華電煤業(yè)集團(tuán)數(shù)智技術(shù)有限公司建設(shè)的“煤礦700MHz&2,600MHz綜合組網(wǎng)5G無線通訊系統(tǒng)”案例，在內(nèi)蒙古蒙泰不連溝煤業(yè)有限責(zé)任公司實(shí)施。該系統(tǒng)采用700MHz&2,600MHz融合基站進(jìn)行混合組網(wǎng)，通過輕量化5G核心網(wǎng)系統(tǒng)、本安基站系統(tǒng)、輕量化MEC、智能網(wǎng)關(guān)應(yīng)用，對礦井信息基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行升級，規(guī)劃建設(shè)以5G或5G-A網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的礦井工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，改善礦井的安全、經(jīng)營狀況，提升礦井的安全管理水平、設(shè)備管理水平、生產(chǎn)效率，降低經(jīng)營成本等。
一、實(shí)施背景
煤礦智能化建設(shè)需求：煤礦井下視頻AI、工作面控制網(wǎng)、無人駕駛、機(jī)器人、自動(dòng)測量點(diǎn)云數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用場景以及承載多域、多類業(yè)務(wù)的情況需要大帶寬、高可靠、低時(shí)延、廣連接煤礦專用5G通訊網(wǎng)絡(luò)，而現(xiàn)有的有線、無線、工業(yè)以太網(wǎng)均不能滿足要求。
5G系統(tǒng)成熟度：工業(yè)領(lǐng)域5G標(biāo)準(zhǔn)在大帶寬、低時(shí)延、定位等方面仍需演進(jìn)，相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對礦用5G系統(tǒng)的安全技術(shù)要求、組網(wǎng)架構(gòu)等做出了規(guī)定，已有部分礦用5G系統(tǒng)垂直應(yīng)用案例，且5G系統(tǒng)在礦用過程中需解決核心數(shù)據(jù)不出礦區(qū)、網(wǎng)絡(luò)獨(dú)享且建設(shè)成本低、承載多域多類業(yè)務(wù)、簡單自主運(yùn)維、隔爆設(shè)計(jì)及防爆箱內(nèi)散熱等問題。
必要性和可行性分析：煤礦建設(shè)5G系統(tǒng)是持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展、戰(zhàn)略性規(guī)劃的需要，是安全生產(chǎn)向智能化轉(zhuǎn)型發(fā)展的需要，是生產(chǎn)提效、本質(zhì)安全建設(shè)的需要，也是兩化融合、深層次結(jié)合可持續(xù)發(fā)展的需要。從5G標(biāo)準(zhǔn)成熟度、當(dāng)前礦井對5G系統(tǒng)的應(yīng)用場景及要求、生態(tài)體系成熟度、對礦山安全生產(chǎn)影響度以及投資風(fēng)險(xiǎn)等多方面因素綜合考慮，煤礦700MHz&2,600MHz綜合組網(wǎng)5G無線通訊系統(tǒng)的研發(fā)是必要且技術(shù)可行的。
二、實(shí)施目標(biāo)
煤礦700MHz&2,600MHz綜合組網(wǎng)5G無線通訊系統(tǒng)的研究，推動(dòng)煤礦井下傳輸網(wǎng)絡(luò)的升級改造的同時(shí)，為煤礦井下5G高速無線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與應(yīng)用、示范，對智慧礦山建設(shè)具有極其重要的意義。案例主要達(dá)到以下目標(biāo)：
1）礦用智能網(wǎng)關(guān)的開發(fā)。
2）礦用700MHz&2,600MHz雙頻帶無線通訊基站的試制；井工礦井5G SA組網(wǎng)輕量化核心網(wǎng)的測試及試用；大功率長航時(shí)礦用隔爆型鋰離子蓄電池電源的研發(fā)；PTN、BBU、RRU、rHUB的隔爆設(shè)計(jì)。
3）開展煤礦井下移動(dòng)設(shè)備的5G通訊模組的應(yīng)用。
三、建設(shè)內(nèi)容
1）設(shè)備部署：采用700MHz&2,600MHz融合基站進(jìn)行混合組網(wǎng)，地面部署礦用5G核心網(wǎng)，井下設(shè)備通過光纖連接到BBU，接入到地面核心網(wǎng)；下沉礦用邊緣計(jì)算器（MEC）和核心網(wǎng)至礦井下，地面機(jī)房部署核心交換機(jī)，與井下防爆傳輸設(shè)備組成5G承載環(huán)網(wǎng)，形成地面核心網(wǎng)和井下核心網(wǎng)雙備份。
2）網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)：5G網(wǎng)絡(luò)采用獨(dú)立的物理專網(wǎng)組網(wǎng)方式，基站全部采用SA方式開通；井下采用700MHz&2,600MHz融合基站，2.6G工作于2515-2675MHz，采用30kHz子載波間隔，700M采用上下行各30M為載波帶寬；設(shè)備及配套嚴(yán)格按照井工煤礦防爆要求進(jìn)行選型和部署；針對井下視頻監(jiān)控等業(yè)務(wù)需求，配置3U1D專屬上行幀結(jié)構(gòu)，滿足上行大帶寬需求。
3）與大網(wǎng)對接：開展MEC+5G大網(wǎng)核心網(wǎng)代理情況下礦用5GC的互聯(lián)互通研究，以及礦用5GC+互聯(lián)網(wǎng)/專線+基站注冊在5GC下的互聯(lián)互通研究。
4）5G核心網(wǎng)功能研究：基于現(xiàn)有5G公網(wǎng)構(gòu)建滿足煤礦業(yè)務(wù)及安全需求的5G核心網(wǎng)，向行業(yè)用戶提供部分網(wǎng)絡(luò)管理、監(jiān)測、獨(dú)立運(yùn)維運(yùn)營等能力，使5G UPF&MEC下沉到礦區(qū)，甚至5G核心網(wǎng)全部下沉到礦區(qū)。明確UPF支持煤礦數(shù)據(jù)分流等功能要求，以及煤礦內(nèi)接入MEC的同時(shí)在線會(huì)話數(shù)不低于1萬等性能要求。
5）基站設(shè)計(jì)及試制：與IT商聯(lián)合開發(fā)雙流一體化5G基站，研究基站等隔爆腔內(nèi)散熱與隔爆設(shè)計(jì)，開展井下射頻技術(shù)與最大通訊距離參數(shù)研究，以及礦用5G通訊模組研究。
6）MEC、智能網(wǎng)關(guān)的研究與應(yīng)用：開發(fā)井下MEC硬件及API、SDK應(yīng)用軟件，選取有代表性的井下機(jī)電設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測的傳感器進(jìn)行升級改造，實(shí)現(xiàn)傳感器5G通信并開發(fā)接入安全的口令、密碼管理功能模塊；研究與隔爆設(shè)計(jì)、安標(biāo)認(rèn)證5G AI智能網(wǎng)關(guān)，該智能網(wǎng)關(guān)集成多種通信方式，支持實(shí)時(shí)處理多路視頻的采集、分析和煤礦業(yè)務(wù)判別，便于用戶實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智慧化應(yīng)用。
圖1井下智能掘進(jìn)連采機(jī)、梭車、集控箱視頻5G回傳至調(diào)度室
圖2井下智能掘進(jìn)梭車控制信息5G回傳至調(diào)度室
圖3 5G本安基站（通信基站）
四、實(shí)施效果
1）安全管理水平提升：風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控隱患整改更及時(shí)、更完善，大大降低機(jī)電事故，礦井響應(yīng)能力更敏捷，大大提升應(yīng)急處置能力，最大限度地保障了員工生產(chǎn)財(cái)產(chǎn)安全。
2）生產(chǎn)力提升：生產(chǎn)能力和生產(chǎn)力得到提升，5G系統(tǒng)賦能煤礦智能化建設(shè)，帶來更多變革，如利用5G處理大量點(diǎn)云數(shù)據(jù)，輔助BIM數(shù)字設(shè)計(jì)更加精確，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)銷售價(jià)值鏈的打通，促進(jìn)煤礦轉(zhuǎn)型升級。
3）經(jīng)營管理方面：為人財(cái)物、產(chǎn)運(yùn)銷全價(jià)值鏈的信息傳輸、數(shù)據(jù)交互提供傳輸、接入；通過切片技術(shù)，提供了端到端通道建立服務(wù)、云到端響應(yīng)通道建立服務(wù)；通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)、整合到5G傳輸網(wǎng)、無線接入網(wǎng)，給人財(cái)物、產(chǎn)運(yùn)銷、智慧園區(qū)建設(shè)、生產(chǎn)安全管理提供了云化、統(tǒng)一、安全隔離、可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；打通了互聯(lián)互通的傳輸層；5G+煤礦工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理數(shù)據(jù)上云，基于供應(yīng)鏈協(xié)同、生產(chǎn)廠家遠(yuǎn)程技術(shù)支持與運(yùn)維得以實(shí)現(xiàn)，包括后期新型能力建設(shè)；5G+區(qū)塊鏈會(huì)大大提高采購、收付款合同管理、銷售的效率。
4）成本方面：綜合比較成本增加因素、成本降低因素，5G項(xiàng)目實(shí)施將降低噸原煤制造成本約為8元/噸-9元/噸。每年帶來間接經(jīng)濟(jì)效益約億元以上，效益非?？捎^。
本案例曾參加由中國國際數(shù)字經(jīng)濟(jì)博覽會(huì)主辦的首屆全國企業(yè)數(shù)字化應(yīng)用生態(tài)大會(huì)，并入選了“2023全國企業(yè)數(shù)字化應(yīng)用典型場景”，同時(shí)榮獲“2023年中國煤炭工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)”。