10 中煤华晋集团王家岭矿5G+煤矿应用智能化项目

所在地市：运城

参与单位：中国联合网络通信有限公司山西省分公司

技术特点：项目攻克了煤矿巷道转弯多、天线遮挡多、设备抗震防潮要求高等多个难题，实现了王家岭矿井下重要场所的5G网络定制化覆盖。5G独享专网部署于矿企数据中心，实现独立组网、独立运行。通过灵活定制的5G网络能力开放接口，在保证5GC架构精简的条件下，实现5G专网对于各类业务场景的敏捷适配。通过5G技术与煤矿生产过程全场景的深度融合，实现了排水系统、供电系统、井下水处理站、采掘工作面的低时延远程控制等功能。

一、企业简介

山西中煤华晋集团有限公司（简称中煤华晋），成立于2011年9月8日，是中国中煤能源集团有限公司（简称中煤集团）核心骨干企业，由中国中煤能源股份有限公司控股51%，山西焦化股份有限公司持股49%；是以煤为基，集电力、铁路为一体的大型现代化能源企业，主要经营煤炭开采、加工、销售（原煤、精煤及副产品），电力生产等。中煤华晋拥有丰富的煤炭资源，主要煤炭产品为国家稀缺优质瘦煤和无烟煤，其中“王家岭Ⅰ号精煤”被中国煤炭加工利用协会授予“煤炭质量信得过产品”。

王家岭煤矿项目是由设计生产能力600万吨/年的矿井、入洗原煤600万吨/年的选煤厂、2×5万千瓦的综合利用电厂（热电联供）和铁路专用线构成的循环经济综合建设项目。王家岭煤矿位于山西省临汾市乡宁县和河津市境内，井田面积约119.71平方公里，地质储量10.86亿吨，可采储量6.88亿吨，主要开采2号煤、10号煤，其中2号煤平均厚度6.2米。煤种为中灰、低硫、特低磷的优质瘦煤，是极好的炼焦配煤。

二、项目背景

根据山西省能源局等部门印发的《全省煤矿智能化建设评定办法（试行）》和《全省煤矿智能化建设基本要求及评分方法（试行）》等文件要求，结合中煤华晋集团有限公司王家岭煤矿的实际需要，在煤矿智能化建设推进的背景下，煤矿根据国家及煤炭行业的建设标准及规范，通过国内先进的自动化、信息化技术，融合智能化矿山理念，规划煤矿智能化系统，通过分阶段实施，最终实现矿井的安全生产、优化管理，降本增效、互联互通、自动分析、智能化运行等目标。建成高产高效、智能化程度较高的现代化大型矿井。

目前王家岭煤矿已经完成了4G通信系统的建设，4G信号已基本实现王家岭矿井下全覆盖，实现了基于4G VoLTE的高清语音、视频通话、宽带数据传输等功能，同时，可以与原有的调度通信系统、行政通信系统等互联互通。

4G网络的带宽、时延、稳定性均无法满足远程控制操作的高标准要求；采用有线控制能达到远程控制要求的同时，线缆多、设备多形成的网络复杂度高，造成施工及维护困难。

在保留王家岭煤矿原有4G通信系统的基础上，在井下重要场所建设5G通信系统，实现井下变电所、水泵房、井下水处理站、采煤工作面集控中心和采煤工作面设备群5G无盲区覆盖，通过5G无线技术实现排水系统、供电系统、井下水处理站、采掘工作面的低时延远程控制。

在中煤华晋集团有限公司（以下简称华晋公司）地面工业厂区建设1套5G通信系统，实现华晋公司办公区、王家岭矿办公区、地面工业厂区、碟子沟风井厂区及其它生活区的5G信号全覆盖。并且主通风机、压风、污水处理站、瓦抽站、110kV变电站等关键场所设备可基于5G通信实现远程控制功能。

后续，可通过5G专网实现更多应用场景的联动，推动生产作业方式变革，建设成全面感知、实时互联、协同控制的智能化矿山，实现由点到面的复制。

三、实施方案

1. 整体架构

通过建设井下5G专网、地面5G网络、网管平台，构建王家岭矿信息传输网络基础设施。

搭建综合一体化管控平台，将王家岭煤矿数据进行集成监测，集成已建和在建的各系统数据，实现实时数据监测采集，设备、人员、运行信息等模拟直观显示，各子系统数据集中统计分析等功能。

通过数据集成监测监控平台的建设，实现各系统接口标准统一，对井工矿“采装运输、供电、安全、环保等全环节、全周期、全过程实时数据进行统一采集、存储、分析，同时具有完善的安全风险分级管控和隐患排查双重预防机制。

2. 主要功能

项目建设主要实现了以下功能：

1、实现井下变电所、水泵房、井下水处理站、12315采煤工作面集控中心、12316采煤工作面集控中心和采煤工作面设备群的5G无盲区覆盖。

2、承载地面对硐底变电所、中央变电所、121盘区变电所、123盘区变电所供电系统的5G无线远程控制。

3、承载地面对硐底水泵房、中央水泵房、121盘区水泵房排水系统的5G无线远程控制。

4、承载地面对12315工作面、12316工作面负荷中心、华宁控制器、变频一体机、采煤机、电液控系统、泵站、惯性导航等系统的5G远程控制功能。

5、供电系统、排水系统、工作面集控系统实现有线和5G无线两套通信控制模式，并实现两种模式的自动切换。

6、具有SA独立组网功能：系统可通过5G核心网实现独立组网，在不借助公网情况下，实现系统的独立运行，保证无线通信及数据传输的可靠性、稳定性。

7、井下与地面5G网络通过网闸后实现数据互通，并将工业网络与公用网络数据流量鉴别。

8、智能综合管控平台实现设备的控制和监视均在调度中心进行，实现全矿的监、管、控一体化。

9、全环节数据集成化，打破数据孤岛的现状。

10、全场景数据可视化，问题定位一目了然。

11、多维度数据汇集、数据分析、智能控制、智慧协同。

12、信息事件急时化，调度管控效率化，实现对矿山有效的监管。

3. 设计理念

（1）整体设计理念

基于5G独立专网、IPRAN万兆工业环网、AI的能力，打造“云边端”和“人机环”协同，通过多源异构数据的采集和处理，实现矿井的多系统云边协同、排水系统、供电系统、井下水处理站、采掘工作面的远程控制、井下摄像头、传感器、人员等终端的边缘联动，打造智能矿山新架构。

（2）应用设计理念

以5G技术推动煤矿综合一体化管控系统对综采、掘进、排水、通风、供电等生产及保障系统相关设备泛在互联和信息实时可靠交互，实现煤矿“5G+智能矿山”的新型作业模式，使作业人员在地面调度指挥中心即可实时完成系统协同管控，做到无感知交互。

4. 项目方案

4.1  系统架构

主要建设内容包括井下5G专网建设、地面5G网络建设和综合一体化管控平台建设。

4.2  5G专网建设

矿用5G移动通信网络由地面的核心网元（企业级核心网）、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）、5G CPE等设备构成。

矿用5G移动通信网络

企业级核心网的功能主要是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。

基带控制单元（BBU）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。

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，主要功能和作用是提供井下5G无线信号覆盖。

5G信号转换器（CPE）的主要功能是利用现有的移动通信网络的交换、传输资源，以无线接入网的方式提供可在一定范围流动使用的无线通讯台，完成有线信号与5G信号的转换。

4.3  建设内容

井下建设：

王家岭煤矿地面与井下共用一套5G核心网，并在硐底变电所、中央变电所、121盘区变电所、123盘区变电所、12315工作面集控中心、12316工作面集控中心、12316工作面设备群、掘进工作面部署5G多模基站实现信号的覆盖，用于视频以及远程控制业务等。

井下安装9台5G基站，4台BBU（基站汇聚单元），4台HUB（基站控制单元）。目前设备全部调试完成，网络运行正常。

地面建设：

地面工业厂区建设1套5G通信系统，实现华晋公司办公区、王家岭矿办公区、地面工业厂区、碟子沟风井厂区及其它生活区的5G信号全覆盖。并且主通风机、压风、污水处理站、瓦抽站、110kV变电站等关键场所设备可基于5G通信实现远程控制功能。

新建室外宏站6个，分别位于王家岭煤矿厂区北侧，王家岭煤矿厂区西南角，王家岭煤矿厂区东南角，王家岭煤矿厂区东北角，对王家岭厂区整个地上部分进行覆盖，碟子沟风井厂区新建两个宏站，对碟子沟风井厂区进行覆盖。

室外规划基站站点，依据链路预算估算，可实现上行边缘用户速率1Mbps；下行边缘用户速率50Mbps。可实现办公区、厂区连续覆盖，满足车间之间、马路通道之间的区域5G网络无缝连接的要求。

综合管控平台建设：

智能综合管控平台通过SCADA软件实现全矿井各个有需求的控制单元全部联网，最终实现各子系统高度集中到调度指挥中心，形成完整的综合自动化应用模式。

智能综合管控平台实现设备的控制和监视均在调度中心进行，实现全矿的监、管、控一体化。

四、实施成效

中煤华晋集团有限公司王家岭矿5G+煤矿应用智能化项目，通过构建了5G“一张网”，一方面是形成了井上井下一张网，实现网络“双连接”；再一方面，降低矿方建设成本，共享运营商地面基站。此外，实现了合法拥有地面5G网络的覆盖。

5G的部署，使远程操控成为现实，为企业带来两方面效益。一是加速推进“机械化换人、自动化减人”；二是助力企业降本增效，实现企业的可持续发展。在管理方面，实现了企业一站式监管，融合和集成、随时随地地访问使用，持续、及时协同动态更新，为加强生产、预测预警和辅助决策提供助力；还将有效规避风险，可视化高度融合的生产指挥监控、高可靠安全监测及生产保障、具备完善的安全风险分级管控和隐患排查双重预防机制。最后是全场景数据可视化，问题定位一目了然，实现多维度数据汇集、数据分析、智能控制、智慧协同，向调度管控效率化、信息事件急时化迈进。