我國礦業(yè)年產(chǎn)值超過6萬億元人民幣，占全國GDP比重超過7%，在我國的經(jīng)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(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》等多項政策，推動礦山行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。2022年，預(yù)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(lǐng)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(zhì)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(wǎng)、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(yīng)用分析
如表1所示，5G智慧礦山體現(xiàn)在遠程設(shè)備操控（5G+礦用機械遠程控制、5G+無人礦卡作業(yè)）、目標(biāo)與環(huán)境識別（5G+高清視頻監(jiān)控）、大數(shù)據(jù)采集、5G+井下融合組網(wǎng)等應(yīng)用，這些都是助力企業(yè)降本增效的典型應(yīng)用場景。
表1 5G智慧礦山典型應(yīng)用場景分析
5G網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用對解決礦山安全生產(chǎn)和降本增效的核心訴求將產(chǎn)生巨大的影響。
5G技術(shù)引領(lǐng)智慧礦山數(shù)字化轉(zhuǎn)型
礦山發(fā)展經(jīng)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(yīng)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(shù)移動性差、組網(wǎng)不靈活、井下環(huán)境鋪設(shè)困難等問題，突破現(xiàn)有無線技術(shù)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(chǎn)”落地。
5G 700M+2.6GHz打造礦山新型基礎(chǔ)設(shè)施
5G 700M+2.6GHZ端到端融合專網(wǎng)方案為礦山提供高可靠通信，能夠滿足復(fù)雜工況環(huán)境中對通信網(wǎng)絡(luò)高帶寬、低時延、泛在化的需求。輕量化5G行業(yè)核心網(wǎng)占地小、功耗低、高度集成、一體化運維，且整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、傳輸抖動性及穩(wěn)定性完全優(yōu)于傳統(tǒng)5G單頻組網(wǎng)，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(wǎng)絡(luò)在井下重點生產(chǎn)場景的覆蓋，為礦井裝備智能化應(yīng)用打下堅實的基礎(chǔ)。
5G+行業(yè)應(yīng)用提升企業(yè)生產(chǎn)力
5G網(wǎng)絡(luò)允許大量無線設(shè)備組網(wǎng)通信，降低布線復(fù)雜度和難度，極大節(jié)約了井下設(shè)施空間；端到端（D2D）通信技術(shù)作為一種冗余通信技術(shù)，在5G技術(shù)條件下支持自組織網(wǎng)絡(luò)及多跳技術(shù)，使得整個網(wǎng)絡(luò)負載均衡且暢通，進一步提升網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性；5G技術(shù)可以顯著減少鏈路傳輸?shù)哪芰繐p耗，為智慧礦山的綠色通信提供技術(shù)基礎(chǔ)；5G技術(shù)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(shù)交流會）的全面應(yīng)用，極大程度提升了設(shè)施運行數(shù)據(jù)的安全性，同時能夠?qū)崟r監(jiān)測整體運行情況，顯著提升維護效率，融合組網(wǎng)可降低礦山5G組網(wǎng)建設(shè)成本40%以上。
5G+行業(yè)應(yīng)用解決方案
產(chǎn)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(wǎng)、1個礦山行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、4個應(yīng)用場景。
1張5G專網(wǎng)
礦山網(wǎng)絡(luò)具備典型的生產(chǎn)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(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)實時性、上行速率要求高的場景，采用5G獨立組網(wǎng)模式，提供專網(wǎng)專用、專屬上行及定制化專網(wǎng)設(shè)計、建設(shè)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(wǎng)平臺
礦山行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺可接入礦山設(shè)備（金屬礦山采礦設(shè)備供應(yīng)商大會），并集成礦山各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)、合作伙伴創(chuàng)新應(yīng)用，實現(xiàn)有效整合、集中管控、及時處理，保障礦山各生產(chǎn)系統(tǒng)正常運行。
4個應(yīng)用場景
一是5G+井下融合組網(wǎng)，以井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)/SPN為傳輸網(wǎng)絡(luò)主干，以5G無線物聯(lián)網(wǎng)為分支主體，并融合多種無線通信技術(shù)，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(shè)備高清視頻至地面監(jiān)控平臺，并基于機器視覺技術(shù)實現(xiàn)人員行為異常、設(shè)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(wǎng)絡(luò)，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(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)礦卡的精準(zhǔn)?？?、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(wǎng)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(chǎn)業(yè)脫胎換骨提質(zhì)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(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等新一代信息技術(shù)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(wǎng)絡(luò)。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(yīng)用，并投入生產(chǎn)運營。
網(wǎng)絡(luò)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(shù)交流會）建設(shè)，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(wǎng)融合智慧礦山網(wǎng)絡(luò)部署方案圖1 山東能源集團5G云網(wǎng)融合智慧礦山網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)方案，新建5G BBU放置礦區(qū)機房、MEC服務(wù)器下沉到礦區(qū)機房內(nèi)。
5G應(yīng)用場景
5G遠程操控實現(xiàn)“機械化換人、自動化減人”深度應(yīng)用，帶動礦業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)新舊動能轉(zhuǎn)換。圍繞井下鑿巖、鏟裝、運輸?shù)V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(shè)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(chǎn)效率提升25%。
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中冶有色技術(shù)平臺
