我國礦業年產值超過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的智能化發展，出臺了《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》等多項政策，推動礦山行業的轉型升級。2022年，預計礦山智能化總體投資規模達千億元人民幣以上，能夠帶來長期穩定收益，5G智慧礦山正成為領軍企業競爭的“新賽道”、戰略布局的新方向、垂直行業競爭的新焦點。
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”是發展趨勢，重點推廣無人礦卡作業、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、高清視頻監控、無人化采掘三大類場景，提升井下作業安全水平。
一、智慧礦山5G應用分析
5G智慧礦山體現在遠程設備操控（5G+礦用機械遠程控制、5G+無人礦卡作業）、目標與環境識別（5G+高清視頻監控）、大數據采集、5G+井下融合組網等應用，這些都是助力企業降本增效的典型應用場景，參見圖1。5G網絡的接入不僅意味著“速度變快”，更體現了信息交互、萬物互聯的時代變革。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。
圖1 5G智慧礦山典型應用場景
1、5G技術引領智慧礦山數字化轉型
礦山發展經歷了傳統礦山（控制電氣化、裝備機械化、人工決策執行等）、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、控制協同化、決策在線化）3個階段。
智慧礦山的發展趨勢必然是“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、井下環境鋪設困難等問題，突破現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。
2、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、傳輸抖動性及穩定性完全優于傳統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。
3、5G+行業應用提升企業生產力
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。
二、5G+行業應用解決方案
產研生態面向礦山行業提供了“1+1+4”整體解決方案，包括1張5G專網、1個礦山行業工業互聯網平臺、4個應用場景。
圖2 5G智慧礦山解決方案整體架構
1、1張5G專網
礦山網絡具備典型的生產區域封閉特點，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。
2、1個礦山行業工業互聯網平臺
礦山行業工業互聯網平臺可接入礦山設備，并集成礦山各業務子系統、合作伙伴創新應用，實現有效整合、集中管控、及時處理，保障礦山各生產系統正常運行。
3、4個應用場景
一是5G+井下融合組網，以井下工業環網/SPN為傳輸網絡主干，以5G無線物聯網為分支主體，并融合多種無線通信技術，實現對井下各個區域的無線覆蓋，可保障井下快速變化的通信需求。
二是5G+高清視頻監控，實時傳輸井下人員、設備高清視頻至地面監控平臺，并基于機器視覺技術實現人員行為異常、設備故障、環境突變等不安全因素的智能識別與報警，實現井下作業透明可視化。
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、配套的控制傳感以及視頻監控終端，基于遠程控制操作臺和視頻監控平臺，實現礦用工程機械的遠程控制，滿足礦區無人化采掘場景需求。
四是5G+無人礦卡作業，基于礦用卡車改裝、邊緣計算、無人調度系統，實現礦卡的精準停靠、自主避障等無人駕駛控制和編組作業集群，提升礦區安全駕駛水平和工作效率。
三、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，為推動傳統煤炭產業脫胎換骨提質增效，他們堅持“機械化換人、自動化減人、智能化無人”發展方向，積極推動互聯網、大數據、人工智能、5G等新一代信息技術與煤炭工業深度融合，于2019年11月率先開通了全球首個5G井下網絡。截至目前，已陸續實現了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。如圖1所示，通過5G賦能智慧礦山建設，在井上礦區、井下作業區分別采用5G宏站、微站進行覆蓋。礦區場景以5G宏基站、微基站、室分為主，采用SA組網方案，新建5G BBU放置礦區機房、MEC服務器下沉到礦區機房內。
