基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的“智慧礦山”建設(shè)探討

（拜城縣眾維煤業(yè)有限公司，新疆 維吾爾自治區(qū) 842300）

物聯(lián)網(wǎng)被稱作是信息界的第三類技術(shù)革命，它是一種以信息技術(shù)為核心，多學(xué)科互容的技術(shù)，需要持續(xù)地、有流程地進(jìn)行建設(shè)。在智慧礦山體系中，礦山物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行軟硬件接口定義以及提供現(xiàn)實的載體，各個模塊能夠?qū)I(yè)務(wù)系統(tǒng)的功能進(jìn)行有效的驗證和礦山物聯(lián)網(wǎng)帶來的現(xiàn)場效果的展示，因此可以看出對于建設(shè)基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧礦山將具有重大的示范性意義。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與“智慧礦山”

物聯(lián)網(wǎng)也是傳感網(wǎng)，它通過多種信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，完成人與人、人與物、物與物互聯(lián)的感知網(wǎng)絡(luò)[1]。其將信息傳感器收集的各種信息，通過互聯(lián)網(wǎng)等進(jìn)行信息的傳達(dá)與交換，利用智能計算機(jī)進(jìn)行分析處理數(shù)據(jù)，從而提升對物質(zhì)資料的感知能力，從而實現(xiàn)識別、跟蹤、控制、管理和決策的一種網(wǎng)絡(luò)含義。

“智慧礦山”以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，以地理信息系統(tǒng)為支柱，實現(xiàn)礦山數(shù)字化，是多種技術(shù)相結(jié)合的多級分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，利用該技術(shù)對礦山企業(yè)所需要的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行采集、傳輸、可視化展現(xiàn)和自動化操作的一種數(shù)字智能系統(tǒng)，完成礦山安全生產(chǎn)中的信息整合以及自動化控制，降低煤炭生產(chǎn)成本，提升生產(chǎn)過程中的工作效率和安全生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，逐步達(dá)成智能生產(chǎn)和管理[2]。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的“智慧礦山”建設(shè)實在信息化、自動化基礎(chǔ)之上，將煤炭產(chǎn)業(yè)的開采、安全、輸送、銷售、雇傭、人力、采購等所有的子系統(tǒng)集成為一個整體，完成各種各樣信息的管理和傳達(dá)，存儲和分析該礦山的各種信息資料，提出決策信息和解決方法，并自動地反饋到相應(yīng)的自動化設(shè)備。進(jìn)行礦山物聯(lián)網(wǎng)的研究對于煤炭行業(yè)的信息管理、安全生產(chǎn)和礦業(yè)企業(yè)的競爭能力具有較高的價值意義。

2 礦山發(fā)展現(xiàn)狀及形勢

在我國絕大多數(shù)的礦業(yè)企業(yè)表現(xiàn)為地理條件較差，生產(chǎn)過程復(fù)雜，工作場地黑暗艱苦，開采地面隨時會發(fā)生移動，由于地質(zhì)條件的不斷變化，開采過程中會發(fā)生新的情況和問題，若不能及時采取合理的措施，就可能會導(dǎo)致重大事故，為了改善這一問題，許多大型的國有礦業(yè)企業(yè)不斷加大技術(shù)改革，利用先進(jìn)的信息化和自動化代替原有的傳統(tǒng)落后的技術(shù)，全面改變煤炭生產(chǎn)面貌，塑造現(xiàn)代化、集成化、精細(xì)化的煤炭企業(yè)新形象。

在過去的幾十年里，我國礦業(yè)企業(yè)的信息建設(shè)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌醪阶詣踊瑥倪^去到未來的發(fā)展趨勢大致可以分為下面4種階段：

①信息電子化。利用單一的電子部件進(jìn)行收集數(shù)據(jù)資料，通常以文本、電子表格等樣式記錄統(tǒng)計，使生產(chǎn)信息邁向電子化階段。②礦山數(shù)字化。將礦井的日常安排、生產(chǎn)設(shè)備的管理、運(yùn)營等信息通過礦山數(shù)字化信息系統(tǒng)進(jìn)行入庫統(tǒng)計，利用數(shù)據(jù)庫儲存大批量的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)資料，形成生產(chǎn)信息的數(shù)據(jù)庫化，以系統(tǒng)的方式呈現(xiàn)和掌握整個礦山的生產(chǎn)和發(fā)展?fàn)顩r。③虛擬礦山。把整個真實礦山和和它有關(guān)的東西都聯(lián)合起來，連接視頻監(jiān)控系統(tǒng)、安全生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)等達(dá)到井下真實場景虛擬重現(xiàn)和視頻可見，與模擬仿真的礦區(qū)場景結(jié)合在一起，完成輔助分析功能。④智慧礦山。在虛擬礦山的基礎(chǔ)上，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段系統(tǒng)地融合信息形成管理、監(jiān)測、監(jiān)控三者的一體化，使用人工智能實現(xiàn)科學(xué)的和智能的決策，并采用跟蹤和導(dǎo)航定位技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)的遠(yuǎn)程操控和無人化。近年來，我國對于礦業(yè)企業(yè)安全生產(chǎn)和信息自動程度的要求不斷提高，礦業(yè)企業(yè)自身對安全生產(chǎn)、生產(chǎn)效率及管理標(biāo)準(zhǔn)的需求也越來越高，已有的落后的發(fā)展模式很難前進(jìn)，一定會被先進(jìn)科學(xué)的礦山物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所代替，基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化智慧礦山建設(shè)會去的巨大的成功，確保安全、可靠、智能、的煤炭生產(chǎn)管理。

3 “智慧礦山”的體系結(jié)構(gòu)

建設(shè)基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化“智慧礦山”的目的是使礦業(yè)生產(chǎn)管理實現(xiàn)綜合自動化生產(chǎn)，物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化“智慧礦山”的結(jié)構(gòu)設(shè)計從上到下主要可以分為感知層、傳輸層及應(yīng)用層三個體系層次，主要內(nèi)容表現(xiàn)為下面幾種方面。①感知層是整個物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化“智慧礦山”的基礎(chǔ)，主要目的是收集井下環(huán)境中各類數(shù)據(jù)資料，并通過傳感設(shè)備將這些信息集中在傳輸層，為數(shù)字化“智慧礦山”做準(zhǔn)備。②傳輸層的目的是解決感知層所得數(shù)據(jù)及時有效的傳輸，把數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，運(yùn)用到傳輸過程中，最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音、視頻等信號的傳送。③應(yīng)用層是整個煤礦礦山物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵體現(xiàn)，煤礦生產(chǎn)管理的自動化、信息化、數(shù)字化的集中表現(xiàn)。它將原有獨(dú)立、無聯(lián)系的子系統(tǒng)集成為一個完整的綜合應(yīng)用。通過對上一層的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，研發(fā)新的體系，增加可視化處理，建立綜合管理的可視化管理。使用綜合管理系統(tǒng)對煤礦生產(chǎn)經(jīng)營的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行安全監(jiān)測，達(dá)到安全管理的效果。

“智慧礦山”的體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 智慧礦山體系結(jié)構(gòu)

4 基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化“智慧礦山”建設(shè)的必要性

①健全井下避險系統(tǒng)。我國國家安全監(jiān)管總局明確要求礦業(yè)企業(yè)必須完成安全避險系統(tǒng)，日前已經(jīng)有多數(shù)礦業(yè)礦井實現(xiàn)了該建設(shè)任務(wù)，避險系統(tǒng)建成后是否能夠正常工作和災(zāi)后是否能夠有效發(fā)揮作用，這對于井下作業(yè)人員的人身安全相當(dāng)重要。利用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以隨時掌握井下工作人員的工作情況，災(zāi)后及時傳達(dá)準(zhǔn)確的避災(zāi)路線，完成安全逃脫，同時還可以為井上工作人員創(chuàng)造良好的救援條件。②監(jiān)測、預(yù)警礦井災(zāi)害。由于井下情況隨時都在變化，危機(jī)重重且很難掌握其規(guī)律，為了保證井下工作人員的安全，需要提高井下危險區(qū)域的監(jiān)測力度，及時預(yù)見災(zāi)害發(fā)生并告知工作人員迅速避險。目前礦業(yè)礦山已建成的監(jiān)測系統(tǒng)功能較為單一，數(shù)據(jù)形式不統(tǒng)一，監(jiān)測效果不理想。通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將所有的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，綜合考慮，分析比較，則井下的預(yù)測效果會明顯提高。③礦業(yè)領(lǐng)導(dǎo)決策合理。由于井下災(zāi)害突發(fā)性很強(qiáng)，當(dāng)井下發(fā)生災(zāi)害時，井下領(lǐng)導(dǎo)及時掌握現(xiàn)場情況，能夠做出迅速、正確的撤人及一系列救援決策，領(lǐng)導(dǎo)迅速做出正確的決策就要具備快捷的通訊設(shè)備和指揮手段，全方面的了解井下情況，這需要不斷加強(qiáng)井下工作人員的定位、無線通訊以及各種檢測預(yù)警系統(tǒng)，及時掌握災(zāi)害情況，與井下工作人員溝通，指揮井下工作人員快速撤離。

5 存在的問題及建議

日前，我國有一部分礦業(yè)企業(yè)已建成了智慧礦山，初步實現(xiàn)了信息融合、智能開采和安全生產(chǎn)，但基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化“智慧礦山”技術(shù)還不夠成熟，仍然存在一些問題和不足，為此本文提出了幾點建議，為企業(yè)安全生產(chǎn)、高效管理提供了理論基礎(chǔ)。

5.1 存在的問題

①我國所有的礦業(yè)企業(yè)的“智慧礦山”是在已建成的子系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立的，其中有一部分子系統(tǒng)建設(shè)的時間比較早，相關(guān)技術(shù)還不夠成熟，數(shù)據(jù)資料形式不能夠統(tǒng)一，多系統(tǒng)并存不兼容，給智慧礦山的建設(shè)帶來較多困難。②有些礦業(yè)企業(yè)的“智慧礦山”的子系統(tǒng)不完善，所需要的數(shù)據(jù)缺失，井下領(lǐng)導(dǎo)通過單一的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，掌握的并不是真實的環(huán)境情況，缺少大量的信息，導(dǎo)致不能呈現(xiàn)真實的井下狀況。③部分礦業(yè)企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者沒有意識到“智慧礦山”的建設(shè)是一個不斷進(jìn)步的過程，沒有感受到任務(wù)的艱巨性和長期性。④極少數(shù)礦業(yè)企業(yè)表現(xiàn)著生產(chǎn)和系統(tǒng)體外運(yùn)行的情況，沒有實現(xiàn)改善管理、保證安全的目的。實施單位完工后，就會出現(xiàn)各種各樣的問題，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的使用效果。

5.2 提出建設(shè)性的建議

①我國礦業(yè)企業(yè)在“智慧礦山”的建設(shè)上務(wù)必做到科學(xué)合理、統(tǒng)一規(guī)范、并嚴(yán)格積極實施。保留多余的接口，為方便以后新系統(tǒng)的接入。②要不斷完善各子系統(tǒng)，增加多個新系統(tǒng)接入，豐富信息來源，實際掌握更加全面的信息數(shù)據(jù)，發(fā)揮智慧礦山系統(tǒng)的“強(qiáng)集成”作用，強(qiáng)調(diào)綜合使用價值。③在智慧礦山的建立和運(yùn)行中要不斷融入新的管理思想、管理理念、工藝、技術(shù)手段。利用光纖技術(shù)，實施井下光纖安全監(jiān)測系統(tǒng)，升級已有的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，使數(shù)據(jù)資源更加豐富，收集手段成本低、效率高。④必須組織相關(guān)井下工作人員深入掌握和了解智慧礦山，把智慧礦山建立的過程當(dāng)作是人才培養(yǎng)的過程，實現(xiàn)與實施單位共同進(jìn)步、共同提高。⑤由于智慧礦山建成后各個子系統(tǒng)分屬于不同的管理部門，因此應(yīng)該建立管理機(jī)制，落實管理任務(wù)，健全智慧礦山系統(tǒng)及各個子系統(tǒng)維護(hù)管理，保證智慧礦山系統(tǒng)正常運(yùn)行，為整個礦山開采提供有力的支持。

6 結(jié)語

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的“智慧礦山”以信息化、自動化為基礎(chǔ)，將煤礦中涉及到的生產(chǎn)運(yùn)營、安全調(diào)度、資源運(yùn)輸、人員管理、數(shù)據(jù)收集等所有的子系統(tǒng)集成為一個整體，通過統(tǒng)一管理分析平臺完成各類數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)一管理、存儲于共享，并將數(shù)據(jù)信息自動地分享給設(shè)備設(shè)施和操作人員，實現(xiàn)煤礦資源的自動化、科學(xué)化管理。