基于物聯網的智能礦山設計研究

任富強

摘 要：本文首先闡述了物聯網的基本概念，然后分析我國智能礦山發展現狀，最后結合平頂山天安煤業股份有限公司八礦自動化、信息化建設的實際情況，設計了一套基于物聯網的智能礦山建設方案。該方案能實現全礦井數據采集、生產調度、經營管理、決策指揮的網絡化、信息化、科學化，有效提高礦山的智能化水平和企業競爭力，對其他礦山的智能化建設具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：物聯網;智能礦山;智能化

中圖分類號：TD672文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）28-0031-02

Abstract： This paper first expounded the basic concept of the Internet of Things， and then analyzed the development status of intelligent mines in China. Finally， combining with the actual situation of automation and information construction in No. 8 Mine of Pingdingshan Tian'an Coal Mining Co.， Ltd.， a set of intelligent mine construction scheme based on the Internet of Things was designed. The scheme can realize the networking， informationization and scientization of data collection， production dispatch， operation and management， decision-making and command in the whole mine， effectively improve the intelligence level of mine and enterprise competitiveness， and has certain reference significance for the intelligent construction of other mines.

Keywords： Internet of Things;intelligent mine;intellectualization

近年來，國內一些礦井雖然進行了數字化改造，但還停留在單機自動化、信息化階段，沒有實現信息融合，未達到智能化水平。目前，關于物聯網智能礦山建設的實際例子較少，因此，將物聯網技術應用于煤礦生產實際，對提高礦山的智能化水平和企業競爭力都具有重要的現實意義。

1 物聯網的概念

物聯網是將智能感知、識別技術和普適計算等通信感知技術應用于網絡融合中，形成物物相連的智慧網絡。物聯網核心的四大技術基礎是傳感網絡技術、物對物的信息交換技術（M2M）、兩化融合技術和傳感技術（RFID）。物聯網基本架構可分為三層：感知層、網絡層和應用層[1，2]。

基于物聯網的智能礦山建設是將地質地理、采礦生產、安全監測、產品運輸和生態環境等信息緊密聯系起來，形成人與物、物與物全面聯系的礦山網絡，確保整個礦山的智能、安全、高效、綠色。

2 智能礦山建設現狀

隨著我國煤炭產業的高速發展和國家對兩化融合的要求，各煤礦的自動化、信息化水平得到提高，礦井安全避險六大系統已基本建成，但還存在一些問題，例如：①各系統之間的信息融合程度較低，智能化水平不高;②各系統的建設缺乏整體性規劃，沒有統一的標準和規范;③對采集的大量數據資源缺乏有效利用;④沒有實現礦井生產的透明化管理。例如：平頂山天安煤業股份有限公司八礦在國內率先建設了井上下千兆環網，以及工業電視系統、辦公自動化系統和單機自動化系統，部分子系統實現了PLC遠程控制，但各子系統之間相互獨立，無法實現統一的智能監控。

3 基于物聯網的智能礦山設計方案

制定子系統接入規范，將已建成的子系統接入智能礦山管控平臺，并建設智能綜合自動化平臺和智能管理信息化平臺，解決各子系統之間的“信息孤島”問題，實現四個統一，即統一的二維、三維GIS管理和組態軟件平臺，統一的管理平臺，統一的數據傳輸和統一的數據倉庫，從而真正實現采煤、掘進、機電、運輸、通風、安全的協同設計、信息化管理與智能分析，提高礦井智能化水平和綜合實力。該平臺的總體架構如圖1所示。

3.1 智能礦山管控平臺設計

3.1.1 煤礦安全生產工況監測一張圖系統。對煤礦安全生產數據進行統一收集，分系統進行展示，包括生產工況系統圖、采掘工況系統圖、運輸工況系統圖、安全監測工況系統圖、排水工況系統圖和大型設備在線監測系統圖。通過人機交互方式，實時查看各系統詳細的實時工況，包括運行、報警和故障等。

3.1.2 三維可視化管控平臺。基于C/S和B/S架構，利用三維可視化技術全面構建煤礦的采煤、掘進、機電、運輸、通風、安全各專業子系統仿真模擬系統，使用戶在任何地方都可以實現輕松快捷的三維交互式體驗，以獨特的場景視角展現地貌特征、地層、井下場景的關系等。

3.2 基礎設施平臺設計

該平臺包括工業網絡、數據集控中心和調度控制中心三大模塊，部分內容如下。

3.2.1 工業網絡建設。對現有工業網絡實現萬兆升級，為后期自動化系統的建設和網絡高清視頻的擴展提供快速穩定的網絡傳輸平臺;建設TD-LTE無線專網（4G通訊），實現井上下、礦內外的移動通信。

3.2.2 云存儲和數據挖掘。建設服務器集群，將煤礦日常生產經營產生的結構化、半結構化和非結構化數據統一進行云端存儲，依托云計算的分布式處理、數據庫、虛擬化等技術，實現對海量數據的分布式挖掘。

3.2.3 區域集控中心建設。建設幾個采區區域集控中心，把皮帶、變電所、水倉、軌道運輸、風水瓦斯等數據集中到采區區域控制中心，并進行遠程監測與控制，實現調度下移。

3.3 智能綜合自動化平臺設計

該平臺包括原煤生產、生產輔助和安全監控三大模塊。其中，原煤生產包括綜采自動化系統、井下皮帶集群自動化系統、計量系統、主井提升自動化系統、地面儲裝運自動化系統和選煤廠監控系統;生產輔助包括主通風機系統、壓風系統、副井提升系統、主排水系統、鍋爐房監控系統、軌道運輸信集閉系統、斜巷運輸系統、架空乘人運輸監控系統、局部通風機自動化系統和礦井供電監控系統;安全監控包括瓦斯抽放系統、煤礦頂板管理系統、工業電視系統、煤礦井下人員及礦車定位系統、火災防塵檢測系統、五合一應急廣播系統、礦區安防系統和皮帶光纖在線監測系統。

3.4 智能管理信息化平臺設計

該平臺包括安全管理、生產管理、經營管理、圖紙管理和協同辦公五大模塊，部分內容如下。

3.4.1 生產管理。生產管理包括生產計劃管理系統、生產調度管理系統和作業規程管理系統，實現煤礦生產調度、安全監測、生產運行等信息集中監控，全面反映礦井生產、安全、經營狀況。

3.4.2 經營管理。經營管理包括人力資源管理系統、能源管理系統、物資管理系統和設備管理系統，實現企業的報表統計、多維分析，為管理人員提供準確、實時的統計分析數據和決策支持信息，并指導企業進行經營管理。

3.4.3 圖紙管理。圖紙管理系統是基于煤礦地理信息系統以統一格式、統一數據庫在“一張圖”上實現生產礦井圖紙的管理，包括采掘工程平面圖、井上下對照圖、巷道布置圖、礦井水文地質圖、通風系統圖、井下運輸系統圖、安全監測裝備布置圖、管理系統圖、井下通信系統圖、井上下配電系統圖、井下避災路線圖和礦井瓦斯抽放系統圖。不同專業的工作人員能對同一張圖上各自的專題內容進行在線處理和協同工作，達到生產信息與基礎圖形的高度融合，提高礦井管理層的綜合分析能力和應急響應速度。

4 結語

本文引入物聯網和基于物聯網的智能礦山建設的基本概念，闡述了我國智能礦山建設的現狀和存在的問題，并詳細介紹了基于平頂山天安煤業股份有限公司八礦實際情況設計的智能礦山建設方案。該方案正在逐步實施中，平頂山天安煤業股份有限公司八礦將被建設成為一個安全、高效、綠色、和諧的智能化礦山。

參考文獻：

[1]解海東，李松林，王春雷，等.基于物聯網的智能礦山體系研究[J].工礦自動化，2011（3）：63-66.

[2]張科利，任長忠.基于物聯網的智慧礦山的智能生產系統展望[J].中國礦業，2012（8）：76-79.