为贯彻落实党中央、国务院关于加快推动5G应用的相关部署要求，推进《能源领域5G应用实施方案》及《5G应用“扬帆”行动计划（2021-2023年）》的相关任务，加速5G等新型信息技术与能源转型发展深度融合，国家能源局与工业和信息化部于2022年联合开展了能源领域5G应用典型案例征集活动，旨在激发能源领域各行业的创新活力，拓展能源领域5G应用场景，探索可复制、易推广的5G应用新模式、新业态，支撑能源产业高质量发展。本次能源领域5G应用典型案例征集活动聚焦6个方向，即：智能电厂+5G、智能电网+5G、智能煤炭+5G、智能油气+5G、综合能源+5G、智能制造及建造+5G，共收到198个能源领域5G应用案例，覆盖全国26个省、自治区、直辖市，以及14家能源领域、信息通信领域中央企业。经专家评审和复核，最终遴选出33个典型案例，形成“2022年度能源领域5G应用典型案例汇编”。
山西新元煤矿
5G网络技术应用与研究
一、案例概览
所在地市：山西省晋中市
参与单位：潞安化工集团山西新元煤炭有限责任公司、华为技术有限公司
技术特点：利用 5G 远程操作综采设备减少井下作业人员，提高煤矿安全生产水平；利用 5G+机器人巡检减少机电硐室现场人员，降低煤矿安全隐患；利用 5G+超高清视频监控减少井下违规操作，降低事故风险。
应用成效：通过在机电固定硐室、采掘工作面试验应用巡检机器人以及远程操控等应用减少固定岗位20 人，降低人工成本约 300万元/年;通过高清设备运行状态监控和设备健康状态分析，降低设备故障率15%，节省设备修理费用约 200 万元/年；通过内部通讯线缆无线替代，全矿井减少上万条通讯线缆维护，总成本减少约 100万/年。
二、案例基本情况
山西新元煤炭有限责任公司隶属于潞安化工集团有限公司，位于山西省晋中市寿阳县朝阳镇草沟村境内，属于煤与瓦斯突出矿井。矿井采用斜井开拓方式和倾斜长壁式、走向长壁式综合机械化采煤，无轨胶轮车辅助运输。
近年来，国家要求加快推进煤矿智能化发展，然而煤矿实现智能化落地仍面临一些难题：一是煤矿井下开采环境恶劣，瓦斯、粉尘等易引发安全事故；二是综采、掘进环节需人工井下作业，作业危险性较高、工作强度大；三是传统有线、无线网络在时延、速率、可靠性等方面无法满足智能化煤矿业务需求，建设运维工作量大。为了解决传统煤矿行业痛点，新元煤矿联合华为开展5G智慧煤矿整体解决方案探索，助力煤矿实现少人化、智能化生产。
三、案例技术路线
为满足矿山智能化转型对无线网络的应用需求，本案例解决方案采用三层实现架构，分别为感知层、网络层、应用层。其中感知层通过采集现场设备、环境、员工等信息，进行协同处理和智能组网。作为整个系统的终端，感知层要具备工业现场总线、4G/5G、蓝牙、Zigbee等网络传输接口，将现场各类传感器、摄像仪、定位识别卡、矿灯等设备信息及时准确上传至网络层；网络层对采集到的感知信息进行实时远程传输，实现信息的交互共享，并进行各种有效的处理。依托无线和有线网络传输方式，支撑实现感知层数据的存储、查询、分析、挖掘、理解及基于感知数据决策和行为；应用层利用经过分析处理的感知数据为管理者提供丰富的特定服务和决策依据，通过将矿井所有信息充分融合，实现综合监控、智能联动、设备故障预警、应急预案等融合应用落地。
煤矿 5G 网络技术解决方案总体架构
四、案例应用场景
5G＋智能化综采工作面：改善作业环境
通过在“3411”工作面覆盖5G网络，工作面集成的设备数据依托5G网络上传至地面控制中心，实现地面对工作面采煤机、液压支架、三机等设备的远程控制，以及工作面视频的回传显示。该场景可显著改善一线工作人员作业环境，降低高危、高湿环境对身体健康的影响，提升员工幸福感。
5G+智能化综采工作面
5G物联网井下应用：实时采集井下环境数据
井下巷道覆盖5G网络，并安装集成NB物联网模组的顶板动态监测装置，甲烷、风向、风速等传感器采集的实时信息借助5G网络上传至指挥中心。指挥中心工作人员可通过大屏幕实时监测井下设备状态及环境信息，一旦发现异常告警信息，则迅速进行处理，降低安全事故风险。该场景依托5G网络部署，解决了有线传感数据组网复杂、供电困难、数据传输易丢失等问题。
NB 物联网井下应用
5G＋作业流程管控平台：作业流程可信、可视、可回溯
传统作业流程管控多依靠工作人员线下纸质记录形式，流程繁琐，误差率高。新型作业流程管控平台将信息录入由线下转至线上，并依托5G网络上传至中心云平台，实现现场作业安全、施工质量、工程验收等数据的全流程管控，如电氧焊，贯通闭墙，设备巡检、登高等作业。当前该场景已应用于井下泵房、配电室、工作面等多个场景，基本实现可信、可视、可回溯的作业流程管控，大幅减少工作人员一线作业需求，提升信息管控效率。
作业流程管控平台应用
5G+巡检机器人：固定岗位无人巡检
在井下煤中央配电室和西区皮带巷安装巡检机器人，机器人搭载5G模组，通过5G网络实现监控视频、红外监测、环境参数等信息的实时传输以及控制，实现井下固定岗位的无人巡检。
巡检机器人
5G视频AI智能识别：提升生产安全水平
井下安装5G+4K超清摄像头，监控视频通过5G网络上传至人工智能分析预警系统。在地面MEP部署视频分析软件，实现人员不戴安全帽、挥手、摔倒等危险行为识别，以及皮带跑偏、异物等作业现场异常场景识别。
视频 AI 智能识别
五、案例主要成效
（一）经济效益
案例取得以下三方面的经济效益：一是减人提效。通过在机电固定硐室、采掘工作面分别落地部署巡检机器人和远程操控等应用，减少固定岗位人员20人，降低人工成本约300万元/年；二是降低事故率。通过智能视频对设备运行状态监控和健康状态分析，设备故障率降低15%，节省设备修理费用约200万元/年；三是节省材料成本。统计液压支架电液控制系统内部通讯线缆2000余根，5G无线替代后，全矿井可减少几千条通讯线缆维护，总成本减少约100万/年。
（二）环境和社会效益
新元公司作为全国5G智能煤矿先驱单位，依托该案例研发了“矿用5G基站”、“煤矿5G行业虚拟专网架构”、“超千兆上行5G功能”、“矿用5G终端”等多种5G新产品、新技术，部署了煤矿园区井上、井下一体化5G行业虚拟专网，落地了煤矿井下5G+综采面控制、5G+巡检机器人、5G+井上井下协同等多项5G+智能煤矿应用，验证了5G智能煤矿井下行业虚拟专网的技术可行性。
该案例的成功落地为行业打造了5G智能煤矿应用的样板房，引发了国内外的广泛关注，推动了5G智能煤矿产业的快速发展。该案例先后参加了2020年5G+煤矿智能化高峰论坛”、“工信部2021全球工业互联网大会”、“2021工业互联网大会-“5G+工业互联网”融合发展高端论坛”等行业论坛。同时，作为典型案例入选了《5G+煤矿智能化白皮书》、《山西省煤矿智能化建设指导手册》、《5G扬帆远航-5G融合应用实践精编》等书籍。
六、案例经验和推广前景
新元公司针对煤矿现有复杂多样的环境，依托先进5G通讯技术，在井下打造了类型丰富的物联网连接新模式，形成多样化的应用切入，更好的满足矿井机械化、自动化、信息化和智能化开采需求。通过建设井下5G无线通讯网络，实现井上、井下的无缝对接。通过搭建集音频、视频、数据为一体的“人、机、物”移动物联网平台，助力实现无人员失误、无机器故障、无系统缺陷、无管理漏洞的人、机、矿高度融合的矿山安全目标。该案例为煤矿安全生产和高效决策提供有力技术保障，为煤矿智能化开采提供安全可行的解决方案，助推智能煤矿建设。
