09   晋能控股麻家梁煤业“5G+智能巡检机器人”项目

所在地市：朔州市

参与单位：联通(山西)产业互联网有限公司、中国联合网络通信有限公司山西省分公司、同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司

技术特点：项目通过建设5G专网，实现矿山的无线覆盖，利用5G网络大带宽、低时延、高可靠性和海量连接的特性，支撑更加丰富的业务场景和应用。通过打造5G+巡检机器人，开启无人化管控实现矿山的数字化、网络化、智能化融合，建设成全面感知、实时互联、协同控制的智能化矿山，加速推进“机械化换人、自动化减人”，助力企业降本增效、提质创新，实现麻家梁矿的可持续发展。

应用成效：依托5G网络体系，减少了煤矿井下光缆、电缆及设备的数量，节约网络建设成本200-300万元；巡检机器人24h自主巡检，减轻工作人员的劳动强度、降低劳动风险，及时发现和预判周边环境潜在的安全隐患，减少生产过程中的非正常停机时间，降低了煤矿企业生产成本。

一、企业简介

同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司位于国家规划的十三个煤炭大基地之一的朔南矿区，是由山西和浙江两省最大的能源龙头企业——大同煤矿集团和浙江能源集团以6比4的股权比例，共同投资62亿元建设的矿井项目，是同煤集团11个千万吨级矿井之一，北同蒲铁路、大运公路从井田西部通过，神朔、朔黄铁路从井田北部通过，交通十分便利。井田南北长约12公里，东西宽约8公里，井田面积104.16平方公里;煤炭储量26亿吨，矿井设计年生产能力为1200万吨，服务年限82.7年，同时配套建设洗煤厂，矸石发电厂、建材厂、铁路专用线，最终形成以循环经济为核心的新型工业园区。

二、案例背景

麻家梁煤业公司已建成的赫斯曼千兆核心骨干环网存在多处断点，已不具备环网自愈能力，如果某一节点发生故障，将导致某些数据链路发生中断，造成生产安全隐患；且千兆链路难以支撑井下未来大量高清视频和VR等应用的数据传输。麻家梁煤业公司井下没有建设4/5G网络，仍然基于有线网络进行系统数据传输，普遍存在传输距离有限、“信息孤岛”或线缆重复建设等问题。

煤矿变电所，作为煤矿整体运行的生命壁垒，日常的检测维护也是保障变电设备正常运行的重要措施，变电所的设备检修以“计划检修”为主，单纯依靠运检人员携带检测设备到现场进行巡检，这种方式存在人员劳动强度大、巡检质量和次数无法保证、检测过程可追溯性差等缺点。另外，随着矿井主运输系统无人值守的不断推进，人工巡检频率低、间隔长等问题也随之暴露出来。

三、实施方案

1. 网络架构

麻家梁煤矿5G+万兆环网由地面的核心网元（企业级核心网、MEC）、基带控制单元（BBU）、远端数据汇聚单元（RHUB）、微型射频拉远单元（pRRU）等设备构成。

网络结构图

（1）企业级核心网：提供井下无线网络的注册和控制、业务的鉴权、语音和数据的交换等功能。

（2）MEC：提供园区5G业务数据分流，通过MEC使得数据流指向本地，不出园区。

（3）基带控制单元（BBU）：完成信号的基带处理，提供传输管理及接口，管理无线资源。

（4） 5G基站：由基带控制单元（BBU）、远端数据汇聚单元（RHUB）、微型射频拉远单元（pRRU）组成提供井下5G无线信号覆盖。

2. 网络建设

网络整体建设图

2.1 PRAN万兆环网建设

在麻家梁煤业公司地面核心机房放置2台IPRAN设备，井下放置7台IPRAN设备。以麻家梁煤业公司井下中央变电所、西一变电所、西三变电所、机头变电所、五采区变电所、东三变电所为万兆光网主干节点，部署IPRAN万兆光网交换机，在地面机房部署汇聚结点，建立起井下所用万兆光网。传输承载网络具备处理5G信令的能力，并且可以将原有的工业业务系统接入到该更高网络通量的传输通道。

IPRAN设备上行端口可支持10G和50G光模块，本次设计的10G模块完成移动通信上行端口接入和下行设备基站控制器接入以及视频环业务的接入。控制环、安全环等承载业务可以根据实际需求，配置不同的模块。

麻家梁井下环网示意图

IPRAN环网管理运维采用NCE（Network Cloud Engine，网络云化引擎）平台,提供了业务面、管理面两个独立的工作界面，以保证不同业务聚焦相关的任务场景，实现高效的系统管理、网络运维。管理平台基于大数据日志，随时监测异常并上报预警。可实现智能运维监控，提高运维效率，降低运维成本。

2.2 MEC平台建设

MEC服务器部署于联合楼机房，园区内网数据流量不用经过远距离传输上传至服务器，而是直接分流至平台内部进行本地化处理，提供更低时延性能，最大程度地节省骨干网传输成本，并解决安全性差、稳定性差、维护点位多和成本高等问题。

MEC平台建设图

2.3 5G专网建设

在麻家梁煤业公司实现地面自建本地核心网、MEC边缘计算。5G公网信号宏基站广域覆盖，井上主办公楼室内及联合楼室内的5G信号覆盖。

井下安装部署完成46台5G基站，5G网络覆盖范围包括中央变电所、机头变电所以及西辅运至1900米、西辅运南延至1000米、西辅运大巷至900米、东辅运至2500米、五采区至3800米、665水平西辅运大巷（西延）、665西辅运巷（南延）、665水平辅运巷、665水平东辅运大巷、665水平胶带大巷（西延）、665西胶带大巷（南延）、665水平胶带运输巷、665水平东胶带大巷、14100胶带巷、14100辅运巷、14100综采工作面、副井提升、主井提升底、车场、空车巷等区域。

井下基站覆盖图

3. 基于5G的巡检机器人

随着AI、人脸识别、5G技术的发展，智能巡检机器人不断更新升级。基于5G技术的智能巡检机器人能更好地采用高端技术代替人的眼、耳、手，利用高速处理器代替人的大脑，实现实时、准确预警的功能。

3.1 主井车房巡检机器人

巡检机器人经过实际场景建模以及巡检内容AI学习后，巡检全程自动化和智能化，数据采集操作和应急避障应对功能都可自主进行，降低人工巡检的安全风险，实现有效、可靠巡检，提升煤矿企业的本质安全管理。目前5G+巡检机器人系统部署在主井提升2号绞车房，进行抱闸和地面的油渍泄露巡检、电机轴和闸盘的温度超限状态检测、温度和压力表盘的示数状态巡检以及开关闭合状态的检测巡检。

3.2 中央变电所巡检机器人

中央变电所巡检机器人采用轨道式引导进行巡检，搭载有本安型“双光谱”云台摄像仪，实现人工巡检的“看”，能够实时采集沿轨道方向的变电所现场情况，实现整体全方位可视化监控。搭载红外测温模组通过捕捉设备辐射的热红外线，能够准确检测设备表面的温度数值，并形成热视图像，直观展示设备温度分布情况，快速定位高温故障点。搭载气体传感器，用于检测环境中一氧化碳、甲烷、硫化氢、氧气等气体浓度，实现超限预警。搭载烟雾探测传感器，检测环境中烟雾浓度，超限预警，防止火灾事故的发生。搭载高清摄像仪，通过视频分析的方式巡检中央变电所现场高压、低馈等设备显示出的运行状态，结合日常巡检内容进行分析报警。综合以上功能实现中央变电所巡检工作的少人化、高效化，提升矿井下人工作业的安全等级。

3.3 主运输胶带智能巡检机器人

“主运输胶带智能巡检机器人”部署场景位于西主运输胶带一部皮带，机器人本体为隔爆兼本安型设备，采用吊挂轨道式行走的方式运行，轨道安装长度约为1600米。巡检机器人可自动巡检、自主充电，实时采集、存储、传输现场的图像、声音、温度、烟雾等数据，通过对数据的分析，判断是否存在设备故障以及故障位置，实现声音异常识别功能、红外热像图采集及温度异常报警功能、移动图像采集、环境探测、自主避障、人员闯入报警等功能。

四、实施成效

1、经济效益：依托5G网络体系，减少了煤矿井下光缆、电缆及设备的数量，节约网络建设成本200-300万元；巡检机器人24h自主巡检，减轻工作人员的劳动强度、降低劳动风险，及时发现和预判周边环境潜在的安全隐患，减少生产过程中的非正常停机时间，降低了煤矿企业生产成本。

2、社会效益：举办了2次5G+智慧矿山推进会议，吸引了政商各界调研参观5次，增加了企业曝光率，树立了良好的企业形象，逐步提升市场影响力；响应政府提升煤矿智能化水平，促进国家智能矿山建设工作，逐步实现减人、增效的政策导向，通过联通赋能打造绿色矿山、高效矿山。该项目成功入选2021年工信部采矿行业5G+工业互联网典型案例集。

五、创新亮点

1、麻家梁煤业公司建设万兆工业环网——IPRAN环网，通过采用环网冗余链路设计和进行万兆升级，可保证网络在20ms内实现快速线路恢复，保证网络的顺畅运行，可满足井下高清视频监控数据的接入和传输需求。

2、麻家梁煤业公司井下建设4/5G网络，解决有线网络传输的问题。通过井下IPRAN环网和5G基站的建设，可实现井下数据的传输，真正实现井上井下的无缝连接。4G+5G核心网的解决方案可将时延降低到20ms以下；5G“网络切片”技术可定制多样化端到端“专用网络”，为特殊业务提供全部资源独占能力及可靠性服务，满足安全性、数据隔离、业务自主可控等特殊需求。

3、智能巡检机器人对检测区设备进行全天候监控，大大减少固定式传感器和仪器的安装数量，无需大量布线、无需改造现有设备，在降低综合运营成本的同时，提高运营水平。同时也提高了巡检的精准度，使得作业环境的安全系数大幅提升，真正实现了巡检工作的智能化。

六、案例图片

主井车房巡检机器人

中央变电所巡检机器人

主运输胶带智能巡检机器人