04    宝山玉井5G+智慧矿山项目

所在地市：朔州市

参与单位：山西山阴宝山玉井煤业有限公司、联通（山西）产业互联网有限公司

技术特点：建设5G高低频混合专网，满足煤矿井下高清视频回传、大数据采集、远程控制、远程辅助、无人驾驶、智能巡检等各类需求。

应用成效：基于5G专网实现的智能巡检机器人、智能综掘和无人值守等5G应用。每天节省大约30人的劳动力，每年节省约2百万元的劳动力成本，生产效率提升30%以上。

一、企业简介

山阴宝山玉井煤矿位于山西省朔州市山阴县，属国家规划的晋北基地大同矿区整合区，井田面积10.97平方公里，开采4-11煤层，生产能力为210万吨/年，配套同等规模选煤厂，服务年限37.4年。近年来积极响应国家“加快推动煤矿智能化建设，提升煤炭生产效率，巩固国家现代化煤炭生产基地，为保障国家能源安全作贡献”的号召，大力展开智能化建设，基于5G网络，建成了多个煤矿智能化系统，实现了5G+智能矿山。

二、案例背景

随着新一代信息技术与智能化技术加速融合，矿山智能化已经成为一种发展趋势，随着全国转型发展攻坚全面展开,“三大改造”(智能化改造、绿色化改造和技术改造)深入推进,智能化发展的步伐明显加快,政府先后下发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》、《智能化示范煤矿验收管理办法》，相继出台了《山西省煤矿智能化建设实施意见》、《山西省煤矿智能化建设评定管理办法》等多个政策性文件，明确提出要加快煤矿智能化建设和智能化改造，将5G通信技术、人工智能技术、大数据技术引入煤矿智能化建设，推动煤矿装备向智能化、高端化发展，建成多种类型、不同模式的智能化煤矿。

煤矿井下安全可靠的无线通信系统建设也被列为所有工作的重中之重。近几年煤炭企业频繁发生重特大安全生产事故，给国家和人民带来巨大的生命财产损失，政府和企业因此共同将煤矿安全生产的信息化工作提上空前的高度。煤矿企业的综合自动化与企业信息化工作经过多年建设和发展，取得了较大的成效，但是缺乏成熟的井下通信解决方案，煤矿井下信息综合接入成为煤矿信息化发展的瓶颈。

针对目前煤炭行业现状，中国联通提出了矿用5G无线通信系统解决方案，该系统是以5G技术为核心，为煤矿智能化建设提供5G网络全覆盖、5G终端与应用、数据融合传输的整体解决方案。为井下5G终端及采、掘、机、运、通等5G智能化应用场景提供广连接、高可靠、低时延、大带宽的5G高速传输一张网。满足高清视频回传、大数据采集、远程控制、远程辅助、无人驾驶、智能巡检等各类需求。

三、实施方案

1.整体架构

矿用5G无线通信网络由5G核心网、矿用万兆交换机、矿用隔爆型基站控制器（BBU）、矿用隔爆型中继器（RHUB）、矿用隔爆兼本安型5G基站（pRRU）等系统构成。

5G系统采用BBU+RHUB+pRRU三级结构，以RHUB作为信息汇聚点，向外延伸出不同支线的pRRU(射频单元)，这不仅更适用于井下巷道交错的特点，而且能够降低BBU端口压力。采用低功耗的pRRU(射频单元)，巷道内无线信号覆盖半径大于250 m，总带宽大于1000 M，时延小于20 ms。

系统的拓扑结构示意图如下图所示：

5G核心网的功能主要是构建园区自主可控的专有网络，提供更加贴近行业应用的定制服务；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。

5G核心网

IPRAN环网由地面的万兆环网核心交换机和井下的矿用万兆环网交换机组成骨干网络，以支撑有线、无线和广播等业务。

基站控制器（BBU）和中继器（RHUB）的主要作用是完成信号的基带处理，提供传输管理及接口，管理无线资源。

5G基站（pRRU）主要功能和作用是提供井下5G无线信号的覆盖，配套的天线具备增益功能，增益后的发射阈功率满足防爆安全要求。配套的，可满足狭小带状区域的信号覆盖和防爆安全要求。

5G信号转换器（CPE）的主要功能是将5G信号转化为有线信号，将机器人、采掘设备、摄像头、传感器等设备接入5G网络；提供RJ45、RS485接口。

2.实现应用

生产实时控制是煤炭实现智能掘进及智能开采的难题，是支撑安全、绿色矿山建设的关键技术手段。

5G低时延特性结合边缘计算技术，可将时间敏感型数据分析应用迁移至边缘侧，提高数据访问速度，结合多样化传感器，实现对采掘设备的工况、关键部件进行监测与保护，实现对煤矿井下综采、掘进、排水、通风、运输、变电等方面的集中远程控制管理，对提高矿井的供电安全、集中管理、集中调度、高产高效具有至关重要的作用。

远程控制系统控制内容

(1)5G智能综采工作面。

为实现智能化控制，每架液压支架安装20～30个传感器。在采煤机等移动设备上，通过CPE实现5G通信，将行程传感器、倾角传感器等设备通过有线连接到就近的CPE设备，再由CPE设备通过5G无线网络连接到5G基站，5G系统将数据上传至地面，从而实现现场记忆割煤、地面图像监视和远程干预。基于5G网络的智能综采系统架构如图所示：

综采工作面网络覆盖

（2）5G智能掘进工作面

通过5G无线网络，建立掘、支、运三位一体高效快速掘进系统，实现掘进、支护、运输等工序的智能化，实现掘锚平行作业，多臂同时支护，连续破碎运输，长压短抽通风和远程智能操控，达到了真正意义上的综合掘进自动化。

掘进工作面网络覆盖

（3）5G+智能排水监控系统

井下集控操作台、监控主站、监控分站、电动闸阀、电动球阀以及压力、流量、液位、温度、振动等传感器通过5G网络与地面监控中心计算机互通，实现井下水泵房图像监视、无人值守远程集中控制。

紧急情况下可远程操作整个泵房设备，排除水害危险，真正实现泵房无人值守，使泵房排水系统安全可靠、节能高效、经济合理地运行，从而达到减员增效、安全生产的目的。

（4）5G+皮带巡检机器人

5G+皮带智能巡检机器人由红外、声音、烟雾、环境探测等多种传感器、5G模组、充电装置、轨道系统、视频监控系统等部分组成，具备“智能识别、声音异常识别、温度异常报警、图像采集、烟雾检测、环境探测”等六大功能，可实时自动充电、自动巡检，实现对巡检区域的环境监测、设备状态监测，以及设施异常状况和设备故障的诊断、预警。

传统皮带巡检每班至少安排2人专人作业，而且来回巡查工作量大，精准度也不够，容易忽视一些安全上问题。自皮带巡检机器人投入使用后，皮带机由职工巡检变为机器人巡检，不仅降低了职工劳动强度，也减少了事故发生概率，为设备安全运转发挥了重要作用。

（5）5G+变电所无人值守

5G+变电所无人值守可以实现高低压开关遥测、遥信、遥调、遥控、遥试‘五遥’功能以及越级跳闸、选择性漏电、失压延时功能，各项操作可以做到精准可靠，有效提高了供电安全系数。彻底消除了作业人员行为管理和设备操控监控盲区，规范了操作行为，消灭了安全隐患。实时数据曲线可监测各个回路的线缆温度、电压、电流、功率曲线信息。

变电所实现无人值守后，所有开关送电工作，只需地面自动化监控中心值班人员在集中控制系统上远距离操作即可，不需要变电工再去开关柜就地操作，既有效消除了送电带来的人身安全隐患，又防止了误停误送和因短路、缺相、失压等故障引起的越级跳闸事故，达到了减人提效、少人则安目的，提升了供电系统管控能力，进一步保证了矿井采、掘、机、运、通各系统的供电可靠性，增强了煤矿安全生产基本保障能力。

3.设计理念

（1）先进性。采用先进、成熟的、5G通信技术，满足煤矿智能化矿井建设的需要，确保系统的先进性及生命力。

（2）经济性。根据煤矿的井下移动通信应用的需要，采用多模基站：在需要应用5G低时延、大带宽的性能进行自动化、智能化控制的区域开通5G网络。

（3）合规性。选用的产品已经通过了防爆认证，符合《煤矿安全规程》的规定。

（4）统一性。统一规划全矿井的移动通信环网和井下的工业环网，避免重复投资、重复建设。

  （5）抗灾性。在系统的设计时即进行环网的抗灾性设计，使通信环网具有很高的抗灾能力。

四、实施成效

首先是5G升级了矿山智能化巡检。通过5G连接巡检机器人，能够把巡检数据、视频、音频信号传送到监控指挥中心，低延时、高速率、大容量的特征保障了巡检传输的稳定性、高效性和全面性，从而减少巡检对于人力的依赖，增强矿山巡检的效率，保障矿山作用的安全。

其次是5G简化了矿山作业的操作。传统人工在利用采矿机械作业时，必须亲身上阵，人身安全没法获得保障。而应用5G之后，无人化远程操作将成为现实，利用5G网络高可靠、低延时、大容量的特点，人们在室内就能远程操控设备进行作业，不仅保障生产安全，同时也减少了岗位需求。

最后是5G增强了矿山数据的采集。矿山智能化转型，关键在于数据采集。借助矿用物联网，搭配上5G网络，能够实现水文、瓦斯等采集信息的无线回传，减少传输施工和维护难度。在保障安全性的同时减低作业压力和难度，促进作业效率与质量的提升。

总体上，玉井矿5G+智慧矿山项目为实现玉井矿无人化、少人化奠定了基础。每天节省大约30人的劳动力，每天的人均成本为200元，每年节省约2百万元的劳动力成本。

五、创新亮点

煤炭是我国能源安全稳定供应的压舱石，我国“富煤贫油少气”的能源资源禀赋特征，决定了在保障能源安全中，煤炭仍发挥着不可替代的作用。作为煤炭供应的经营主体，煤企智能化转型对保障煤炭安全稳定供应、推动行业高质量发展具有重要意义。

煤企智能化升级是煤炭安全增产保供的关键举措。煤炭行业属于典型高危行业，生产过程中始终伴随着水害、火灾、瓦斯、粉尘等灾害隐患。推进煤矿5G智能化建设，可大量减少高危岗位人员，条件好的还可形成井下工作面无人采煤、少人值守的场景，避免煤矿工人直接面对灾害事故风险，大幅消除安全生产隐患。

煤企智能化升级是实现行业高质量发展的必由之路。推进煤矿智能化建设，一方面可不断提高资源回收率、原煤入选率，实现资源开发与生态文明建设协调发展；另一方面可以推动煤炭产业与新能源不断融合，加速建设能源绿色转型供应保障基地，有效带动人工智能、煤机装备制造以及新能源等产业快速发展。

本次建设通过5G网络的全面覆盖，为玉井矿井下5G终端及采、掘、机、运、通等5G智能化应用场景提供广连接、高可靠、低时延、大带宽的5G高速传输一张网。5G形成专网，独立组网独立运行，不受公网影响。井上井下、公网专网语音通话互联互通。基站采用多模基站，一次投资实现4G、5G、NB网络的全覆盖。5G、4G、NB数据与矿内专网融合，且与公网隔离。全系统本地化管理，实时查看设备运行状态和报警信息。5G+应用无缝接入，低延时、高速率传输。

六、案例图片

智能化调度中心

二采区变电所环网+5G设备

5G+巡检机器人

巷道5G基站