物聯(lián)網技術如何在煤礦安全中的發(fā)揮作用

1、煤炭工業(yè)發(fā)展迅速,煤炭安全工作愈加重要,物聯(lián)網在煤礦中的應用也愈來愈廣泛,主要有人員定位,環(huán)境監(jiān)測,設備監(jiān)測,管理運行,緊急救災等系統(tǒng).物聯(lián)網的加入,也使煤炭工業(yè)安全系數(shù)大大的增加,使工人的安全不在受到大自然的威脅。煤礦安全，在我國是重中之重的問題，關系到人民群眾的生命和財產安全。由于煤炭生產系統(tǒng)復雜，工作場所黑暗狹窄，人員集中，采掘工作面隨時移動，地質條件的變化會使移動的采掘工作面不斷出現(xiàn)新情況和新問題，如不及時采取相應的有效措施，可能會導致重大災害事故，這些給安全工作帶來了極大的困難。近年來，各級政府積極采取各種措施避免礦災的發(fā)生，然而新聞上仍然不時有重大礦災的報告。這些血淋淋的事實促使著

2、人們去尋找保證煤礦安全的全新途徑，那就是物聯(lián)網。一、物聯(lián)網及物聯(lián)網技術物聯(lián)網是新一代信息技術的重要組成部分。其英文名稱是“The Internet of things”。由此，顧名思義，“物聯(lián)網就是物物相連的互聯(lián)網”。這有兩層意思：第一，物聯(lián)網的核心和基礎仍然是互聯(lián)網，是在互聯(lián)網基礎上的延伸和擴展的網絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。因此，物聯(lián)網的定義是通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡。 “物聯(lián)

3、網技術”的核心和基礎仍然是“互聯(lián)網技術”，是在互聯(lián)網技術基礎上的延伸和擴展的一種網絡技術；其用戶端延伸和擴展到了任何物品和物品之間，進行信息交換和通訊。因此，物聯(lián)網技術的定義是：通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網相連接，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡技術叫做物聯(lián)網技術。 二、我國煤礦生產現(xiàn)狀煤炭是我國主要能源，目前在我國能源生產和消費中，煤炭約占73。據專家預測，到2050年煤炭仍會占中國能源消費的50%以上，煤炭作為主要能源的地位將會在相當長的歷史時期中不會改變。我國煤炭資源豐

4、富，勞動力廉價，在國際市場競爭中本應占有優(yōu)勢，但由于我國煤炭儲存條件復雜，煤礦自動化水平低，井下用人多，生產安全監(jiān)控系統(tǒng)采用的技術比較落后，功能單一，再加上管理等因素，使得生產成本高，安全形勢不容樂觀。全國煤礦事故死亡人數(shù)居高不下，百萬噸死亡率大大高于世界主要產煤國家平均水平，嚴重影響了煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和社會的穩(wěn)定。隨著國家對礦山安全的重視程度不斷加強，礦山企業(yè)在各種安全、生產監(jiān)控系統(tǒng)方面的投入逐年加大，對保證礦山的安全和正常生產起到了重要作用。但是在目前的裝備和技術水平下，無法根除各種安全隱患，礦山災害時有發(fā)生?，F(xiàn)有的安全生產監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，由于生產廠商和系統(tǒng)建設時期不同，各個系統(tǒng)之間沒有

5、統(tǒng)一的通信協(xié)議和接入技術，系統(tǒng)之間的數(shù)據結構差異很大，呈現(xiàn)多源性和異構性。由于礦山開采的對象礦床是分布于三維地理空間、并隨著開采進程不斷變化著的地質實體，礦山安全生產的一切過程都離不開三維空間，無論是礦層、構造等地質實體，還是縱橫交錯的井下巷道系統(tǒng)和各種監(jiān)測監(jiān)控信息都具有空間屬性。不僅如此，礦山生產活動又是始終處于一種隨時間動態(tài)變化的復雜系統(tǒng)之中，所以反映其實際狀態(tài)的各種數(shù)據，如果得不到有效集成，就只能形成彼此隔離的“信息孤島”，同時探測同一地質實體的多數(shù)系統(tǒng)只能對其采集到的原始數(shù)據進行簡單轉換、存儲、顯示和打印，而面向同一地質實體同時探測到的多源信息往往得不到有效地綜合利用，更談不上有效地為

6、煤礦安全提供決策依據。隨著開采深度的加大和賦存地質條件的惡化，使得深部煤炭開采的力學環(huán)境、巖體組織結構、基本力學行為特征和工程響應與淺部明顯不同，導致沖擊礦壓、頂板大面積來壓和采空區(qū)失穩(wěn)等動力災害事故明顯增加，已對深部煤炭資源的安全開采造成嚴重威脅。在重大災害的預測方面，缺少實時、在線、連續(xù)的監(jiān)測預警裝備?！拔锫?lián)網”概念的問世，打破了之前的傳統(tǒng)思維。過去的思路一直是將物理基礎設施和信息基礎設施分開。對煤礦安全生產而言，在“物聯(lián)網”時代，瓦斯、CO等各類傳感器、電纜、電氣機械設備、鋼筋混凝土等等，所有這些將與芯片、寬帶整合為統(tǒng)一的基礎設施，基于物聯(lián)網絡可以對煤礦復雜環(huán)境下生產系統(tǒng)內的人員、機器、

7、設備和基礎設施實施更加實時有效的協(xié)同管理和控制。物聯(lián)網概念為建立煤礦安全生產與預警救援新體系提出了新的思路和方法。如何利用物聯(lián)網技術解決煤礦生產中人員安全環(huán)境的感知問題，解決礦山災害狀況的預測預報、減少或避免重大災害事故的發(fā)生，解決安全生產的智能控制；礦山物聯(lián)網技術的發(fā)展潮流以及研究的核心內容是什么；如何形成產業(yè)標準等。這都是感知礦山物聯(lián)網示范工程需要解決的問題。三、物聯(lián)網在煤礦安全中的應用從物聯(lián)網的特性可以看出，在煤礦這樣需要實時監(jiān)控跟蹤，并對相關危險進行預警，使用物聯(lián)網技術是非常合適的，也就是近年來逐漸發(fā)展的感知礦山技術。物聯(lián)網技術在煤礦安全中的應用有很多，下面對其中幾種比較應用以及其牽涉

8、到的相關物聯(lián)網技術做出簡略的介紹。1、人員定位系統(tǒng)應用射頻識別技術及計算機通訊技術，在井上調度室設置中心控制計算機系統(tǒng)，在井下相關位置布置人員讀卡分站。 井下人員、設備等目標攜帶標識卡， 系統(tǒng)通過讀卡分站與標識卡之間的無線通訊， 實現(xiàn)對被識別對象的目標定位和無線尋呼，從而為生產指揮調度、安全監(jiān)測檢查、區(qū)域禁入控制、緊急事件處理等工作提供有效手段。 同時通過管理系統(tǒng)將有關數(shù)據傳至各級管理部門，為各級領導監(jiān)督指揮決策提供重要依據。GPS信號不能覆蓋煤礦井下巷道。目前,煤礦井下人員位置監(jiān)測系統(tǒng)主要采用RFID、漏泄電纜等技術,實現(xiàn)了煤礦井下人員位置監(jiān)測,在遏制超定員生產工作中發(fā)揮著重要作用。 但是現(xiàn)

9、在的技術水平，并不能對礦井人員精確定位，所以這套系統(tǒng)需要向更加精確化的方向發(fā)展，知道能夠實現(xiàn)井下人員的精確定位，才能及時了解每個人的信息。人員定位系統(tǒng)在煤礦安全中有著舉足輕重的作用，有了人員定位系統(tǒng)之后，如果有緊急事故發(fā)生，監(jiān)控人員就能根據人員位置情況，以最快的速度制定出最準確安全的處理方法，從而達到使災難的負面影響最小化的目的。2、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)包括很多方面，在煤礦安全方面最重要的就是對瓦斯、火災、沖擊壓力等煤礦重大災害的導火索的監(jiān)測。安全監(jiān)測監(jiān)控?；诘V井無線 / 有線混合結構全覆蓋網絡實現(xiàn)對溫度、風速、瓦斯、甲烷、一氧化碳、煤塵、礦塵等對礦井安全生產具有重要影響的礦井環(huán)境參數(shù)進

10、行有效的監(jiān)測，并基于WIFI 和無線傳感器網絡對礦井環(huán)境參數(shù)監(jiān)測與計算的結果進行無線傳輸實現(xiàn)，實時控制風門狀態(tài)、風窗狀態(tài)、風筒狀態(tài)、局部通風機開停、主通風機開停等，并實現(xiàn)甲烷超限聲光報警、斷電和甲烷風電閉鎖控制等。最終將實時監(jiān)測的數(shù)據通過計算機自動處理，然后講數(shù)據記錄，當數(shù)據出現(xiàn)異常的時候發(fā)出預警，實現(xiàn)對煤礦災害的提前預警。 一個完善的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，相當于采礦人員的第二條生命，是對采礦人員生命極大保障，對災害的提前預警，給井下人員增加了寶貴的時間，大大的提高了井下人員脫離危險的概率使事故的傷亡最小化甚至完全避免。3、設備監(jiān)測系統(tǒng) 設備監(jiān)測系統(tǒng)與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)相輔相成，環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要是對外界環(huán)境

11、的監(jiān)測，而設備監(jiān)系統(tǒng)則是對設備的狀態(tài)等進行實時監(jiān)測的。大型設備工況監(jiān)測與故障診斷。煤礦生產密切相關的大型設備很多，有些設備的運轉狀況直接會影響工作人員的生命安全，因此對這些大型設備進行實時的監(jiān)測控制一直是關注的熱點。開展基于傳感器網絡的煤礦井下采掘裝備遠程定位、煤巖界面識別、大型設備姿態(tài)控制等技術的研究。采用物聯(lián)網技術、綜合監(jiān)測、信息融合等技術對采掘、提升、運輸、通風、排水、篩分等關鍵生產設備進行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷。設備的監(jiān)測在煤礦安全中的地位也是毋庸置疑的，采礦設備，就如同采礦工人手中的一把利劍，在開采出黑金的同時，只有對這把利劍進行實時監(jiān)測才能夠保證其不傷害到采礦工人自身，才能避免事故的發(fā)

12、生。4、管理運行系統(tǒng)運行管理系統(tǒng)，是各個系統(tǒng)之間的樞紐，運行管理系統(tǒng)是一系列系統(tǒng)的統(tǒng)稱，包括很多運行管理方面的系統(tǒng)構架。例如通信管理系統(tǒng)：基于 WIFI 的多媒體通信。語音通信是礦山井下無線網絡的 “殺手級”應用。利用網絡節(jié)點的地址編碼作為接撥號碼，在井下礦工與礦工之間、礦工與地面管理人員之間利用多跳 WIFI 網絡進行無線語音通信。由于礦工在井下是移動的，需要研究適合語音通信的無縫切換機制、動態(tài)路由機制、雙向路由機制、井下通信的漫游機制等，以保證無線語音通信的可靠性與較高的服務質量，更加便于及時的管理，有相關緊急情況也能做到及時的通知，更加有利于煤礦安全。當然，通信管理只是管理運行系統(tǒng)中必不

13、可少的一部分之一，其它還有很多基于人員定位系統(tǒng)等系統(tǒng)在煤礦生產運行時進行管理的系統(tǒng)。由于物聯(lián)網技術的參與，全新、高效、快捷的管理運行系統(tǒng)是必然的趨勢，也是保證煤礦安全的一大法寶。5、緊急營救系統(tǒng)緊急營救系統(tǒng)，平時用處不大，但是一旦災害發(fā)生，一個完善的緊急營救系統(tǒng)將給受災人員帶來一條生路，基于物聯(lián)網的緊急營救系統(tǒng)可以分為很多種類。搶險救災，根據歷史數(shù)據并結合專家經驗制作險情應急預案，包括緊急避難圖和不同事故點的緊急避難圖的調用和制作。一旦險情發(fā)生時，通搶險救助管理子系統(tǒng)內置的地址結構分析功能，可以立刻根據地質構造圖，確定事故發(fā)生地的地質構造，同時依照救援隊伍和設備的分布地圖，可以根據事故類型和地

14、點迅速調配隊伍和設備，調配最佳線路。必要時，采用救援機器人。由于事故發(fā)生后，原來的通信鏈路可能遭到破壞，機器人在行進過程中，根據通信網絡信號的衰弱情況，拋投節(jié)點，各個節(jié)點能夠自主組網，快速形成通信網絡，機器人可通過這個無線網絡進行數(shù)據傳送。上位機根據機器人傳送過來的數(shù)據進行遙控操作，制定出合理的救援方案。另外，煤礦井下生命探測技術也是緊急營救系統(tǒng)必不可少的構成，基于物聯(lián)網的技術基礎，結合生命探測技術，在災后，可以明確生命跡象所在，是加速搜救進度，減少死亡人員的有效手段之一。緊急營救系統(tǒng)當然不局限于上面所列舉的，生命重于泰山，緊急營救系統(tǒng)，平時閑置看似無用，但是災難來臨之時卻絕對不可忽略，救人于

15、水火之中。四、物聯(lián)網在我局的應用徐州礦務集團夾河礦“感知礦山物聯(lián)網GIS3.0系統(tǒng)”試運行，在夾河煤礦調度室，打開感知礦山物聯(lián)網GIS3.0系統(tǒng)，11個子項目就像一棵樹一樣地彈了出來。用鼠標輕點一下，井下人員在哪個位置、礦車走到哪里等，都一清二楚。經過近一年的努力，該礦感知礦山物聯(lián)網示范工程一期項目試運行，該工程的主要建設內容包括礦井信息化改造和礦山物聯(lián)網建設。礦井信息化改造包括：一是骨干網建設工程，建設井上、井下千兆工業(yè)英特網和調度指揮控制中心工業(yè)英特網；二是生產調度指揮中心軟硬件建設工程，增加相應的集群服務器、千兆工業(yè)英特網設備等；三是礦井各生產及輔助系統(tǒng)的集成工程，實現(xiàn)遠程監(jiān)控，減少井下

16、操作人員；四是礦山集成平臺建設工程，實現(xiàn)全礦井異構信息的集成3GGIS平臺；五是安全生產管理工程，實現(xiàn)煤礦瓦斯災害預測分析。最終，利用無線傳感器網絡建立覆蓋煤礦井下，并與千兆工業(yè)英特網相結合的無線自組網系統(tǒng)，通過設備工況監(jiān)測監(jiān)控、災害環(huán)境信息監(jiān)測、人員定位、機車管理、語音通信、工業(yè)電視等，形成完善的無線感知平臺。該示范工程一期目前已在井下布置了72個節(jié)點（最終要形成200多個點），這些節(jié)點采集的多功能信息，可通過井下千兆網傳到地面控制中心，在地面就可以知道井下人員、礦車、溫度、濕度、一氧化碳含量、甲烷含量、礦井氣壓、風速等相關信息。如點擊進入“井下人員定位監(jiān)測系統(tǒng)”后，選擇部門、姓名，就可以查

17、找到這個人的軌跡信息，既可以查看實時軌跡信息，也可以查閱歷史軌跡信息。此外，井下的水泵何時開啟、變電所如何工作，煤礦機電科工作人員都能在地面以無線遠程遙控操作，做到無人值守。下一步，只要帶上智能便攜儀及礦用手機，下礦人員不僅可以精確定位，還能隨時打手機、發(fā)短消息。      隨著資源的整合,采煤方法、礦井機械化等方面的改革,單純的獨立設備已經很難滿足現(xiàn)有的要求。煤礦安全儀器設備生產企業(yè)必須憑借著對市場動態(tài)的敏銳捕捉,創(chuàng)新思維、改善技術,不斷開發(fā)出新的產品,通過安全監(jiān)控、人員定位管理、視頻監(jiān)控、短信報警和遠程監(jiān)控等系統(tǒng)的完美結合,全方位地成功打造出煤礦安全生產“物聯(lián)網”,在同行業(yè)中提升企業(yè)核心競爭力。全力構建煤礦安全