煤炭是我国的基础能源，在保障国家能源中发挥着兜底作用。煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑，代表着煤炭先进生产力的发展方向。2020年2月，国家发展改革委等八部门联合印发了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，明确了我国煤矿智能化的发展方向，吹响了煤矿智能化建设的号角。2020年9月，应急管理部、国家能源局、原国家煤矿安全监察局在山东邹城组织召开了全国煤矿智能化建设现场推进会，明确了“系统智能化、智能系统化”的建设理念，进一步加快推进煤矿智能化建设工作。
5G是新一代移动通信技术，具备大带宽、低时延、广连接的特性，是第1个从标准设计之初，就考虑到行业应用需求的灵活以太网络技术。目前，中国已经部署了全球最大的5G网络，网络能力基本完善，产业配套基本成熟，网络成本持续下降，技术红利亟待释放。5G技术赋能煤矿智能化，为我国智能矿山的建设注入了新动力和新活力。
1 我国煤矿5G系统建设进展
以5G、工业互联网等为基础的数字基础设施可看作是煤矿智能化的“地基”，智能化技术与系统是煤矿智能化的“内核”。夯实地基与增强内核成为当前煤矿智能化发展的2大主要任务。目前，5G技术已在国内10余个矿井组网成功，并探索了视频传输、设备远程控制、移动巡检、窄带物联网、虚拟交互等多种典型场景应用。以下介绍5个典型煤矿的5G系统建设情况。
1.1 华阳新材料集团新元煤矿
2019年11月18日，新元煤矿成功开通全国首个5G测试基站，同时完成井下不同应用场景的5G覆盖测试工作。2020年5月，完成井上、井下5G网络的开通和优化工作，完成了5G无线通信传输速率时隙配比上下行3︰1优化，部署完成了MEC（边缘计算）服务器，满足了工业现场低时延、数据不出矿处理需求。
新元煤矿进行了机电固定硐室、主运输巷、辅助运输巷、综采工作面切巷，包括综采工作面切巷和辅助进风巷设备列车处的5G信号覆盖周期性测试工作。下一步将在5G一期组网、井上下5G网络优化的基础上，建设覆盖全矿井的5G融合网络，推进5G融合组网、终端接入和应用场景化，在主运输带和机电固定硐室实现基于5G网络的移动巡检，在综采和掘进工作面实现基于5G网络的远程集中控制，全面建成5G智能化示范煤矿。
1.2 山东能源集团鲍店煤矿
2020年，鲍店煤矿启动矿用5G专网系统建设，自行建设了5G核心网，并在7302智能综放工作面、九采区胶轮车巷智能掘锚工作面、七采区集中供液硐室等地点部署了矿用5G基站，探索了相关场景应用。
采煤方面，将高精度惯导数据以及高清摄像仪采集的现场视频等信息通过5G网络回传至采煤控制中心及矿调度指挥中心；掘进方面，实现了掘进机控制信号及现场视频的5G网络回传；辅助运输方面，将无轨胶轮车车辆信息（如油温、水温、发动机转速等）、调度通话、车载视频通过5G网络上传至地面调度中心；机电管理方面，在供液硐室巡检机器人中内置5G信号转换器，实现了机器人巡检视频、热成像、气体传感器信号的实时上传。
1.3 晋能（控股）集团塔山煤矿
目前，塔山矿地面与井下已经实现了5G信号全覆盖，数据高速通道搭建完毕；同时基于5G高速网络，实现了智能视频分析、智能瓦斯巡检、智能单兵设备、巡检机器人等多场景的5G应用。
智能视频分析方面，通过5G通信网络，将输送带监视图像、安全行为管控图像、无轨胶轮车行驶图像等传送至井上智能服务器，通过输送带损伤检测、“挥手求救”和“倒地”等安全行为识别、车辆违章行为识别等智能模型，实现了多类视频数据的智能分析。引入了5G+智能无线甲烷监测便携仪，瓦检员携带设备进入传输范围内，能够自动读取传感器内数据并传输至地面服务器，实现了全覆盖巡检。智能装车方面，通过5G网络将高清相机图像和传感数据实时传输至控制中心和AI行为分析服务器，列车司机、调度员和管理员可根据识别结果实时预测和控制装车情况。
1.4 吕梁东义集团鑫岩煤矿
鑫岩煤矿布置建设了5G网络，开通5G基站43座，井下重点部位和地面厂区实现了5G信号全覆盖，井下覆盖巷道长度达30 km，兼顾了现有的采、掘、运、通、机修、监测、调度、控制等各生产及辅助环节，对语音、视频、数据三大业务进行全面承载。目前，正在进行27套子系统与5G网的对接，实现5G网与矿内现有的万兆网一用一备，已成功测试了N1001综采工作面和N501综采工作面的5G无线通信远程控制和视频传输。
鑫岩煤矿规划坚持“1+3+N→1”建设理念。第1个“1”指智慧矿山指挥调度平台；“3”指智能矿山“三位一体”架构，包括”5G+”工业物联网平台、矿山云数据分析平台、矿井GIS二三维地理信息平台；“N”指矿山多系统智能搭建，包括智能采掘工作面、智能主辅运输系统、智能供电系统、智能化大型设备状态预知性维护系统、生产监测与安全监测等智能机器人；第2个“1”指在建设过程中逐渐形成智能化示范煤矿规范体系。
1.5 国家能源集团神华宝日希勒能源公司露天煤矿
神华宝日希勒露天煤矿依托5G网络，融合大数据、人工智能、边缘计算等新一代通信技术，对5台载重220 t的MT4400电动轮矿用自卸卡车进行无人驾驶改造，与配套的1台电铲和1台遥控推土机及其他辅助作业车辆，形成一个完整的露天矿无人运输作业系统，实现了神宝露天矿山的安全、高效生产，示范引领了国内露天煤矿的无人驾驶应用。
该项目是世界首个极寒环境下大型矿用自卸车5G+无人驾驶编组，国内首个大型矿用自卸车5G+无人驾驶编组与电铲、推土机智能协同作业的项目。2020年10月，中国自动化学会组织了安全评审，认为该项目形成了一套完整的露天矿无人运输作业系统，为国家能源集团创建首个智能化露天煤矿奠定了技术基础。目前已完成了环矿坑光缆43.14 km的敷设，以及6处5G基站的建设安装工作，保证了矿坑作业区的5G网络覆盖，同时分别进行了白班、二班、零点班的长时间持续稳定运行，可满足冬季最低气温运行要求，无人驾驶矿卡最高运行车速达到40 km/h（超过有人30 km/h）。
2 5G技术在煤矿智能化建设中发挥“牵引”作用
矿用5G专网系统主要由5G核心网、5G网管平台，5G承载网设备、5G基站设备，5G本安型无线网关（CPE），5G终端设备等组成。目前，煤矿5G专网系统典型构架主要有2种方式：基于运营商的煤矿专网以及煤矿集团自身集成管理的专网。
1）基于运营商的煤矿专网。
煤矿本地部署MEC，实现本地业务分流至矿山自有业务服务器，保障数据不出煤矿园区。同时在MEC侧部署5GC代理服务器，当外部运营商网络发生故障或断开时代理5GC+MEC确保5G系统能够安全、独立、稳定运行，保证无线通信及数据传输的可靠、稳定；满足井上井下安全隔离的相关规定。MEC与运营商大网连接保证与外网语音和数据的互联互通。
2）集团5G专网。
煤矿集团统一建设5GC,对5G网络统一管理。集团内各个矿区可按需部署MEC，保障数据不出园区或者满足低时延业务的需求。集团专网的5GC与运营商大网连接保证与外网语音和数据的互联互通。
5G技术在煤矿智能化建设中发挥着以下“牵引”作用：①是5G技术能够提供更为广泛的联结，为煤矿建设“信息高速公路”提供了可能，成为“煤矿新基建”的核心技术；②是在5G应用的带动下，未来必将涌现出更多的智能技术和应用场景，为煤矿智能化建设探索提供更多的解决方案；③是5G与工业互联网的有机结合为智能煤矿的建设提供了更加科学的系统观和方法论。
基于5G技术，结合云计算、大数据、工业互联网、人工智能、机器人等新一代信息技术，未来我国智能矿山将具备资源与开采环境数字化、技术装备智能化、生产过程可视化、信息传输网络化、生产管理与决策自主化的能力，并将改变传统的生产组织与用工形式，同时打破安全、环境等对煤炭开发利用的制约，有力促进煤炭工业的高质量发展。
3 加大力度推动煤矿5G技术研发与应用
5G技术在煤矿有着广阔的应用空间。加强煤矿5G应用，推动形成智能煤矿典型应用场景和可复制、易推广的煤矿5G应用模式，对于加快推进煤矿智能化建设起着非常重要的作用。
1）推动煤矿5G应用试点。
我国煤矿分布区域广泛，开采地质条件复杂多样，煤与瓦斯突出、冲击地压、水火等多种灾害并存。不同区域煤矿的智能化建设基础条件差别较大，智能矿山建设的复杂程度和难度也不同。目前已开展5G系统试点建设的煤矿大多位列于首批国家智能化示范建设煤矿名单中，5G试点应用也符合煤矿智能化"典型示范、分类推进”的建设原则。这些煤矿在5G应用方面进行了大量有益的探索，带动了5G技术在传统工业中的应用。因此，应积极鼓励更多有条件的煤矿开展5G系统建设和典型场景应用探索，建设过程中要结合煤矿自身特点和具体条件，制定科学合理的建设方案，按照需求导向部署5G网络，有步骤地开展5G系统建设，并及时总结建设与应用经验。
2）加强煤矿5G技术研发。
我国智能矿山建设面临着高精度传感器、快速通信、智能装备、控制系统及软件等一系列短板，需在理论、方法、工具、系统、应用等多方面持续发力。大容量快速通信一直是智能矿山发展的主要技术瓶颈。5G作为新型通信技术，其在煤炭行业应用也面临着一系列的技术创新和突破。因此，应推动建立联合创新实验室，开展煤矿5G相关基础理论和关键技术研发。针对煤矿5G应用的高可靠、低时延、高上行宽带的要求，研发适合煤矿特点的5G技术装备，进行煤矿5G系统性能测试，推动矿井无线、有线有机融合，加速煤矿通信技术演进。
3）加快煤矿5G标准研发。
“智能矿山，标准先行”。标准化工作是煤矿5G应用和智能矿山建设的重要技术基础。煤炭行业应加快构建5G+工业互联网与智能矿山建设标准体系，研发煤矿5G应用的场景细分、组网布置、建设验收、设备要求等各类标准，满足井下5G通信网络与各大生产系统对接要求、智能化煤矿建设对5G网络性能要求、井下5G设备防爆要求，以及5G网络和信息安全等要求，进一步实现煤矿应用场景与解决方案的标准化，推动煤矿5G系统建设健康有序发展。
4）建设煤矿5G应用生态。
加快煤矿5G应用和智能矿山建设，必须广泛聚合行业内外各方面的力量，推动构建具有更强创新力、更高附加值的煤矿5G应用生态，促进形成灵活有效的成果共享和转化机制，在开放合作中进行技术攻关、试验验证、现场应用、管理提升等。因此，应加强煤炭生产企业、网络运营商、网络设备供应商、系统集成商、煤机装备厂家以及科研院所、高等学校等的协力合作，构建创新、协同、开放、合作的煤矿5G应用生态，共同营造煤矿5G应用发展的良好氛围。
4 结 语
当今世界，人工智能、大数据、云计算、移动互联等新一代信息技术同机器人和智能制造快速融合，社会生产和消费从工业化向自动化、智能化急速转变。面对新一轮科技革命和产业变革的历史机遇，煤炭行业必须坚定不移地走智能化发展道路，将5G等新一代信息技术与煤炭开发利用相结合，将广大矿工从危险繁重的作业环境中解放出来，使煤炭行业从传统的劳动密集型转变为人才技术密集型，迈上具有高科技特点的高质量发展之路。
