物聯(lián)網(wǎng)在煤礦安全生產(chǎn)中的應用

摘 要：作為一項新興的信息技術，近年來物聯(lián)網(wǎng)得到了來自各個國家多個領域的學者的廣泛關注。文章介紹了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷程，描述了物聯(lián)網(wǎng)的基本運作體系及其關鍵技術，從各個方面展示了現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)生與發(fā)展。此外，針對我國的煤礦安全現(xiàn)狀，對物聯(lián)網(wǎng)技術在煤礦安全生產(chǎn)中的應用進行了分析與展望，以期對我國煤礦行業(yè)的發(fā)展起到積極影響。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；RFID；煤礦生產(chǎn)；安全監(jiān)控；救援系統(tǒng)

1 物聯(lián)網(wǎng)概述

1.1 什么是物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)，正如它的名字所表現(xiàn)的，是一種重新定義的互聯(lián)網(wǎng)技術，它是指把物與物通過互聯(lián)網(wǎng)的方式聯(lián)系起來，是對互聯(lián)網(wǎng)在定義上的延伸與擴展。

1.2 我國物聯(lián)網(wǎng)技術的應用現(xiàn)狀和發(fā)展前景

日前，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)在小范圍內(nèi)取得了一系列可喜的應用成果。上海世博會期間，上海公交系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術，通過“車務通”，在世博園周邊地區(qū)存在大規(guī)模車流量的情況下，保證了交通順暢。物聯(lián)網(wǎng)技術在物流系統(tǒng)中同樣也得到了應用，“e物流”的問世，使用戶實時查詢準確的貨物信息、對車輛進行追蹤定位、選擇運輸路徑等成為了可能。然而，目前敢于第一個吃螃蟹來應用物聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)并不多，這種局面使得我國物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展變得較為艱難。

2 煤礦安全概述

2.1 煤礦安全的定義

何謂煤礦安全生產(chǎn)管理？簡而言之，就是指對一切與煤礦生產(chǎn)相關的問題進行管理，通過運用科學有效的管理手段，對煤礦生產(chǎn)所涉及到的的人、財、物進行現(xiàn)代化信息管理與相應維護，從而使煤礦生產(chǎn)所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益得以充分發(fā)揮。

2.2 我國現(xiàn)階段煤礦生產(chǎn)中存在的問題

（1）無法實時掌控地下情況。煤礦開采時需井下作業(yè)，再加上巷道環(huán)境十分惡劣，井地地形非常復雜，地上人員無法實時監(jiān)控礦井地貌分布，做出相應指示，就使得采煤作業(yè)十分艱難。（2）煤礦安全檢測標準與監(jiān)控系統(tǒng)不兼容。我國煤礦企業(yè)眾多，各個企業(yè)之間差異較大，因此在安全監(jiān)控系統(tǒng)在應用時，部分監(jiān)控系統(tǒng)的功能單一，達不到新標準的要求，相容性較差。（3）缺乏相應的管理技術人才。在應用監(jiān)控系統(tǒng)時，相關技術人員不能熟練掌握業(yè)務流程，造成信息偏差，為后期的決策管理帶來了較大麻煩。

3 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)中的應用

3.1 煤礦生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)中使用到的關鍵技術

（1）感知層的關鍵技術。在構建煤礦生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的感知層時，通常會使用到以下幾項關鍵性技術：電子標簽（RFID）、微機電系統(tǒng)（MEMS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）技術。擴而言之，就是指在構建物聯(lián)網(wǎng)時，感知層就像人體的神經(jīng)感受器，利用各種微型傳感器對礦井中的各方面信息進行實時監(jiān)測，采集到井下及井上環(huán)境和煤礦工作人員的信息，然后通過嵌入式系統(tǒng)將這些信息進行初步處理，隨即利用無線通信網(wǎng)絡將收集到并處理過的的信息傳送到下一層的接入點，最終到達數(shù)據(jù)處理終端，對信息處理。（2）網(wǎng)絡層的關鍵技術。在構建煤礦生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡層時，工程師們通常會使用到的，也就是互聯(lián)網(wǎng)相關技術，這些互聯(lián)網(wǎng)包括計算機網(wǎng)、移動通信網(wǎng)和無線個人局域網(wǎng)等。他們會將2G/3G/4G網(wǎng)絡、有線寬帶、藍牙、Wi-Fi等通信技術聯(lián)系起來，使電信網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)相融合，以期達到讓礦井中地形以及作業(yè)人員的信息能夠實時準確地交換的目的。（3）應用層的關鍵技術。在構建煤礦生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的應用層時，工程師們通常會用到以下關鍵技術：M2M（Machine to Machine）、云計算和人工智能等。M2M旨在把通信技術、軟件智能處理技術和自動控制技術相結合，從而達到自動控制機器設備的目的。云計算是現(xiàn)代信息技術、計算機技術、高等數(shù)學等多個學科與技術交融與互補發(fā)展的產(chǎn)物，具有強大的處理能力、存儲能力以及非常高的性價比，這些特點，使得應用層為人們提供各項服務成為了可能。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

安全監(jiān)控系統(tǒng)，顧名思義，就是指實時監(jiān)測礦井中各項安全指標的系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)在構建安全監(jiān)控系統(tǒng)的過程中起著十分重要的作用。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的感知層通過遍布于礦井各處的傳感器，能夠實時監(jiān)測到各種安全檢測指標，包括礦井空氣中存在的有毒有害氣體（如甲烷、一氧化碳）、礦井中空氣質(zhì)量的狀態(tài)（如風速、壓強、溫度、濕度、含氧量）、礦井中通風設備的運行狀態(tài)（如是否開啟，是否運轉良好）等等，此外，安全監(jiān)控系統(tǒng)還能在緊急情況下切斷礦井下部分電器設備的電源供應，使之停止運轉，從而降低經(jīng)濟損失，避免人員傷亡。

構建安全監(jiān)控系統(tǒng)時，可以按井上和井下將系統(tǒng)分為兩個部分，這兩部分分別具有不同的職能。井下部分也就是物聯(lián)網(wǎng)的感知層和網(wǎng)絡層，其主要職能是采集礦井中的地理環(huán)境信息以及作業(yè)人員信息，如井下空氣溫度、濕度、瓦斯氣體含量、人員位置、儀器分布等，再通過網(wǎng)絡層上傳至基站；井上部分則是物聯(lián)網(wǎng)的應用層，其主要職能是接收網(wǎng)絡層傳輸而來的數(shù)據(jù)并對它們進行分析處理，以報表、圖表、文字等形式將信息傳遞給操作人員，并且可以實時對井下各種儀器設備實施人為控制。同時，作為一個數(shù)據(jù)處理工具，它需要具備各種查詢統(tǒng)計功能。

3.3 物聯(lián)網(wǎng)在井下救援系統(tǒng)中的應用

井下救援系統(tǒng)，顧名思義，就是指在緊急情況發(fā)生時，能迅速分析環(huán)境及人員傷亡信息并將其整合，輔助制定出可行的逃生救援方案，并具有執(zhí)行能力的系統(tǒng)。用于井下救援系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)的工作原理是通過覆蓋整個巷道的無線信息采集網(wǎng)絡對人員信息進行采集和傳輸，得到的信息可通過有線網(wǎng)絡傳輸至井上，隨后可在數(shù)據(jù)終端進行相應處理。井下人員通常可通過以下過程定位：井下人員需隨身佩戴能定時發(fā)射存在信息的信息采集節(jié)點，由于巷道中遍布能接受采集節(jié)點信號的傳感器路由節(jié)點，故而能及時接收到這些信息，并且根據(jù)接收到的信號強度判斷出作業(yè)人員位置，而強大的無線或有限網(wǎng)絡可將人員位置信息實時傳輸至井下救援系統(tǒng)終端，通過操作臺便能對井下作業(yè)人員進行實時監(jiān)測，一旦有緊急事故發(fā)生，操作臺工作人員方能篩選出有用信息，迅速制定出可行的救援方案，避免人員傷亡。

3.4 物聯(lián)網(wǎng)在煤礦工作人員日常管理中的應用

物聯(lián)網(wǎng)的電子標簽技術可用于礦井工作人員的日常考勤、區(qū)域分配、健康檢測。在實際應用中，可以對工作人員進行編號，在日常工作時，要求工作人員必須佩戴唯一編號的識別卡。這張識別卡就相當于一個傳感器，能實現(xiàn)對佩戴人員的實時定位功能。而對工作人員相關信息的管理則通過物聯(lián)網(wǎng)的應用層來實施，應用層的管理系統(tǒng)終端能錄入人員的基礎數(shù)據(jù)、日常考勤及定位信息，并能實時更新工作人員的位置信息，從而建立新的數(shù)據(jù)庫。識別卡還能對礦工的健康參數(shù)進行監(jiān)控，及能夠時獲取礦工的生理生化相關指標，判定其健康狀況，從而做到對疾病的預防和控制。此外，當出現(xiàn)緊急事故時，也能通過分析留存于讀卡器中電子標簽的相關信息，大致判斷出工作人員的位置。

4 結束語

物聯(lián)網(wǎng)是社會主義信息化社會發(fā)展過程中的必然產(chǎn)物，我國信息化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展依賴于物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，煤炭行業(yè)作為我國發(fā)展所必須的支柱性產(chǎn)業(yè)，將在未來工業(yè)發(fā)展中占據(jù)重要地位，因此，在建設信息化社會的過程中，研究如何將物聯(lián)網(wǎng)技術應用到煤礦生產(chǎn)中具有重大意義。如何做到因地制宜，在煤礦開采時充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術，將是未來社會發(fā)展亟待解決的重大問題。

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