Trong bối cảnh các nền kinh tế lớn trên thế giới công bố mục tiêu phát thải carbon ròng bằng không, việc đẩy nhanh sự phát triển của khai thác mỏ thông minh là rất quan trọng - đây là cách duy nhất để đạt được sự phát triển chất lượng cao trong ngành.

Bản chất của khai thác mỏ thông minh nằm ở Internet công nghiệp với vấn đề then chốt là xây dựng các tiêu chuẩn và kiến trúc thống nhất. Để đạt được điều này, cần xây dựng một chiến lược hoàn chỉnh bao gồm Nền tảng + AI + Hệ sinh thái, triển khai Công nghệ Thông tin và Truyền thông (ICT) thế hệ tiếp theo - từ điện toán đám mây và dữ liệu lớn đến 5G, AI và Internet vạn vật công nghiệp (IIoT).

Dẫn đầu trong việc sử dụng 5G trong ngành khai thác mỏ là các tập đoàn Cisco Mỹ), Hitatchi Energy (Thụy Sĩ) và Huawei (Trung Quốc). Nhu cầu lớn nhất đối với công nghệ này đến từ ngành khai thác mỏ lộ thiên với giá trị thị trường đạt 1,5 tỷ USD trong năm 2023. Công nghệ 5G có thể được sử dụng trong tất cả các lĩnh vực của quá trình khai thác lộ thiên với ứng dụng cho các hoạt động không người lái đang ngày càng gia tăng.

Thống trị 5G trong thị trường khai thác mỏ là khu vực châu Á - Thái Bình Dương với giá trị thị trường đạt 860 triệu USD trong năm 2023. Ở châu Âu, thị trường này được dự đoán sẽ tăng trưởng với tỷ lệ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 29,38%. Triển vọng thịnh vượng này có mối liên quan chặt chẽ với ứng dụng ngày càng tăng của công nghệ điện toán đám mây cũng như AI trong ngành khai thác mỏ.

Ngành công nghiệp khai thác mỏ đang ngày càng nắm bắt công nghệ 5G. (Ảnh: GorodenkoffShutterstock)

Riêng ở Trung Quốc, trong thập kỷ qua, ngành sản xuất than của nước này đã có những bước nhảy vọt đáng kể trong lĩnh vực cơ giới hóa, góp phần nâng cao an toàn và giảm tác động môi trường của ngành này. Tuy nhiên, với việc than đá là nguồn năng lượng chính của nước này, trong đó, hơn 85% được khai thác hầm lò, cần tìm ra các giải pháp để nâng cao hiệu quả sản xuất. Chìa khóa then chốt cho vấn đề này chính là chuyển từ cơ giới hóa sang khai thác tự động và thông minh. Công nghệ 5G đã và đang được áp dụng cho nhiều mỏ ở Trung Quốc nhằm nâng cao hiệu quả và giảm số lượng người bên trong mỏ. Với mục tiêu cuối cùng là đưa tất cả mọi người ra khỏi công việc hầm lò hàng ngày, giai đoạn tiếp theo là thông minh hóa hoạt động khai thác mỏ. Để đạt được điều này, Công ty Công Nghệ Huawei đã tạo ra các tiêu chuẩn và kiến trúc thống nhất kết hợp điện toán đám mây và dữ liệu lớn cho 5G-A, AI và IIoT và triển khai áp dụng tại mỏ than Caojiatan.

Mỏ thông minh với 5G-A (5.5G) đầu tiên trên thế giới

Mỏ than Caojiatan của Tập đoàn than Thiểm Tây, một trong những mỏ lớn nhất ở Trung Quốc, có công suất 25 triệu tấn /năm, mới đây đã được nâng cấp để trở thành mỏ than thông minh 5G-A (5.5G) đầu tiên trên thế giới. Với tốc độ tải xuống nhanh hơn và độ trễ thấp, 5G-A mang đến tiềm năng cho AI và biến Internet of Things (IoT) thành hiện thực. Vào ngày 20-11-2023, thông qua sự hợp tác với Tập đoàn than Thiểm Tây, China Telecom, Huawei và TD Tech, Mỏ thông minh Caojiatan đã được công bố tại Hội nghị Internet công nghiệp 5G + Trung Quốc 2023.

Tại hội nghị này, dự án đã giới thiệu các công nghệ 5G-A quan trọng bao gồm các đường lên (uplink) tần số thấp và REDCAP. Về mặt sản xuất, Mỏ Caojiatan đã xây dựng sáu diện khai thác than thông minh, hai trong số đó đã giảm số lượng nhân sự từ 17 xuống còn 7 bộ phận, cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất than. Về mặt vận tải, Mỏ Caojiatan có một hệ thống vận chuyển và bán hàng thông minh với khả năng điều khiển và chất tải lên các phương tiện vào trạm hoàn toàn tự động, đồng thời hiển thị dữ liệu bán hàng theo thời gian thực. Nhân viên trạm vận tải, tiếp thị và bốc xếp có thể sử dụng chức năng giám sát thời gian thực và quản lý phương tiện từ xa bằng điện thoại di động, đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả của tuyến đường sắt mỏ.

Những thách thức của quá trình chuyển đổi kỹ thuật số

Trong quá trình số hóa mỏ, Mỏ than Caojiatan phải đối mặt với nhiều thách thức như các giao thức tiêu chuẩn mâu thuẫn và sự cô lập của một số lượng lớn các thiết bị hầm lò, bên cạnh việc không thể kết nối với nhau trong thời gian thực. Do đó, Caojiatan cần một mạng 5G mạnh mẽ để giúp các thiết bị đầu cuối hầm lò đồ sộ của mình có thể truy cập dữ liệu một cách nhanh chóng. Tuy nhiên, có hai thách thức phải vượt qua để cài đặt 5G. Thách thức đầu tiên là đảm bảo độ phủ sóng. Môi trường hầm lò hẹp và dài, không có lợi cho việc phủ sóng tín hiệu tốt. Ngoài ra, do diện khai thác than thường xuyên di chuyển nên việc bổ sung các trạm cơ sở gặp khó khăn. Thêm vào đó là các yêu cầu của hoạt động chống cháy nổ. Lấy ví dụ, công suất trạm cơ sở không thể vượt quá 6W, thấp hơn nhiều so với yêu cầu thông thường và khả năng phủ sóng cũng bị hạn chế. Thách thức thứ hai là số lượng dữ liệu có thể được truyền qua mạng. Công nghệ nâng cao và các thiết bị rẻ hơn cho phép độ phủ sóng tốt hơn. Các thiết bị 5G-A được thiết kế đặc biệt chống cháy nổ và chống thấm nước giúp tiết kiệm năng lượng hơn và do đó cần ít năng lượng hơn để hoạt động. Tín hiệu tần số thấp được sử dụng để đối phó với sự nhiễu tín hiệu. Hai trạm cơ sở, bao gồm một trạm chính và một trạm phụ, có thể phủ sóng cho một diện khai thác cơ giới dài 300 m. Để giải quyết thách thức truyền một lượng lớn dữ liệu, hai trạm cơ sở có cổng Đường lên bổ sung (SUL) đường lên lớn tần số thấp, sử dụng một tần số cho đường lên và một tần số khác cho đường xuống.

Cũng tại Hội nghị Internet công nghiệp 5G + Trung Quốc 2023, Huawei đã giới thiệu công nghệ REDCAP trong mạng 5G – A tại các mỏ để đảm bảo thiết bị nhận được tín hiệu, đồng thời đảm bảo hiệu suất và khả năng phủ sóng đáp ứng các yêu cầu hầm lò trong khi cắt giảm tiêu thụ điện năng.

Tích hợp các công nghệ với 5G-A

Dự án khai thác mỏ thông minh Caojiatan thực hiện hiện đại hóa 116 hệ thống con thông qua mạng 5G-A, một nền tảng đám mây và một nền tảng quản lý và kiểm soát toàn diện.

Được hỗ trợ bởi 5G-A, hệ thống lưu lượng than chính tích hợp các công nghệ như công nghệ đo lưu lượng than bằng cách sử dụng tính năng giám sát và cảnh báo bằng AI và robot tuần tra. Hệ thống được khởi động chỉ với một nút bấm cho quy trình than di chuyển từ gương than đến kho than phía trên với các tính năng điều chỉnh tốc độ thông minh, phối hợp nhiều máy móc và điều khiển tập trung từ xa. Điều này giúp giảm thời gian khởi động hệ thống lưu lượng than từ hơn 30 phút xuống dưới 10 phút. Công nghệ 5G-A cung cấp băng thông lớn và độ trễ thấp cho việc điều khiển từ xa các hoạt động và thiết bị như máy cắt, máy đào và máy neo. Các chức năng thông minh bao gồm ghép video được tăng cường AI và giám sát các hoạt động ở những nơi có tầm nhìn kém và các hoạt động khai thác mỏ khác. Các phương tiện không người lái được sử dụng cho việc vận chuyển liên tục nhằm thực hiện quản lý vòng kín thông minh về phân phối và thu hồi vật liệu. Huawei cũng đã phát triển phần mềm để xây dựng một hệ thống hậu cần thông minh cả trong và ngoài mỏ.

Với thiết bị đào nhanh, định vị chính xác hơn, hiệu chỉnh độc lập, việc cho các phương tiện vào trạm tự động là khả thi. Bộ nguồn thông minh cho phép giám sát thời gian thực các hệ thống và thiết bị cung cấp điện, chẩn đoán và phân tích thông minh, robot tự động, máy bơm và thoát nước thông minh.

Tương lai của 5G-A

Mỏ than Caojiatan đã tạo ra bản kế hoạch chi tiết cho khai thác mỏ thông minh 5G-A và mở ra một tương lai đầy triển vọng. Với số lượng hơn 100.000 mỏ trên khắp thế giới hiện nay, hiện đại hóa là điều cần thiết để cải thiện an toàn, hiệu quả và hướng khai thác mỏ đến sự phát triển bền vững. Được định giá hơn 300 tỷ nhân dân tệ vào năm 2023, thị trường dịch vụ mỏ thông minh của Trung Quốc dự đoán sẽ tiếp tục tăng trưởng và sẽ có thêm nhiều người được làm việc trong điều kiện an toàn hơn trên mặt đất nhờ công nghệ 5G-A./.