我国矿业年产值超过6万亿元人民币，占全国GDP比重超过7%，在我国的经济运行中有着“压舱石”作用。国家高度重视矿山行业的智能化发展，出台了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》等多项政策，推动矿山行业的转型升级。2022年，预计矿山智能化总体投资规模达千亿元人民币以上，能够带来长期稳定收益，5G智慧矿山正成为领军企业竞争的“新赛道”、战略布局的新方向、垂直行业竞争的新焦点。
矿山分为露天矿山和井下矿山两种，智能露天矿山“无人化”“少人化”是发展趋势，重点推广无人矿卡作业、矿用机械远程控制两大场景，打造本质安全型矿山；智能井下矿山推进5G基站本安隔爆认证，重点拓展5G井下融合组网、高清视频监控、无人化采掘三大类场景，提升井下作业安全水平。
一、智慧矿山5G应用分析
5G智慧矿山体现在远程设备操控（5G+矿用机械远程控制、5G+无人矿卡作业）、目标与环境识别（5G+高清视频监控）、大数据采集、5G+井下融合组网等应用，这些都是助力企业降本增效的典型应用场景，参见图1。5G网络的接入不仅意味着“速度变快”，更体现了信息交互、万物互联的时代变革。同时，5G应用对解决矿山安全生产和降本增效的核心诉求将产生巨大的影响。
图1 5G智慧矿山典型应用场景
1、5G技术引领智慧矿山数字化转型
矿山发展经历了传统矿山（控制电气化、装备机械化、人工决策执行等）、自动化矿山（机电一体化、仪器/仪表自动化、IT应用等）、智慧矿山（装备智能化、控制协同化、决策在线化）3个阶段。
智慧矿山的发展趋势必然是“机械化换人，自动化减人”。5G增强移动宽带（eMBB）、低时延高可靠（uRLLC）、海量机器类通信（mMTC）三大特性可有效解决有线技术移动性差、组网不灵活、井下环境铺设困难等问题，突破现有无线技术在可靠性、连接密度、传输能力等方面的局限，围绕无人采掘、矿卡无人驾驶等场景推进“5G+安全生产”落地。
2、5G 700M+2.6GHz打造矿山新型基础设施
5G 700M+2.6GHZ端到端融合专网方案为矿山提供高可靠通信，能够满足复杂工况环境中对通信网络高带宽、低时延、泛在化的需求。轻量化5G行业核心网占地小、功耗低、高度集成、一体化运维，且整体网络架构、传输抖动性及稳定性完全优于传统5G单频组网，为5G高清视频通话、矿井采掘、机电、运输、“一通三防”等装备提供支撑和保障，实现低成本5G网络在井下重点生产场景的覆盖，为矿井装备智能化应用打下坚实的基础。
3、5G+行业应用提升企业生产力
5G网络允许大量无线设备组网通信，降低布线复杂度和难度，极大节约了井下设施空间；端到端（D2D）通信技术作为一种冗余通信技术，在5G技术条件下支持自组织网络及多跳技术，使得整个网络负载均衡且畅通，进一步提升网络通信的可靠性；5G技术可以显著减少链路传输的能量损耗，为智慧矿山的绿色通信提供技术基础；5G技术的低时延、高可靠性能提高智慧矿山的安全性与效率。5G整体解决方案在智慧矿山的全面应用，极大程度提升了设施运行数据的安全性，同时能够实时监测整体运行情况，显著提升维护效率，融合组网可降低矿山5G组网建设成本40%以上。
二、5G+行业应用解决方案
产研生态面向矿山行业提供了“1+1+4”整体解决方案，包括1张5G专网、1个矿山行业工业互联网平台、4个应用场景。
图2 5G智慧矿山解决方案整体架构
1、1张5G专网
矿山网络具备典型的生产区域封闭特点，对安全和性能有较高要求。针对5G+井下融合组网等网络实时性、上行速率要求高的场景，采用5G独立组网模式，提供专网专用、专属上行及定制化专网设计、建设和集成能力，以无线资源专用打造差异化能力。
2、1个矿山行业工业互联网平台
矿山行业工业互联网平台可接入矿山设备，并集成矿山各业务子系统、合作伙伴创新应用，实现有效整合、集中管控、及时处理，保障矿山各生产系统正常运行。
3、4个应用场景
一是5G+井下融合组网，以井下工业环网/SPN为传输网络主干，以5G无线物联网为分支主体，并融合多种无线通信技术，实现对井下各个区域的无线覆盖，可保障井下快速变化的通信需求。
二是5G+高清视频监控，实时传输井下人员、设备高清视频至地面监控平台，并基于机器视觉技术实现人员行为异常、设备故障、环境突变等不安全因素的智能识别与报警，实现井下作业透明可视化。
三是5G+矿用机械远程控制，基于5G专用网络，在矿用机械远程控制本体加装远程操控系统、配套的控制传感以及视频监控终端，基于远程控制操作台和视频监控平台，实现矿用工程机械的远程控制，满足矿区无人化采掘场景需求。
四是5G+无人矿卡作业，基于矿用卡车改装、边缘计算、无人调度系统，实现矿卡的精准停靠、自主避障等无人驾驶控制和编组作业集群，提升矿区安全驾驶水平和工作效率。
三、山东能源集团5G云网融合智慧矿山项目
山东能源集团以煤起家，为推动传统煤炭产业脱胎换骨提质增效，他们坚持“机械化换人、自动化减人、智能化无人”发展方向，积极推动互联网、大数据、人工智能、5G等新一代信息技术与煤炭工业深度融合，于2019年11月率先开通了全球首个5G井下网络。截至目前，已陆续实现了5G+电机车、5G+铲运车、5G+凿岩台车、5G+碎石机等场景的应用，并投入生产运营。如图1所示，通过5G赋能智慧矿山建设，在井上矿区、井下作业区分别采用5G宏站、微站进行覆盖。矿区场景以5G宏基站、微基站、室分为主，采用SA组网方案，新建5G BBU放置矿区机房、MEC服务器下沉到矿区机房内。
