5G是“天上的一张网”，F5G是“地上的一张网”。两者是互相协同的关系。
◆无线关注的是移动性，5G适用于更需要移动性的场合，比如无人机、车联网等。F5G基于光纤技术，具有超大带宽、安全可靠、确定性低时延的特点，适合企业园区、数据中心互联、电力交通数据承载等场合。
◆5G和F5G就像树根，联接海量的人员、传感器、机械等，再通过F5G的强大运力将数据输送到树枝和树叶，为煤炭行业的数字化转型提供源动力。
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