随着煤矿开采规模的扩大以及对煤矿安全生产要求的不断提高，煤矿井下人员、设备、环境监控、视频监控、自动化、信息化等各类子系统也在不断增加，因此，煤矿智能化对通信网络提出了新的需求。需要具备大带宽、低时延的特性以满足井下的多业务系统，同时具备井下复杂环境的低成本全域覆盖，保障业务系统连续性和稳定性，尤其是井下动态设备信息的实时采集，传统的有线传输网络已无法满足井下移动场景网络需求。

为解决此类问题，煤矿智能化建设引入双频5G融合组网技术。相较于传统单频组网模式，采用高低频混合组网实现最佳性价比。低频是高频覆盖范围的2~3倍，可实现全矿井低成本5G连续覆盖，保障业务系统的连续性。针对业务比较集中的综采面、掘进面等区域，通过高频补充覆盖，依靠上行增强等技术满足大带宽需求。高低频融合组网，支持业务系统按需接入响应链路，提供差异化业务保障和网络冗余接入等功能，确保控制类、时延类敏感业务的高可靠运行。

针对中煤陕西能源化工集团有限公司大海则煤矿（简称大海则煤矿）智能化构建人机交互万物互联的泛在网需求，使煤矿海量终端与5G网络物联感知，5G多频融合组网赋能煤矿井下各类应用场景，制定大海则煤矿整体5G-700MHz+2.6GHz频段混合组网的解决方案。

独立构建5G无线通信网，在整网核心交换机处与矿井办公网、工控网、安监网、视频网等网络打通，完成“多网合一”提升大海则煤矿整体技术实力。大海则煤矿双频段混合组网实现井下区域5G无线网络全覆盖、5G高清视频通话、4K高清视频回传及终端设备接入。支撑矿井机器人、无人驾驶、智能矿灯、采煤机、掘进机远程控制等应用，提供低时延、广连接、大带宽的技术保障，为全面建成智能化矿山打下坚实技术基础。

大海则煤矿首次构建了全矿井双频5G-700MHz+2.6GHz的区域化覆盖，700MHz基站在井下长直巷道中有效覆盖半径325m，覆盖范围更广，有效通信距离较传统5G单频组网提高了近3倍。在矿方地面机房部署BBU/PB设备，井下测试环境部署RRU（分别部署2.6GHz基站和700MHz基站），中间通过裸纤连接。测试环境基站部署如图1所示，测试结果如图2所示，测试结果数据见表1。

在井运输巷、运输巷等流量小且距离长的场景部署700MHz基站，对于采掘工作面、变电所、水泵房等大流量距离短的场景部署2.6GHz基站，实现不同5G频段的场景化部署，通过本地i5GC核心网建设，打通5G-700MHz和2.6GHz频段基站，进行无缝衔接混合组网通信。在保证通信质量的同时，因地制宜，双频组网大幅降低了组网成本，体现了良好的经济效益。5G双频段混合组网技术在大海则煤矿的应用，助力构建矿井智能化应用系统集群，促进大海则煤矿高质量发展。

大海则煤矿5G无线通信系统主要由数据机房i5GC核心网、地面5G无线网、地面与井下SPN5万兆承载网，井下5G无线网所构成，大海则煤矿5G网络拓扑如图3所示。

矿区的SPN工业环网由运营商代建代维，专用于矿区5G专网的控制、视频、数采等业务承载、切片保护、时钟同步等，独立组网，专网管理，SPN网元物理设备均在矿区，确保数据不出园区。公网与运营商的SPN环网采用用户面UPF侧对接，实现以下3个方面功能。

（1）实现矿区5G基站的公专网共建共享。

（2）矿区专网授权用户对公网的数据业务。

（3）实现公专网用户的语音互联互通。

专网由运营商代建代维，矿区的5G基站采用MOCN双挂实现公专网的共建共享，矿区内专网用户接入专网核心网，公网用户接入公网核心网。5G基站采用PRB切片实现公专网的业务隔离，保障专网用户的QOS和优先级。此外地面5G基站采用MOCN方案双挂，实现公专网的共建共享。

矿井综采工作面设备自动化要求高，但在实现过程中存在多方面问题，主要表现为3个方面。

（1）因环境复杂，不利于布置过多线缆且易损坏。

（2）井下设备多，且都为金属设备，对电磁波产生较大的屏蔽作用，使得无线网络环境差。

（3）综采设备控制和高清视频传输对网络要求高，必须同时满足低时延、高稳定、大带宽。

为有效解决此类问题，大海则煤矿在工作面布置3~4台2.6GHz频段的5G基站，数据传输通过5G无线通信方式，最大传输速率699Mbit/s，保障了设备自动化数据传输的稳定性与可靠性。BBU部署在巷道设备列车上，巷道内通过2~3台pRRU覆盖，站间距300~400m，综采面部署2~3台pRRU覆盖，站间距100~200m；新装高清摄像机直接内置5G模组接入，原有摄像机多架汇聚到交换机后通过5G工业CPE联网，5G在工作面部署如图4所示。

通过5G无线通信的方式进行数据传输，上行峰值速率699Mbit/s，保障了设备自动化数据传输的稳定性与可靠性。测试结果如图5所示。

综采系统的惯性导航设备应用5G技术低时延的特点，在采煤机和刮板输送机头分别布置5GCPE，利用5G将采煤机的位置信息、工作面推进信息实时传输给控制系统，为工作面远程安全开采提供了有力保障，采煤机安装5GCPE现场如图6所示。

刮板输送机监测系统种类较多，且分布运输“三机”的始末，为保证所有监测设备数据传输的稳定性与可靠性，在刮板输送机头和机尾分别布置1台5GCPE，在机头利用5G测距装置的单点激光+红外点云进行综合测距，然后通过5G模组进行数据传输，实现了现场有线与5G互为备用的传输方式，确保数据传输的连续性。

巷道超前支架控制器通过有线方式将RS485信号接入5GCPERS485接口，5GCPE通过透传模式将RS485串口通信转换成基于TCP/UDP协议的网络通信，最后通过5G无线基站传输至地面控制台，实现远程控制。应用5G广连接和大带宽的特性，接入了工作面所有的50路视频和大量的设备运行、故障诊断等各类信息数据，满足地面远程集控和视频AI高效分析的需求，5G综采应用场景如图7所示。

依托大海则煤矿5G全覆盖网络，利用5G低延迟控制技术，以有线传输和5G并行传输、互为备用方式，搭建了基于5G与工控网的掘进面多源异构数据采集、传输、分析与决策平台，实现了超低时延（＜30ms）数据传输，提高了数据交互效率。该平台实时传输工作面各类设备、人员及环境监测数据、多路视频信息和设备控制信号，将掘进工作面的掘进机司机撤离至工作面后方的掘进集控中心，实现了以“自动截割为主，人工远程干预为辅”的智能化截割新模式，提高了掘进作业安全性，5G掘进应用场景如图8所示。

5G通信技术的高带宽、低时延、可靠性强、应用灵活，满足煤矿数据中心私有云控制需求，通过边缘5G终端实时采集各项数据及参数信息发送至私有云，计算结果反馈至井下边缘5G终端的执行工具，计算资源部署集中在煤矿数据中心私有云。通过5G通信实现煤矿边缘5G终端连接至云端，传输时间和云端处理时间累计小于100ms，并且高带宽特性为边缘5G终端提供10Gbit/s带宽，实现各类设备、场景的不同类型数据信息接入和高效联动。

井下无人驾驶对煤矿井下环境通信网络要求高，一直以来都是无线通信网络的重大难点。大海则煤矿通过SLAM融合700MHz+2.6GHz+WiFi6+UWB融合基站信号，实现井下无人驾驶车辆准确定位。

依托井下5G通信技术高速率、低时延和大带宽的优势，保障了单辆无人车最少5路高清视频和1路点云地图数据流传输，同时实现平台端车辆轨迹姿态等信息的监控调度交互，满足上下行带宽需要。经测试大海则煤矿网络传输速率可达到300Mbit/s，时延小于10~30ms，保证了车辆与地面监控系统的实时通信，实现车辆运行数据、车载传感器雷达、惯导等状态实时监管。结合辅助驾驶系统的应用，可满足同时5辆车的大数据接入，实现正常上下行的无时延通信。

通过5G通信的增强型移动宽带传输技术，实现了无人驾驶远程应急管控。井下无人驾驶车载5路高清视频实时回传至地面远程遥控驾驶舱，操控信号指令低时延传输，实现车辆远程控制，指挥中心指令下达后100ms内车辆即可执行完毕（车辆底盘及系统执行时间为主，信息传输时延低于30ms），满足低速无人驾驶场景，实现一控多车的远程作业目标。

在路口盲区通过部署路测系统传感器（毫米波、雷达、摄像头），通过5G模块，将路口区域内非无人驾驶车辆、行人数据实时传送至无人驾驶5G终端处，补充了无人驾驶盲区无法检测的弊端。借助5G通信设备实现自主感知、躲避障碍、精准定位、风口联动、实时监测等多样化的功能，5G通信技术在矿井特殊场景中的应用，5G无人驾驶组网方案如图9所示，辅运车辆无人驾驶车辆如图10所示。

胶轮车车载控制箱通过与5G双发选收网关连接，实现车载视频、定位等信息基于5G无线回传。5G双发选收网关可同时接入700MHz、2.6GHz双链路，接收端对先到的报文先发走，实现网络时延的降低、稳定性的提升，确保胶轮车运行的连续性。

目前，矿井网络传输及监测设施无法满足全矿井的安全监测，通常会要求井下巷道及设备设置更多的感知节点，而5G通信技术全面覆盖所有感知节点，获取海量传感器及网络数据进行全方位的矿井安全监测数据采集，实时监控采掘工作面、运输巷等重点视频监控区域，视频采集设备是作业点固定安装和承载各类巡检机器人上的高清摄像装置。

5G通信技术的应用有效提升矿井工作人员作业的安全度以及生产效率，主要聚集在人员违规识别、煤流运输状况识别、作业安全质量识别、设备状态巡检、煤岩介质识别等多样化的场景。除此之外，5G通信技术通常也适用于在灾后救援现场通过高清视频监控开展救援指导工作，AI智能管理平台界面如图11所示。

井下作业空间相对较小，设备出现故障需借助5G通信技术的低时延及高质量优势，实时监测传感器设备并实现远程故障诊断，结合各项数据及参数定制科学合理的诊断方案，无需维修工作人员到井下去排除各项故障，降低了维修工作人员的任务量及工作强度。

5G通信技术融合AR/VR技术，实时监测并回传井下作业情况的高清视频，便于地面操作人员及维修工作者远程运维，发现设备故障第一时间进行远程故障诊断并修复，故障诊断界面如图12所示。

智能终端可与煤矿井下无线通信系统及管控一体化结合使用，为矿用本质安全型设备，携带及操作简单，支持双卡双待，分别配置700MHz、2.6GHz号卡各1张，终端根据所在区域网络信号强度，择优选取接入相应频段网络，确保终端在矿井全域实现5G网络无缝连接，终端之间、终端与服务器之间可以实现数据传输，具有较高的接收灵敏度，终端平均功耗低、待机时间长，5G移动终端界面如图13所示。

大海则煤矿地质条件复杂，矿井涌水量特别大，排水工作尤为重要，为有效减少排水工作人员数量，研发泵站控制系统，应用5G的低时延控制技术，结合矿井数字孪生系统、边缘故障诊断和健康管理平台等，将实际业务状况与5G控制深入融合，保证水泵的及时启停和故障监测，应用场景为各水泵房、综采掘进巷道和主辅运大巷内的各排水点，实现了煤矿水泵房及分散排水点无人值守，5G泵站远程控制原理如图14所示，5G泵站远程控制界面如图15所示。

大海则煤矿建成的全矿井5G-700MHz+2.6GHz无线网络，实现井上井下通信传输的低时延、大带宽、高可靠运行，5G多频融合组网在井下视频、采掘及固定场所远程控制、无人驾驶及机器人等场景均得到广泛应用，主要应用效果表现为以下4个方面。

（1）井下视频方面

视频终端通过5G多频融合组网接入视频专网的有230台，在采掘工作面、探放水钻场、分散排水点等不方便敷设线缆的区域，采用5G 2.6GHz高频网络提供的空口接入，有效解决了信号弱等问题。在主运输送带、辅运巷道等场景，采用5G700MHz低频网络提供的空口接入，有效解决长直巷道传输效果差的问题。预计共减少敷设光缆3万m，减少安装相关交换机和电源设备30台。节约智能化建设成本约400万元。

（2）井下采掘方面

在工作面光缆中断的情况下，采掘设备可以通过5G 2.6GHz高频网络，实现有效控制，有力保障了智能化采掘效率。通过5G网络传输的视频和控制信号，大海则煤矿首次取消了综采巷道集控中心，减少综采工作面生产人员，将煤机司机移至地面生产控制指挥中心，综采实现常态化智能化开采，单班作业人数降至7人，掘进工作面的掘进机司机撤离至工作面后方的掘进集控中心，减少危险环境的作业人员数量，和降低工人的劳动强度，减人提效，助力煤矿本质安全。

（3）泵站控制方面

5G边缘控制器应用在各水泵房、综采掘进巷道和主辅运大巷内的各排水点，地面生产控制指挥中心实时监测水泵状态，再通过液位传感器和摄像头，获得现场水量，实现各水泵房及分散排水点无人值守。仅需1人在生产控制指挥中心可完成所有水泵的排水工作，有效保障了采掘的各类控制信号的稳定性和安全性。

（4）无人驾驶和机器人方面

通过搭载的5G双频通信模组，与地面及井下的5G-2.6GHz+700MHz网络互通，为无人驾驶车辆和机器人与地面监控系统的实时交互提供通信支撑，数据传输时延为5ms，模组将人驾驶车辆和机器人运行数据、现场视频等信息通过5G-2.6GHz+700MHz网络实时上传至指挥中心。地面指挥中心人员通过远程控制完成相关控制操作，实现运输巡检场景的减人增效。

双频5G在大海则煤矿不同场景中的应用效果显著，有力支撑矿井智能化应用系统集群，促进大海则煤矿高质量发展。5G通信技术在大海则煤矿多种场景应用的发展阶段，许多地方还有待健全和完善，在矿井开采以及各个场景的应用中还需深度挖掘和探索，不断强化综合实力，提升煤矿开采的综合智能化技术水平，推动煤矿产业走向全面智能化发展。