礦山物聯網建設的探索與實踐

文/李文平

（作者系中煤平朔集團有限公司井工一礦黨委書記）

中煤平朔集團有限公司井工一礦是我國露井聯采技術應用到實際的首座大型現代化礦井，自2005 年投產以來， 堅持 “先行先試、敢闖敢試”，持之以恒致力于自動化、 信息化方面的探索與實踐，經過多年的建設，順利實現了對生產全過程的自動化監控，并依托覆蓋全礦的有線、無線網絡實現了數據的統一上傳、集中處理，使得各級管理人員可以迅速而全面地獲取各類生產過程信息，并依靠信息化平臺及時發出各種指令、遠程操作各類設備，極大地提高了礦井的安全保障能力和現代化水平。

一、信息的高速傳輸通道

物聯網的重要基礎和核心是互聯網，通過各種有線和無線網絡與互聯網融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去。由于在物聯網上傳遞的信息數據量大、 實時性要求高， 所以需要強大的互聯網絡做支撐，以保障數據的正確性和及時性。

中煤平朔集團井工一礦現有千兆工業以太環網，采用徐州中礦大華洋公司的KJJ112 系統， 內部使用德國赫斯曼的高端交換機，主干網絡采用千兆光纜，地面主干網組成一個環形網絡。井下主干網組成一個環形網絡，分散的地點采用節點交換機以支線的方式接入，覆蓋了井下所有的變電所、 水泵房、主運機頭、工作面順槽等地。 地面監控中心的服務器和核心交換機實現了雙機熱備冗余，并通過硬件千兆防火墻接入公司局域網，形成了整個信息化的高速公路，且運行高效、可靠、安全，故障率低。

在千兆骨干網絡基礎上建設了無線網絡，采用Z-NET 系統，實現了千兆工業環網無線延伸覆蓋、wifi 手機通信等。無線網絡信號強，達54Mbps， 支持無線上網和無線通訊功能， 單臺分站同時支持12路以上話音，可連接多種應用終端（廣播、視頻、數據），實現了多位一體規劃和應用。

有線網絡與無線網絡的緊密結合， 為物聯網絡建立了一座高速、平穩、流暢的信息傳輸通道，確保了自動化生產信息、 環境安全、人員等信息的及時上傳以及上層指令的快速下達和執行。

二、人員、設備及環境的實時監測

人員定位系統采用深圳哲揚的Z-NET 系統， 含ZigBee 人員定位和無線通訊功能。 系統采用250Kbps 速率ZigBee 無線射頻識別定位技術、GIS 技術、無線組網、以太網等技術， 結合數據庫技術、圖形處理技術，實現對井下人員虹膜考勤管理和與定位數據庫實時聯動的人卡唯一性檢測通過管理、實時跟蹤區域定位、區域定位加精確定位（20 米）、安全警示、突發情況報警、應急快速搜尋等功能于一體，為用戶提供豐富的數據、圖表、打印信息，讓用戶迅速了解井下人員的當前位置分布情況、 行走路徑，提高對井下人員的監測，增強發生事故時井下人員的快速反應能力，以改善煤礦的安全生產管理。

管理人員平時可利用系統進行日常的人員考勤管理，督促相關工作人員及時到位，避免職工的敷衍瀆職，盡量減少事故中的人為因素；另一方面，在發生安全事故時，工人可通過標識卡報警按鈕及時將事故報警信息發送至地面，并為事故調查提供重要的依據，取得第一手資料。 事故發生后，地面管理人員也可通過聲光報警將緊急撤離信息及時通知到每位井下工人，與此同時，地面事故搶險人員可以及時掌握人員的動態分布及人員姓名、位置、數量，可以第一時間找到被困人員的位置，為事故搶險提供重要依據和導向。

當前自動化智能生產設備已基本覆蓋了全礦生產的各個環節：運輸、綜采、掘進、通風、排水、壓風、供水、供電等，先進的自動化智能設備本身的固有特性，在很大程度上保證了生產的高效性和安全性，而且通過工業以太環網，井上工作人員可24 小時持續不斷地采集現場設備的開停狀態、實時運行參數、實時生產數據和運行時環境數據等， 并通過計算機的匯總、統計和分析給出相應的提示信息和參考意見，以便對生產設備進行及時必要的調整、維護、更新管理等，不但確保了設備可以始終在安全、穩定、高效的狀態下運行，保證安全和生產，而且延長了設備的使用年限，減少了生產成本。

通過對井下環境的實時監測，可以確保井下人員的生命財產安全。 一旦監測的數據發生異常，系統將發出警報并給出合理化意見或最佳解決方案，提示相關人員優先處理，大幅減少井下事故、災難的發生。通過先進的計算機軟件及硬件設備充分統計分析礦井水文、頂板壓力、安全監控、束管監測系統等的實時及歷史數據， 推演出井下環境的變化趨勢和變化幅度，及早解決潛在問題和危險。

三、三維可視化礦山

系統利用礦井實際數據，采用虛擬現實技術和實體建模技術，構建三維可視化應用，并能夠通過與其他系統的接口 （如瓦斯監測系統、視頻監控、人員定位系統等），顯示環境監測及設備運行的實時數據，瀏覽、查詢井下設備的各種參數和實時狀態信息，從而達到無需下井亦可掌握礦井最新生產信息的目的。主要包括工業廣場三維可視化、巷道三維可視化、煤層三維可視化、三維井上下對照、基于三維巷道井下監測信息、井巷工程進度可視化、基于三維巷道井下設備三維可視化與管理、 三維漫游、三維剖切、 三維線路展示以及與MES 系統對接等功能。

四、遠程無人集控

在主要生產過程實現全面監控基礎之上，通過計算機對生產設備的實時監控和數據分析對比，可以集中管理、遠程控制現場設備的運行狀態和運行參數。這樣可以使井上的監控中心根據各種參數指標直接控制井下設備進行設備的報警、斷電等處理,從而有針對性地調節設備，以適應濕度、溫度、風壓、瓦斯等環境因素，不僅實現了固定大型設備如皮帶機、 壓風機、主通風機、排水泵等的遠程集中控制，還實現了采掘工作面主要設備的遠程集中控制。

五、信息集中處理平臺

井工一礦建設有MES 系統，集應用計算機技術、 網絡技術、信息技術、控制技術、智能技術和煤礦生產工藝技術于一身，實現企業的經營、生產決策、安全生產管理和設備控制等信息的有機集成。通過應用軟件， 實現經營管理科學化，生產計劃、生產安全調度、生產過程控制最優化。

通過數據的實時采集、同步上傳和集中處理，MES 系統能對各種監測參數進行歷史存儲、對比分析等, 以直觀易懂的方式將生產信息、安全信息等呈現出來，方便管理和規劃。平臺根據現有的生產工藝流程和特點，從大量的信息中篩選出影響生產安全的關鍵因素，通過與歷史數據的對比和分析，優化生產及工藝流程，并提供人性化的信息查詢及管理方式。

信息處理平臺實現了井下各種設備信息的自動實時錄入，準確記錄每個設備工作的環節，減少事故的發生。不僅可以將井下各種設備的工作狀態等反饋給井上的監控中心,以便能更好地控制設備的運行,還可以及時地和遠程的廠家聯系，對產品進行跟蹤、檢修、排除故障等。

作為全國礦山物聯網建設發展較快的企業之一，中煤平朔集團井工一礦始終瞄準國內一流，向世界看齊，高起點定位、大手筆運作，致力于成為全國礦山物聯網建設的典范，通過不懈的努力，正一步步向 “世界一流智能安保型礦井”的發展目標邁進。