我國礦業(yè)年產值超過6萬億元人民幣，占全國GDP比重超過7%，在我國的經濟運行中有著“壓艙石”作用。國家高度重視礦山行業(yè)的智能化發(fā)展，出臺了《關于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見》等多項政策，推動礦山行業(yè)的轉型升級。2022年，預計礦山智能化總體投資規(guī)模達千億元人民幣以上，能夠帶來長期穩(wěn)定收益，5G智慧礦山正成為領軍企業(yè)競爭的“新賽道”、戰(zhàn)略布局的新方向、垂直行業(yè)競爭的新焦點。
礦山分為露天礦山和井下礦山兩種，智能露天礦山“無人化”“少人化”是發(fā)展趨勢，重點推廣無人礦卡作業(yè)、礦用機械遠程控制兩大場景，打造本質安全型礦山；智能井下礦山推進5G基站本安隔爆認證，重點拓展5G井下融合組網、高清視頻監(jiān)控、無人化采掘三大類場景，提升井下作業(yè)安全水平。
智慧礦山5G應用分析
如表1所示，5G智慧礦山體現(xiàn)在遠程設備操控（5G+礦用機械遠程控制、5G+無人礦卡作業(yè)）、目標與環(huán)境識別（5G+高清視頻監(jiān)控）、大數據采集、5G+井下融合組網等應用，這些都是助力企業(yè)降本增效的典型應用場景。
表1 5G智慧礦山典型應用場景分析
5G網絡的接入不僅意味著“速度變快”，更體現(xiàn)了信息交互、萬物互聯(lián)的時代變革。同時，5G應用對解決礦山安全生產和降本增效的核心訴求將產生巨大的影響。
5G技術引領智慧礦山數字化轉型
礦山發(fā)展經歷了傳統(tǒng)礦山（控制電氣化、裝備機械化、人工決策執(zhí)行等）、自動化礦山（機電一體化、儀器/儀表自動化、IT應用等）、智慧礦山（裝備智能化、控制協(xié)同化、決策在線化）3個階段。
智慧礦山的發(fā)展趨勢必然是“機械化換人，自動化減人”。5G增強移動寬帶（eMBB）、低時延高可靠（uRLLC）、海量機器類通信（mMTC）三大特性可有效解決有線技術移動性差、組網不靈活、井下環(huán)境鋪設困難等問題，突破現(xiàn)有無線技術在可靠性、連接密度、傳輸能力等方面的局限，圍繞無人采掘、礦卡無人駕駛等場景推進“5G+安全生產”落地。
5G 700M+2.6GHz打造礦山新型基礎設施
5G 700M+2.6GHZ端到端融合專網方案為礦山提供高可靠通信，能夠滿足復雜工況環(huán)境中對通信網絡高帶寬、低時延、泛在化的需求。輕量化5G行業(yè)核心網占地小、功耗低、高度集成、一體化運維，且整體網絡架構、傳輸抖動性及穩(wěn)定性完全優(yōu)于傳統(tǒng)5G單頻組網，為5G高清視頻通話、礦井采掘、機電、運輸、“一通三防”等裝備提供支撐和保障，實現(xiàn)低成本5G網絡在井下重點生產場景的覆蓋，為礦井裝備智能化應用打下堅實的基礎。
5G+行業(yè)應用提升企業(yè)生產力
5G網絡允許大量無線設備組網通信，降低布線復雜度和難度，極大節(jié)約了井下設施空間；端到端（D2D）通信技術作為一種冗余通信技術，在5G技術條件下支持自組織網絡及多跳技術，使得整個網絡負載均衡且暢通，進一步提升網絡通信的可靠性；5G技術可以顯著減少鏈路傳輸的能量損耗，為智慧礦山的綠色通信提供技術基礎；5G技術的低時延、高可靠性能提高智慧礦山的安全性與效率。5G整體解決方案在智慧礦山（全國金屬礦山綠色智能選礦工藝與裝備技術交流會）的全面應用，極大程度提升了設施運行數據的安全性，同時能夠實時監(jiān)測整體運行情況，顯著提升維護效率，融合組網可降低礦山5G組網建設成本40%以上。
5G+行業(yè)應用解決方案
產研生態(tài)面向礦山行業(yè)提供了“1+1+4”整體解決方案，包括1張5G專網、1個礦山行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網平臺、4個應用場景。
1張5G專網
礦山網絡具備典型的生產區(qū)域封閉特點，對安全和性能有較高要求。針對5G+井下融合組網等網絡實時性、上行速率要求高的場景，采用5G獨立組網模式，提供專網專用、專屬上行及定制化專網設計、建設和集成能力，以無線資源專用打造差異化能力。
1個礦山行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網平臺
礦山行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網平臺可接入礦山設備（金屬礦山采礦設備供應商大會），并集成礦山各業(yè)務子系統(tǒng)、合作伙伴創(chuàng)新應用，實現(xiàn)有效整合、集中管控、及時處理，保障礦山各生產系統(tǒng)正常運行。
4個應用場景
一是5G+井下融合組網，以井下工業(yè)環(huán)網/SPN為傳輸網絡主干，以5G無線物聯(lián)網為分支主體，并融合多種無線通信技術，實現(xiàn)對井下各個區(qū)域的無線覆蓋，可保障井下快速變化的通信需求。
二是5G+高清視頻監(jiān)控，實時傳輸井下人員、設備高清視頻至地面監(jiān)控平臺，并基于機器視覺技術實現(xiàn)人員行為異常、設備故障、環(huán)境突變等不安全因素的智能識別與報警，實現(xiàn)井下作業(yè)透明可視化。
三是5G+礦用機械遠程控制，基于5G專用網絡，在礦用機械遠程控制本體加裝遠程操控系統(tǒng)、配套的控制傳感以及視頻監(jiān)控終端，基于遠程控制操作臺和視頻監(jiān)控平臺，實現(xiàn)礦用工程機械的遠程控制，滿足礦區(qū)無人化采掘場景需求。
四是5G+無人礦卡作業(yè)，基于礦用卡車改裝、邊緣計算、無人調度系統(tǒng)，實現(xiàn)礦卡的精準?？?、自主避障等無人駕駛控制和編組作業(yè)集群，提升礦區(qū)安全駕駛水平和工作效率。
山東能源集團5G云網融合智慧礦山項目
山東能源集團以煤起家，為推動傳統(tǒng)煤炭產業(yè)脫胎換骨提質增效，他們堅持“機械化換人、自動化減人、智能化無人”發(fā)展方向，積極推動互聯(lián)網、大數據、人工智能、5G等新一代信息技術與煤炭工業(yè)深度融合，于2019年11月率先開通了全球首個5G井下網絡。截至目前，已陸續(xù)實現(xiàn)了5G+電機車、5G+鏟運車、5G+鑿巖臺車、5G+碎石機等場景的應用，并投入生產運營。
網絡部署方案
如圖1所示，通過5G賦能智慧礦山（全國金屬礦山綠色智能選礦工藝與裝備技術交流會）建設，在井上礦區(qū)、井下作業(yè)區(qū)分別采用5G宏站、微站進行覆蓋。
圖1 山東能源集團5G云網融合智慧礦山網絡部署方案圖1 山東能源集團5G云網融合智慧礦山網絡部署方案
礦區(qū)場景以5G宏基站、微基站、室分為主，采用SA組網方案，新建5G BBU放置礦區(qū)機房、MEC服務器下沉到礦區(qū)機房內。
5G應用場景
5G遠程操控實現(xiàn)“機械化換人、自動化減人”深度應用，帶動礦業(yè)數字化轉型，實現(xiàn)新舊動能轉換。圍繞井下鑿巖、鏟裝、運輸礦石等環(huán)節(jié)，落地5G+鑿巖車、5G+鏟運車、5G+電機車3個遠程操控場景。
5G+AI 井下智能鑿巖：炮孔定位精度提高50%以上，減少井下鑿巖工人50%，效率提升200%。
5G+井下鏟運機遠程駕駛：鏟運機出礦效率提高50%以上，減少井下操作人員40%，設備利用率提升100%。
5G+井下電機車遠程駕駛：每臺電機車一天減少5人/班以上，減少井下操作人員50%，生產效率提升25%。
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