淺析煤礦物聯網的特點和關鍵技術

天地（常州）自動化股份有限公司 湯利平

中國煤炭資源豐富，是產煤大國，同時也是主要煤炭出口國。煤炭在我國工業能源，電力能源占很大比重。在中國經濟發展中有著很重要的作用。但目前，我國大部分煤礦產業結構傳統，信息化程度低，技術落后，在煤炭生開采生產以及煤炭運輸銷售過程，不能集中優化管理。物聯網作為一種新型信息管理管理監測技術，勢必會對煤礦產業起到推動作用，也會在煤炭產業中得到推廣和應用。

一、物聯網（Internet To Ting）

物聯網，是一種基于互聯網、傳統電信網等信息載體，通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。其本質意圖，就是將物理對象，通過協議標準信息化，實現物理對象信息的互通。

物聯網技術架構為，應用層、網絡層、信息采集層、編碼層。

應用層：是構建在物聯網上的應用系統，包括具體應用問題，譬如物流、生產管理、事故處理等等

網絡層：是指信息流通網絡。可以是光纖網絡，無線網絡和傳統的電信網絡。可以是互聯網、無線網絡以及傳統的電信網絡。

信息采集層：數據采集指通過條碼、射頻識別、無線傳感等等自動識別，以及近距離通信技術獲取物理對象編碼信息的過程。

編碼層：具體而言就是物理對象數字化表示，將物理對象信息化。這就需要一套特定的基本標準和協議。

二、煤礦物聯網的特點

煤炭是我國利用最多的不可再生能源。盡管露天開采是相較安全高效的開采方式。但是大部分的煤礦層都是遠離地表，無法直接采用直接露天開采的開采方式。我國采用地下開采占煤礦生產的90%左右，地下開采通常采用房柱法，在礦坑內構建礦井。

煤礦生產方式、生產環境、生產管理具有特殊性。物聯網在應用煤礦產業過程中就要與煤礦的特殊性相匹配。因此煤礦物聯網的特點有：

（一）由于煤礦井下有瓦斯等可燃氣體以及煤燃料等不安全因素，在電氣設備方面有著嚴格要求，物聯網的電氣設備需要特別的防爆型設置。并且要求物聯網體統中設備電耗功率小，電路中電流電壓也不能超過最大允許值。

（二）煤礦井下，空間結構呈樹形分布，空間結構復雜，有大量的遮掩體，巷道彎曲、分支等等，導致電磁波傳輸衰耗大，無線網絡不能覆蓋全部覆蓋，信息傳輸需要依靠大量布線實現。

（三）煤礦井下環境特點不同，電機設備相對集中，電壓、功率變動大，有嚴重的電磁干擾，傳感器要抗干擾能力強。

（四）物聯網的網絡結構要與礦坑空間結構相匹配，多采用樹形結構。由于礦井長度大，物聯網井下電纜，光纜需要敷設很多，需要很大的前期投入。此外物聯網系統維護成本也會上升。

（五）煤礦井下，工作環境相對較差，同時電氣防爆和減少維護成本角度考慮，信息傳輸中間裝置數量有限制，當傳輸距離較遠時，要保證信息傳輸質量，需要相應技術配置。

（六）礦井事故率相較很高，巷道的破壞，頂板冒落等等會造成局部電氣設備損毀，此時要求煤礦物聯網系統要有穩定性能，在部分故障時，其余功能繼續使用，不會發生系統癱瘓，造成生產事故。

（七）煤礦井下，除瓦斯等爆炸性氣體危害外，還有腐蝕性氣體、煤粉、潮濕等狀況，物聯網系統設備要有良好的防護手段，以及設備自身惡劣環境抗性。尤其在信息采集層，各傳感器的防護能力要保質保量

（八）煤礦井下作業空間有限，煤礦物聯網輔助生產，不能占用過多的生產資源和空間，設備體積質量要小，方便使用安裝，不能妨礙正常生產工作。

（九）煤礦物聯網是信息的采集加工處理于一身的安全生產、管理生產系統，需要有一套明確的、行之有效的標準制定，包括物理對象信息數字化、評判標準建立、以及邏輯判斷模式的構建。并且基于不同礦井條件，應有一套柔性可調的系統軟件配備。

綜上所述，由于煤礦地下開采的特殊性，制約著物聯網的發展。需要根據煤礦具體要求，配置合適的物聯網系統。

三、煤礦物聯網的關鍵技術

物聯網系統的關鍵技術主要包括標示物理對象的射頻（RFID）技術及技術標準，感知物理對象的傳感技術，判斷物理對象的邏輯功能開發，和整個物聯網系統集中優化管理的模型開發。

針對具體的煤礦井下條件，無線傳輸衰減強，電氣防爆要求高等。物聯網系統也要與之相匹配。并且根據煤礦井下的特殊性和煤礦安全生產的要求。要地具體技術進行攻關。煤礦物聯網的關鍵技術有以下幾個方面：

（一）煤礦井下設備多，處理邏輯復雜，信息編碼，傳輸，處理等需要標準指導。生產中采煤設備、電氣設備、傳輸設備、井下通風系統、安全監測設備、生產管理設備、人員定位系統等等，眾多的信息需要一套信息編碼、傳輸、邏輯分析標準的建立。

（二）煤礦生產中，大型設備，例如掘進機、采煤機、傳輸機、通風機、移動電站等等，其正常運行是煤礦生產的基礎。煤礦物聯網系統需要對關鍵大型設備生產使用全程監控，高效實用設備。并建立設備檔案，做好設備維護保養。

（三）煤礦安全問題一直存在，物聯網的井下人員定位系統，可以有效的管理井下作業，在事故發生也可以有效預警，幫助被困人員定位，減少救援時間，并且系統監控為是事故分析總結提供了依據。

（四）自動井下作業技術的開發。目前采煤工作面不能做到無人化，需要工作人員的實際井下操作。物聯網為自動化無人作業提供了機遇，在信息采集、可視化的基礎上，需要研究煤礦識別技術以及掘進機、采煤機、傳輸機協同精確作業技術。以實現地面操作，井下自動作業的技術。

（五）煤礦事故，危及人員生命安全和生產安全，會造成重大損失，急需有一套預警機制。物聯網煤礦事故預警機制主要能針對瓦斯、火災、漏水等災害預警。這就是要求對于災害預警方面，物聯網安全監控方面的提高。

（六）煤礦物聯網系統擴展型建設的研究。煤礦物聯網系統模型是固定的，但是煤礦在生產過程中，不斷伸延，物聯網系統也要隨之硬件擴展。目前有三維造型等手段，極為適合煤礦生產應用，在生產過程中積累的數據也可不斷豐富數據，這種研究會使生產方便，對于事故處理等等也會極為有益。

中國的物聯網技術發展有一段時間了，在煤礦中的應用也不乏實例，但是目前還比較單一，系統應用層擴展不足。物聯網基礎是網絡技術，但是應用的核心是集中優化管理。在煤礦物聯網系統中，切實的提高煤礦安全生產，提高生產效能是關鍵標準。

四、結束語

目前，我國物聯網技術標準不完善，相關的技術及技術衍生還沒發展起來。煤礦物聯網還停留在數據采集的應用擴展，沒有達到集中優化的自動化管理的程度，但是物聯網理念的優越性是想而易見的。創新是指把一種新的生產要素和生產條件的“新結合”引入生產體系。煤礦物聯網就是這樣的一個創新，其通過物聯網新科技手段，最終使煤礦行業管理和生產得到優化，為煤礦的效率管理、安全生產、高效生產打下基礎。這也將為煤礦產業添加新的助力，同時為煤礦產業帶來一場新的科技浪潮。

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