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小庄矿小庄矿“5G+智慧矿区”，知，发改能源〔2020〕283号文件，吹响了煤炭行业结构化调整的号角，伴随着煤矿开采规模的扩大以及安全生产要求的提高，矿井采掘生产、机电设备、主辅运输、人员定位、环境监控、工业视频、自动化控制、避险救灾和应急管理等系统的普及，催生了煤炭行业“智慧矿区”和“智能矿井”强大的需求。

伴随此需求，国内各大矿业集团对矿井网络传输提出了新的需求。期望新一代井下通信网络应具备时延、带宽、容量等更高的性能指标。并诞生了5G无线通信技术与矿井智能化深度结合的需求。国内各大矿业集团也纷纷试水“5G+智慧矿区”，探索结合无线通信技术、人工智能技术、先进传感技术，促进矿井深度智能化推进。

2020年是5G工业应用的开元之年，各行各业都在尝试5G的工业应用。智慧矿区则是利用5G无线通信技术、物联网、人工智能、大数据、数字孪生、图像和语音识别等先进技术，在矿井生产中落地应用，实现矿用仪表和设备的感知数字化、传输网络化、数据标准化、分析智能化和呈现灵活化，将传统矿井生产体系中分裂的工艺、孤立的设备、忙碌的双手衔接起来，最终提升小庄矿采煤掘进效率、安全生产能力和应急管理水平。

案例应用详情

详细描述案例技术在具体场景中的应用情况，解决的具体问题，主要方式方法和应用突破，带来的重大改善等，重点突出案例应用的适用性、推广性等特征。

1、总体应用框架

根据彬长矿业建设“智慧矿区、智能矿井”的要求，规划中央变电所、掘进工作面和综放工作面各一条作为示范点，建设矿井5G无线通信、MEC平台、超融合数据服务基础设施和模块化数据机房，实现井下高清视频图像5G传输应用系统，安全监测泛在感知物联网应用系统，5G数字孪生工作面生产系统应用移动端应用平台（全场景）和智慧矿区安全生产VR仿真培训等应用场景的建设。项目整体建设具体建设内容如下：

■建设并完成井下5G基础设施、MEC基础设施、超融合数据服务基础设施以及模块化数据机房，多场景5G高清图像、5G安全感知专用网络、5G数字孪生混合网络建设、结构化/非结构化数据库部署、时序数据库部署、数字孪生混合数据库部署，工作面生产执行系统等通信软硬件、数据平台基础和应用支撑服务部署；

■4D-GIS高清显示5G高清图像（可见光、红外）硬件和软件系统、矿用本安型多参数无线传感器布设（掘进+综放+中央变电所）硬件和全感知软件系统，以及综放和掘进工作面动态数字孪生系统建设；

■采掘图像识别与优化，高清图像解析与预警、全感知预测模型优化、矿用本安型多参数无线传感器、智能预警模块+数据接口等工作。

2、关键技术应用详情

（1）生产环境中的采掘系统、“三机”系统、主通风系统、供配电系统等的基于数字孪生的信息采集、图像感知；

（2）安全环境中氧气、粉尘、一氧化碳、甲烷、硫化氢、二氧化碳等信息无线采集的全方位实时监测及预控；

（3）架设矿井5G无线通信、MEC平台、超融合数据服务基础设施以及模块化数据机房建设；

（4）搭建井下高清视频图像 5G 传输应用；

通过可见光、红外线高清摄像仪，形成对采煤机、掘进机、顺槽皮带、设备硐室、中央变电所等移动或固定设备的状态进行监测，形成矿井生产过程、环境安全的有效采集和分析预警，并以4D-GIS和数字孪生形式展示；

（5）构建安全监测泛在感知物联网应用；

在现有OPC-UA、CAN、Modbus等工业总线和ZigBee、LORA、5G-IoT、Wifi等工业无线监测系统的基础上，研发基于5G-IoT技术的环境安全信息多参数一体化无线传感器，通过在地面侧融合安全、地质、水文、冲击地压、顶板等灾害监测子系统，形成超融合标准化数据存储和安全监测泛在感知物联网应用系统，实现矿井生产现场的环境安全有效分析和早期预警。

（6）完善5G数字孪生工作面生产系统应用。

通过生产过程中采掘装备和配套设备的系统模拟和在线更新，融合4D-GIS技术、虚拟现实（VR）技术，搭建基于5G的全感知、高清视频以及生产执行系统，形成可靠的工作面数字孪生生产管理系统，并通过井上3D数字孪生和VR大屏展现矿井安全生产和设备运行的状态、实现采煤生产和环境的安全预测、计划调度、突发事件预警和应急处置功能。

四、创新性与优势

总结该案例应用的特色与亮点、创新性与技术主要优势，以及技术应用的前景与推广价值。

彬长小庄矿业积极遵循国家“十四五”规划中关于煤炭行业发展的战略规划，“推进煤炭安全智能绿色开发利用、筑牢安全生产底线。”的指导方向，积极建设“5G+智慧矿区”示范矿井，形成“1中+4全”的小庄模式，实现了监测实时化、控制自动化、安全本质化、管理信息化、业务协同化、专业模块化、决策智能化等“七大功能”；并完成“通过智能化建设安全水平大提升”、“通过智能化矿井建设全员工效大提升”，“通过智能化建设企业效益大提升”三个目的。项目成果在国际和国内首次实现了以下几点突破：

1、首次传感器、摄像头，5G模组，算力服务器/GPU服务器全部中国芯。

2、国内首次实现5G独立组网（SA）通信技术的高清视频采集。

3、采掘工作面生产环境的高清视频多场景AI图像识别。

4、采掘工作面5G物联网安全监控传感器联合应用。

5、综放工作面的生产数字孪生。

6、采掘设备全生命周期动态管理。

7、基于岗位职责的多矿井角色虚拟巡检（值班矿长和维修、操作、安全人员）。

8、多元灾害耦合协同治理的矿井安全监控的风险分级分类预警。

9、安全隐患溯因与对策、隐患智能识别。