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小莊礦小莊礦「5G+智慧礦區」，知，發改能源〔2020〕283號文件，吹響了煤炭行業結構化調整的號角，伴隨着煤礦開採規模的擴大以及安全生產要求的提高，礦井採掘生產、機電設備、主輔運輸、人員定位、環境監控、工業視頻、自動化控制、避險救災和應急管理等系統的普及，催生了煤炭行業「智慧礦區」和「智能礦井」強大的需求。

伴隨此需求，國內各大礦業集團對礦井網絡傳輸提出了新的需求。期望新一代井下通信網絡應具備時延、帶寬、容量等更高的性能指標。並誕生了5G無線通信技術與礦井智能化深度結合的需求。國內各大礦業集團也紛紛試水「5G+智慧礦區」，探索結合無線通信技術、人工智能技術、先進傳感技術，促進礦井深度智能化推進。

2020年是5G工業應用的開元之年，各行各業都在嘗試5G的工業應用。智慧礦區則是利用5G無線通信技術、物聯網、人工智能、大數據、數字孿生、圖像和語音識別等先進技術，在礦井生產中落地應用，實現礦用儀表和設備的感知數字化、傳輸網絡化、數據標準化、分析智能化和呈現靈活化，將傳統礦井生產體系中分裂的工藝、孤立的設備、忙碌的雙手銜接起來，最終提升小莊礦採煤掘進效率、安全生產能力和應急管理水平。

案例應用詳情

詳細描述案例技術在具體場景中的應用情況，解決的具體問題，主要方式方法和應用突破，帶來的重大改善等，重點突出案例應用的適用性、推廣性等特徵。

1、總體應用框架

根據彬長礦業建設「智慧礦區、智能礦井」的要求，規劃中央變電所、掘進工作面和綜放工作面各一條作為示範點，建設礦井5G無線通信、MEC平台、超融合數據服務基礎設施和模塊化數據機房，實現井下高清視頻圖像5G傳輸應用系統，安全監測泛在感知物聯網應用系統，5G數字孿生工作面生產系統應用移動端應用平台（全場景）和智慧礦區安全生產VR仿真培訓等應用場景的建設。項目整體建設具體建設內容如下：

■建設並完成井下5G基礎設施、MEC基礎設施、超融合數據服務基礎設施以及模塊化數據機房，多場景5G高清圖像、5G安全感知專用網絡、5G數字孿生混合網絡建設、結構化/非結構化數據庫部署、時序數據庫部署、數字孿生混合數據庫部署，工作面生產執行系統等通信軟硬件、數據平台基礎和應用支撐服務部署；

■4D-GIS高清顯示5G高清圖像（可見光、紅外）硬件和軟件系統、礦用本安型多參數無線傳感器布設（掘進+綜放+中央變電所）硬件和全感知軟件系統，以及綜放和掘進工作面動態數字孿生系統建設；

■採掘圖像識別與優化，高清圖像解析與預警、全感知預測模型優化、礦用本安型多參數無線傳感器、智能預警模塊+數據接口等工作。

2、關鍵技術應用詳情

（1）生產環境中的採掘系統、「三機」系統、主通風系統、供配電系統等的基於數字孿生的信息採集、圖像感知；

（2）安全環境中氧氣、粉塵、一氧化碳、甲烷、硫化氫、二氧化碳等信息無線採集的全方位實時監測及預控；

（3）架設礦井5G無線通信、MEC平台、超融合數據服務基礎設施以及模塊化數據機房建設；

（4）搭建井下高清視頻圖像 5G 傳輸應用；

通過可見光、紅外線高清攝像儀，形成對採煤機、掘進機、順槽皮帶、設備硐室、中央變電所等移動或固定設備的狀態進行監測，形成礦井生產過程、環境安全的有效採集和分析預警，並以4D-GIS和數字孿生形式展示；

（5）構建安全監測泛在感知物聯網應用；

在現有OPC-UA、CAN、Modbus等工業總線和ZigBee、LORA、5G-IoT、Wifi等工業無線監測系統的基礎上，研發基於5G-IoT技術的環境安全信息多參數一體化無線傳感器，通過在地面側融合安全、地質、水文、衝擊地壓、頂板等災害監測子系統，形成超融合標準化數據存儲和安全監測泛在感知物聯網應用系統，實現礦井生產現場的環境安全有效分析和早期預警。

（6）完善5G數字孿生工作面生產系統應用。

通過生產過程中採掘裝備和配套設備的系統模擬和在線更新，融合4D-GIS技術、虛擬現實（VR）技術，搭建基於5G的全感知、高清視頻以及生產執行系統，形成可靠的工作面數字孿生生產管理系統，並通過井上3D數字孿生和VR大屏展現礦井安全生產和設備運行的狀態、實現採煤生產和環境的安全預測、計劃調度、突發事件預警和應急處置功能。

四、創新性與優勢

總結該案例應用的特色與亮點、創新性與技術主要優勢，以及技術應用的前景與推廣價值。

彬長小莊礦業積極遵循國家「十四五」規劃中關於煤炭行業發展的戰略規劃，「推進煤炭安全智能綠色開發利用、築牢安全生產底線。」的指導方向，積極建設「5G+智慧礦區」示範礦井，形成「1中+4全」的小莊模式，實現了監測實時化、控制自動化、安全本質化、管理信息化、業務協同化、專業模塊化、決策智能化等「七大功能」；並完成「通過智能化建設安全水平大提升」、「通過智能化礦井建設全員工效大提升」，「通過智能化建設企業效益大提升」三個目的。項目成果在國際和國內首次實現了以下幾點突破：

1、首次傳感器、攝像頭，5G模組，算力服務器/GPU服務器全部中國芯。

2、國內首次實現5G獨立組網（SA）通信技術的高清視頻採集。

3、採掘工作面生產環境的高清視頻多場景AI圖像識別。

4、採掘工作面5G物聯網安全監控傳感器聯合應用。

5、綜放工作面的生產數字孿生。

6、採掘設備全生命周期動態管理。

7、基於崗位職責的多礦井角色虛擬巡檢（值班礦長和維修、操作、安全人員）。

8、多元災害耦合協同治理的礦井安全監控的風險分級分類預警。

9、安全隱患溯因與對策、隱患智能識別。