5G+智慧矿山无线网规划方案

1、5G+智慧矿山无线网规划方案国家能源乌海老石旦煤矿5G智慧矿山无线网方案二O二O年八月国家能源乌海老石旦煤矿5G智慧矿山无线网方案 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 一、项目背景2 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 二、现状及问题3 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 三、智慧矿山需求分析41智能采掘4 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 2矿井辅助运输/无人矿卡4 HYPERLI

2、NK l bookmark10 o Current Document 3视频监控/语音通话4四、5G专网设计要求61覆盖及容量要求6 HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 2切片要求6 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 3配套要求6 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 4安全要求6五、无线网建设方案71覆盖区域7 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 2建设原则8 HYPERLINK l bookmark2

3、6 o Current Document 3切片方案8 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 4上行速率增强方案8 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 5部署方案8 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 6主设备清单10 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 六、工期安排11七、投资估算及效益分析111投资估算11 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 2效益分析1

4、1 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 八、组织保障12附：中国移动5G专网建设成果错误!未定义书签。国家能源乌海老石旦煤矿5G智慧矿山无线网方案一、项目背景2019年6月6日，工业和信息化部正式向中国移动等四家运营商发放5G商用 牌照，标志着我国正式进入5G商用元年，开启了5G时代。在经历2G落后、36跟 随、4G并跑之后，5G时代我国有望领先全球。5G作为当前最先进的通信技术手 段，具有大带宽、低时延、高可靠、广连接、泛在网等诸多优势。想要发挥G的 技术潜力，为各行各业提供更好的信息通信服务，需要充分发掘各个行业与5G技 术的结合点，针对不同

5、的行业用户、不同的业务场景和需求，提供定制化、差异 化的5G网络，从而让5G最大化的使能千行百业。2020年2月25日，国家发展改革委等八部委印发关于加快煤矿智能化发展 的指导意见（发改能源2020283号），明确提出到2021年建成多种类型、 不同模式的智能化示范煤矿，到2025年大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化， 到2035年，各类煤矿基本实现智能化。2020年6月2日，内蒙古自治区为贯彻落实 该指导意见要求，结合自治区煤炭行业实际情况，印发了关于加快全区煤矿智 能化建设的实施意见，提出要重点依托基于5G网络大带宽、低时延、广连接的 优势，开展无人驾驶、智能采掘、机器人智能巡检、智能安

6、防、智能环境监测、 智能单兵装备等信息化应用建设。5G技术应用于煤矿井下，能够通过接入海量传 感器，实现对生产过程的全程动态实时监控，将矿山生产维持在最佳状态和最优 水平，逐渐实现无人采矿，最大程度提高矿山生产效率。借助于高速、可靠的移 动传输，矿井灾害预警、突发事件处置、医疗救助等会获得随时随地的有效处置 与响应。未来，矿井5G系统的成熟应用必将推动新的产业革命，把无人值守、无 人驾驶乃至无人操作的更安全更智能的无人采矿推向崭新的社会发展舞台，让科 技提高效益、科技保障安全的智能矿山成为现实。内蒙古移动自2019年起积极开展5G智慧矿山业务拓展，包钢白云鄂博5G智 慧矿山是内蒙古移动与包钢集

7、团共同打造的国家级无人驾驶露天铁矿示范样板 工程，也是全国乃至全球基于5G网络条件下无人驾驶矿车的首个应用。2020年内 蒙古移动继续结合区域特色，深耕矿山行业，做精做专露天矿、井工矿，成立矿 山联盟，联合研究院及专业公司，拉动主要设备厂商，加快推进5G模组在矿山无 人矿卡的应用，不断升级5G智慧矿山整体解决方案。国家能源乌海老石旦煤矿5G智慧矿山无线网方案二、现状及问题老石旦煤矿位于乌海市海南区37公里处，设计生产能力120万吨/年，含煤 总面积13平方公里，煤种以肥煤、主焦煤为主。老石旦煤矿是一个有着百年历 史的老矿井，目前井下生产和管理遇到的诸多问题：一是井下已有的无线通信系统可靠性达不

8、到工业控制要求。4G的端到端时 延达到100ms，虽然大多数情况下能够满足通信需求，但是对于未来采煤机远程 精确控制，以及无人驾驶车辆、无人机、机器人的自主控制通信等需求来说，是 远远不够的。而5G通信在eMBB（增强移动宽带）场景下NR用户面时延为4ms， 在uRLLC （超可靠、低时延通信）场景下NR用户面时延仅为0.5ms，控制面时 延为10ms，可以满足工业控制要求。二是井下已有的无线通信系统的带宽受限。4G通信的上限带宽约为150Mbps，实际应用往往达不到100Mbps；不同标准的WiFi传输，包括802.11a/b/g， 带宽都不到100Mbps，而4K高清视频传输所需的带宽约4

9、0Mbps，因此4G、WiFi 等技术只能稳定传输最多2路高清视频；而5G的带宽上限能达到1Gbps （1000Mbps）以上，可以满足工作面多路高清视频传输的需要。三是井下需要接入的系统和设备众多。根据煤矿井下安全避险“六大系统” 建设完善基本规范，国家强制要求煤矿井下安装监测监控、人员定位、通讯联 络、紧急避险、压风自救、供水施救等“六大系统”，此外煤矿还有火灾监控系 统、带式输送监控系统、轨道运输监控系统、供电监控系统、综采面监控系统、 排水监控系统、矿山压力监控系统等等一系列系统。相应地，部署有位置监测传 感器、瓦斯浓度监测传感器、一氧化碳浓度监测传感器、温度监测传感器、电压 监测传感

10、器、设备启停状态监测传感器等等传感器设备。已有的通信系统接入能 力有限，而5G通信系统能达到每平方公里100万的连接密度，完全可以保证矿 井所有设备同时接入系统。四是目前还没有能够将5G通信系统与精确定位等系统直接融合的集成分站 设备和通用基础平台。当前井下各系统各自建设、各行其是，协议不一致，接口 不统一，部署点也不集中，造成井下系统多、网络多、线缆多。井下设施重复建 设、分散管理、多点维护，产生巨大浪费。因此，为了解决这些问题，早日建成真正意义上的智能矿山，极有必要将5G 移动通信技术应用于煤矿井下，并实现对矿井的全覆盖。国家能源乌海老石旦煤矿5G智慧矿山无线网方案三、智慧矿山需求分析目前

11、，煤矿井下应用的通信网络主要包括以太网、4G无线网络、WiFi无线 网络、优先调度通讯系统、应急广播、定位系统等。随着5G商用，井下基于5G 网络的主要应用包括： 1智能采掘煤矿采掘工作面环境复杂，地质条件相对而言比较恶劣，水、瓦斯、顶板、 粉尘等自然灾害的潜在威胁普遍存在，采掘工作面的少人化、无人化一直是矿山 智能化转型的一个重要方面。通过在作业现场部署多个高清摄像头，将现场环境 信息完整地传送到监控中心，再结合采矿设备本身的各种传感器信息上报，工作 人员就可以在监控中心直接操控各类设备，从而达到作业现场少人化、无人化的 目标。目前信号传输一般采用有线的方式，但是由于液压支架、采煤机、掘进机

12、 经常需要移动，信号传输线缆经过多次折叠后较易发生断裂，迫切需要一种更为 可靠和方便的方法。2矿井辅助运输/无人矿卡一个高效的煤矿井下运输系统能促进煤矿生产效率的提高。运输车辆实现精 准的井下定位，辅以高清摄像头返回的实时图像，能让调度员准确掌握井下的实 时路况，实现对井下运输系统的定位、通信、管控、调度、导航。而所有这一切 的实现都依赖一张覆盖井下的移动基础通信网络。无人矿卡一般应用于露天煤矿的作业现场，可以降低矿区的安全事故，减少 司机的人员成本。矿用卡车配备有高清摄像头、毫米波雷达、北斗高精度定位系 统，以及车辆远程控制终端。需要一张覆盖作业面的无线网络，提供矿卡-矿 卡，矿卡-监控中心

13、的实时通信连接，借助监控中心的调度系统，实现无人矿卡 的远程操控、精准停靠、自动装卸、停车避让等作业任务。3视频监控/语音通话视频监控/语音通话是矿山应用场景的一个普适需求，比如综采工作面的高 清视频监控，井下巷道高清视频监控、自动巡逻车移动视频监控等。这些场景都 要求在作业现场安装矿用摄像装置，基于5G边缘计算和机器视觉，实现对现场 环境的感知。国家能源乌海老石旦煤矿5G智慧矿山无线网方案业考城景业考城景图3-1矿井5G应用规划国家能源乌海老石旦煤矿5G智慧矿山无线网方案四、5G专网设计要求1覆盖及容量要求老石旦煤矿仅有井下覆盖需求，无井上覆盖需求。根据井下条件，建议井下 单点最大覆盖半径不

14、小于200米，单点上行最大带宽不低于750Mbps，下行最大 带宽不低于150Mbps，同时在线用户数量不少于1000。同时考虑到井下应用多样，但空间受限，因此在井下应选用多频多模设备， 可支持共模开启5G/4G/NB-IoT。2切片要求矿井的应用场景丰富多样，各类应用对时延、带宽的需求不尽相同，且不同 应用重要性也有区别。面向差异化的需求，5G网络应能提供定制化、差异化的 网络服务，通过切片等技术对重要的应用需求提供隔离性和带宽的保障。现阶段在井下可采用网号隔离的切片方案，仅允许矿区员工接入网络；未来随 着井下应用丰富，支持QoS+切片满足差异化网络性能需求。3配套要求井下设备取电应能支持A

15、C 127V，并且应配备不小于2小时后备电源。4安全要求井下5G用到的BBU、RRU、CPE、UPS备用电源等均需取得煤安认证，同 时要求射频设备的射频阈功率（无线发射设备的有效输出功率与天线增益的乘积） 不得大于6W，能够确保井下使用安全。井下方案规划应充分考虑巷道类型及条 件，不能影响煤矿安全和日常生产活动。国家能源乌海老石旦煤矿5G智慧矿山无线网方案五、无线网建设方案1覆盖区域按照客户要求实现老石旦煤矿的井下5G网络覆盖，覆盖区域包括主巷道、 皮带巷、回风巷、综采面以及重要洞室，老石旦煤矿具体情况如下图所示：图5-1（1）老石旦煤矿覆盖区域地面情况图5-1（2）老石旦煤矿覆盖区域井下情况

16、国家能源乌海老石旦煤矿5G智慧矿山无线网方案2建设原则（1）本项目5G基站全部采用SA方式开通。（2）井下5G全部采用2.6GHz频段，采用100MHz带宽组网，工作于 25152615MHz，采用30kHz子载波间隔。（3）本项目以解决井下覆盖为主，原则上全部采用单载波配置，使用皮基站 和微基站混合方式组网，在综采面、主巷道及井下洞室采用皮基站+外接天线实 现5G覆盖，在皮带巷、回风巷采用微基站+外接天线实现5G覆盖。（4）井下主设备硬件具有多频多模能力，应至少支持1.8G和2.6G两个频段， 本次仅开启5G 2.6GHz。（5）本项目设备及配套严格按照井工煤矿防爆要求进行选型和部署。3切片

17、方案在无线侧通过QoS方案满足差异化性能需求，根据核心网下发的QoS参数 进行调度，将不同切片的同种业务映射到不同的5QI承载上进行区分。基于目前 智慧矿山需求，井下5G专网需优先保障智能化采掘及无人驾驶业务的网络需求。井下基站接入下沉至矿区内的专用UPF/MEC，确保矿山数据不出园区，同 时降低网络时延，增强网络可靠性。4上行速率增强方案针对井下视频监控等大上行业务需求，充分利用5G上下行带宽时隙可调整、 矿井下天然隔离的特点，可配置3U1D专属上行帧结构，实现单点上行速率 750Mbps，满足上行大带宽的需求。2.5ms ：1D3U） | .UL | UI | UL | PL . | UL

18、 | UL | UL图5-2 3U1D帧结构5部署方案5G专网无线基站采用皮基站和微基站组合的方式实现井下5G覆盖，共规 划29台隔爆型BBU、29台隔爆型5G微基站、72台隔爆型rHUB、447台本安 兼隔爆型皮基站。国家能源乌海老石旦煤矿5G智慧矿山无线网方案RRU4芯光匏国家能源乌海老石旦煤矿5G智慧矿山无线网方案RRU4芯光匏图5-3（1）井下微基站基站连接示意图大旌. :两芯册辄 建议距离不大于20MM图5-3（2）井下皮基站基站连接示意图RRU图5-3（2）井下皮基站基站连接示意图RRURHUB的芯光城，岩议所大于（1）主巷道等场景下基站部署要求如下：1）基站安装于地面或巷道壁上，

19、天线安装在距离地面2米以上，顶板0.5米 以下；2）基站选择安装于无淋水、岩壁坚固、无遮挡物的位置；3）每台基站预留至少5米的光缆，便于熔接及维护；4）主巷道受空间限制，为不影响车辆正常行驶，挂墙部署体积较小的皮基 站；皮带巷、回风巷微基站RRU可落地安装，部署微基站。/电平面削图5-4（1）平直巷道基站布置示意图军直巷道/电平面削图5-4（1）平直巷道基站布置示意图军直巷道国家能源乌海老石旦煤矿5G智慧矿山无线网方案图5-4(2)岔道基站布置示意图(2)综采面基站部署要求：综采面通道狭长、液压支架间空间狭小，且液 压支架和采煤机动态变化，将体积较小的皮基站落地安装在液压支架间，天线利 用液压

20、支臂固定安装。(3)后备电源要求：采用矿用隔爆型锂离子蓄电池电源作为市电断电后井 下设备的后备电源。6主设备清单无线主设备清单及安装位置如下表所示：表5-1无线主设备清单序号设备分类设备名称参数描述单位数量1主设备BBU支持 5G/4G/NB-IoT台292微RRU支持1.8G+2.6G频段台293皮基站pRRU支持 1.8G+2.3G+2.6G 频段台4474皮基站pHUB台725其他，光模块等辅料站296基站载频块2537开站服务及开网优化站298井下防爆设 备隔爆PTN壳体台99隔爆BBU壳体台2910隔爆RRU壳体台47611矿用隔爆型锂离子蓄电 池电源输入电压127v，输出127v，负 载最大功率：600W；为环网供 电不小于12小时部51412矿用电源线km12013矿用定制尾纤根95214矿用安装支架套47615井下隔爆天线井下4G、5G天线副95216功分器、跳线个/条95210国家能源乌海老石旦煤矿5G智慧矿山无线网方案六、工期安排本工程按照标准工期应在2021年6月底完工，按客户要求，在签订中标合 同之日起30天内完成全部施工建设。具体进度安排建议如下：2020年8月底，项目立项批复；2020年8月底，主设备采购；2020年9月，设计会审、设计批复；2020年9月底，新