（2023年）01 上榆泉煤矿5G智能化建设项目
01 上榆泉煤矿5G智能化建设项目
所在地市:忻州市
参与单位: 山西鲁能河曲电煤开发有限责任公司上榆泉煤矿、中国电信股份有限公司忻州分公司、华为技术有限公司、宇祺智能装备有限公司
技术特点:上榆泉煤矿采用井下4G+5G混合组网系统建设，5G矿用专网以SA独立组网模式开通，具备专网生产数据试点应用条件，通过井上下“一卡一号”采用智能手机终端，实现了4K高清视频回传和井上井下协同生产、VR/AR生产辅助、矿用资产管理等，有效的解决了井上井下调度协同性低、定位不准确、数据网络传输带宽低、自动化程度低等问题。
应用成效:项目建成投用后，全矿井单班生产人数由原来的90余人减少至50余人，切实降低了矿工劳动强度，提高了安全生产水平，实现了减人提效。煤矿先后被评为国家一级安全生产标准化矿井、特级安全高效矿井、山西省安全文化建设示范矿井、中级智能化矿井，也是全市第一个全矿井达到中级标准的生产矿井。
一、企业简介
山西鲁能河曲电煤开发有限责任公司上榆泉煤矿隶属于国家能源集团，2003年开工建设，2006年建成投产，井田面积29.78平方公里，核定生产能力为500万吨/年。建成投产以来，累计生产煤炭5758.33万吨，实现主营收入127.98亿元，实现利润13.46亿元，上缴各项税费32亿元，为地方经济发展做出了突出贡献。
山西电信在原有网络基础上建设5G专网，对掘进工作面、综采工作面等重点区域进行了5G覆盖，借助“5G+环网”实现从前端数据采集到传输网络再到顺槽控制中心及地面调度控制中心的数据传输。利用5G大带宽、低时延、高可靠、硬隔离的特性，搭建起稳定可靠的端到端的智能化综采工作方式。达到自动控制为主，人工干预为辅、远程实时监控指挥的智能生产模式。
二、项目背景
按照国家能源集团《关于加快煤矿智能化建设的实施意见》、《关于进一步加快煤矿智能化建设的通知》等相关要求以及国神公司2022年制定的煤矿智能化建设实现五个100%目标，上榆泉煤矿以智能化引领为基础，依托5G网络，先后实施并完善了采煤工作面记忆割煤与自动跟机拉架项目、掘锚工作面远程集中控制项目、主运输系统远程集中控制项目、精准人员定位系统、变电所智能巡检机器人、风门远程集中控制、主通风机一键切换、洗选TDS智能矸选等项目。
三、经典经验案例
上榆泉煤矿围绕5G+智慧矿山，依托“5G+”，将新型工业互联网关键技术与智能矿山相结合，重构工业网络体系，打造煤炭产业新生态，致力于5G技术与矿山安全生产深度融合，实现无人、少人综采工作面、生产装备机械远程操控、煤炭数字孪生以及AI智能视频分析等煤炭生产核心信息化服务。
（1）井下5G网络覆盖
上榆泉煤矿2021年9月份完成井下4G+5G混合组网系统试点建设，由中国电信股份有限公司忻州分公司承建，该系统主要由一套核心网管、 两套环网交换机、八套本安型无线基站组成。无线基站分别设立在井下中央变电所、釆区变电所、综釆工作面、掘进工作面、污水仓。该系统利用5G技术高速率（峰值传输速率达到10Gbit/s）、低延时（端到端时延达到ms级）的特点，通过与工业环网融合，实现井下云会议、AR眼镜等智能业务场景应用。上榆泉煤矿将利用5G网 络架构，实现无人/少人综采工作面、生产装备机械远程操控、AI智能视频分析等煤炭生产核心信息化服务提供有效支撑。
图为井下5G使用效果展示
上榆泉煤矿井下5G试验矿用专网以SA独立组网模式开通，具备专网生产数据试点应用条件，通过井上下“一卡一号”采用智能手机终端，实现了4K高清视频回传和井上井下协同生产、VR/AR生产辅助、矿用资产管理等，有效的解决了井上井下调度协同性低、定位不准确、数据网络传输带宽低、自动化程度低等问题。
（2）井下5G+智能综采工作面
上榆泉煤矿I021009智能化综采工作面采煤机利用5G与瓦斯监控系统实现联动控制，采煤机并具备智能调速、自动调高、记忆截割功能，具备与支架防碰撞、故障诊断与预警功能。智能化综采工作面投入使用后，生产班所需人数将在原来的基础上减少3人。从指令下达到机器响应，过去要几百毫秒，现在只要20毫秒，各个作业点的画面、数据都能实时传回地面，这就是5G网络的即时响应，自主截割、视频监控及人员靠近报警、故障自诊断与信息推送等多项智能化技术，降低了矿工劳动强度，提高了安全生产水平，真正实现了减人提效。
图为智能综采工作面显示图
（3）井下5G+智能掘进工作面
上榆泉煤矿在掘进工作面智能化建设中围绕制约煤炭高质量发展的核心技术展开攻关，始终坚持实用、适用、安全、高效的原则，利用传感器+控制算法+5G通讯技术相结合，完成了山特维克MB670掘锚机及连运车的智能远程控制，掘锚机具备位姿测量、位姿补偿、多参数感知、状态监测与故障报警、远程遥控干预、故障诊断、预警、报警，智能辅助决策等功能，最终实现掘锚机高精度定向、位姿调整、自适应截割及掘进环境可视化，连运车智能自动化控制及远程控制。
图为掘锚机智能远程控制系统
（4）井下5G+智能机器人巡检+AI智能主运输皮带检测监控系统
上榆泉煤矿主运输胶带机无人值守智能化系统，于2021年12月份进行升级改造，运用物联网、PLC、传感器、5G通信技术以及管控一体化软件开发等技术，研究开发了一套胶带输送机无人值守智能化系统。涵盖胶带机管控一体化平台建设，胶带机手机APP平台、智能视频调速及保护、感温光纤监测系统、火灾监控系统、温度振动传感系统、视频巡检系统、供配电风险隐患智能预警系统、输煤流启动系统以及胶带机各个系统的数据融合和综合管控，同时配合巡检机器人能够模拟人员对井下设备进行日常检查，所收集到的信息通过井下环网传输到地面。对矿井大倾角带式输送机进行24小时自动巡检，解决了井下环境复杂、倾角大且管控风险大、人员巡检距离长等多种问题，机器人通过视频读取周边设备仪表的运行参数，通过内置的传感器感知硐室的温湿度、有害气体等实现故障多维度统计和大数据分析，以此代替人工从事高强度、长时间的重复性巡检工作，实现危险工作区域的无人化、少人化作业，在减员增效方面起到极大的效果，全面提升了矿井智能化水平。
图为主运输智能平台
图为中央变电所智能巡检机器人
（5）精准人员定位系统
上榆泉煤矿精准人员定位系统基于UWB技术，采用TOF+TDOA模式算法，能使人员静态定位精度达到20-30cm，人员动态定位精度小于1m，车辆运行定位精度小于1m。其信号覆盖范围广，无遮挡情况下半径可达到1000m以上。
上榆泉煤矿将集井下人员精确定位与无线通讯、应急广播三网进行了融合改造，在地面搭建一个总平台，井下的每个工作地点由一条线缆带一台基站，一台基站带精确定位、无线通讯和应急广播，成功实现“三网融合”。
四、项目成效
2022年8月，上榆泉煤矿已全面达到智能化中级水平，建成2个中级智能采煤工作面，2个中级智能掘进工作面，1个中级智能选煤厂，智能通风系统达到中级标准，固定岗位实现无人值守，并完成上榆泉煤矿智能一体化管控平台、煤矿云计算数据中心、井下局域无线网络建设、地面环网建设、人员精确定位系统扩容、网络安全主动防御体系建设、智能化园区建设。
