基于物聯(lián)網(wǎng)的綠色礦山建設(shè)技術(shù)研究與應(yīng)用

張森森

（建平縣自然資源局，遼寧 朝陽(yáng) 122400）

綠色礦山建設(shè)代表著先進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展方向，是實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要支撐，已經(jīng)在煤炭行業(yè)形成廣泛共識(shí)。綠色礦山是基于現(xiàn)代智慧理念，將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、機(jī)器人、智能裝備、5G等與現(xiàn)代煤炭開發(fā)利用深度融合，形成礦山全面感知、實(shí)時(shí)互聯(lián)、自主學(xué)習(xí)、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)，全面打通“人、機(jī)、環(huán)、管”之間的障礙，實(shí)現(xiàn)礦井開拓、采掘、安全、運(yùn)輸、通風(fēng)、洗選、經(jīng)營(yíng)管理、綠色環(huán)保等全過(guò)程智能化運(yùn)行。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的綠色礦山建設(shè)技術(shù)

1.1 無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)

這種技術(shù)主要是基于識(shí)別芯片的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，可以直接的通過(guò)無(wú)線電信號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別以及讀寫，不需要人員進(jìn)行接觸。在2012年，由Rabaey等人提出魯棒定位算法，并引入置信度等來(lái)提高定位的精確性，之后，由王亞琴等人根據(jù)RFID技術(shù)作為核心，結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與井下人員監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)。該技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)工作人員進(jìn)行定位、監(jiān)測(cè)和預(yù)警。在綠色礦山中，下井的工作人員必須佩戴相應(yīng)的遠(yuǎn)距離作業(yè)卡，該卡每隔一段時(shí)間就會(huì)向中心發(fā)送佩戴人員的位置信息等，使得井下工作人員的地理位置被隨時(shí)監(jiān)測(cè)，從而保證工作人員的安全。雖然無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)的成本比較低，但是它所受的限制也比較大，比如說(shuō)環(huán)境對(duì)其的影響較大，并且定位的精度相對(duì)來(lái)說(shuō)比較低。

1.2 到達(dá)時(shí)間差定位技術(shù)

礦山產(chǎn)業(yè)是一種較為特殊的產(chǎn)業(yè)，其井下充滿了復(fù)雜性，所以保證井下工作人員的安全是首要的重點(diǎn)。為了確保對(duì)井下的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)掌握，必須對(duì)井下進(jìn)行精確的定位，從而保證工人的安全。而到達(dá)時(shí)間差定位技術(shù)主要是指在各個(gè)接收站搜集信號(hào)點(diǎn)發(fā)出的信號(hào)，從而對(duì)時(shí)間到達(dá)進(jìn)行數(shù)據(jù)搜集，最后再匯總到定位處理中心，中心再對(duì)信號(hào)點(diǎn)的位置進(jìn)行計(jì)算，也就是說(shuō)利用信號(hào)點(diǎn)發(fā)送的信號(hào)到不同接受點(diǎn)的時(shí)間差的方法來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行測(cè)距和定位。將這種技術(shù)應(yīng)用于井下定位，可以很好控制井下的突發(fā)狀況，在井下工作的過(guò)程中，能夠及時(shí)地發(fā)出指令，從而方便安全作業(yè)。在危機(jī)發(fā)生之前，可以有效的組織人員進(jìn)行撤離，從而最大程度的保證井下人員的生命安全。

1.3 D-SCDMA系統(tǒng)定位技術(shù)

該技術(shù)主要是在原有的基礎(chǔ)上，利用信號(hào)點(diǎn)的時(shí)間提前量TA來(lái)測(cè)量信號(hào)點(diǎn)與基站之間的距離。這種定位的方法主要是利用現(xiàn)有的參數(shù)，計(jì)算信號(hào)點(diǎn)與 接受點(diǎn)之間的距離，在將最終的數(shù)據(jù)匯總到檢測(cè)中心，然后再通過(guò)算法得出最終端的確切位置。這種技術(shù)的成本相對(duì)來(lái)說(shuō)比較低，并且精確度與上文幾種相比較高。如今，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展較為迅速，使得現(xiàn)代傳感器得到了很大的進(jìn)步。隨著傳感網(wǎng)絡(luò)在礦山中的應(yīng)用，相關(guān)領(lǐng)域的專家將其應(yīng)用于礦山工作人員定位中。這種技術(shù)可以解決無(wú)線信號(hào)沖突的問(wèn)題，利用信號(hào)偵測(cè)器等實(shí)現(xiàn)對(duì)工作人員的精準(zhǔn)定位。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的綠色礦山建設(shè)措施

2.1 加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)

一是投入產(chǎn)出同步，促進(jìn)質(zhì)量變革。要加強(qiáng)規(guī)劃指導(dǎo)，進(jìn)一步優(yōu)化綠色礦山建設(shè)投資結(jié)構(gòu)，從建設(shè)理念、系統(tǒng)架構(gòu)、綜合管理、智能技術(shù)和裝備等方面入手，根據(jù)煤礦不同地質(zhì)條件，建設(shè)一批具有代表性的示范煤礦，提煉出可再生的智能開采技術(shù)和設(shè)備、生產(chǎn)模式、管理經(jīng)驗(yàn)等，推廣到其他煤礦。二是堅(jiān)持宏觀與微觀并重，推進(jìn)效率改革。煤炭企業(yè)要著力補(bǔ)短板，研究制定煤礦智能化發(fā)展的行動(dòng)方向、實(shí)施路徑和政策措施，科學(xué)引導(dǎo)煤礦智能化發(fā)展的進(jìn)度和規(guī)模，從注重?cái)?shù)量和效率轉(zhuǎn)向注重結(jié)構(gòu)和效率。同時(shí)，要提高全要素生產(chǎn)率，加強(qiáng)科技創(chuàng)新，促進(jìn)成果有效轉(zhuǎn)化，提高煤礦智能裝備穩(wěn)定水平。

2.2 建立智能煤礦技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

煤礦智能化標(biāo)準(zhǔn)體系是建設(shè)煤礦綠色礦山的引導(dǎo)性綱領(lǐng)，一方面國(guó)家應(yīng)該加快開展煤礦專項(xiàng)智能化標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)工作，包括技術(shù)綱要、技術(shù)規(guī)范、管理規(guī)范，覆蓋技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用架構(gòu)、基礎(chǔ)設(shè)施、信息安全與治理等，實(shí)現(xiàn)流程標(biāo)準(zhǔn)化、技術(shù)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、接口標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，指導(dǎo)智能礦山建設(shè)的示范與推廣。另一方面加強(qiáng)宣傳和解讀煤礦智能化發(fā)展相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和政策，為煤礦智能化發(fā)展?fàn)I造良好氛圍。

2.3 加大技術(shù)研究

一是加強(qiáng)先進(jìn)技術(shù)的整合。推進(jìn)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)與煤礦智能融合，實(shí)施新技術(shù)應(yīng)用示范工程，推進(jìn)軍民融合；二是加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。充分結(jié)合煤礦智能技術(shù)發(fā)展，組織開展人工智能和大數(shù)據(jù)前沿技術(shù)研究，組織實(shí)施重大專項(xiàng)和重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，營(yíng)造創(chuàng)新氛圍，支持科技成果應(yīng)用轉(zhuǎn)化。

2.4 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行與管理

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在綠色礦山的應(yīng)用，將使礦山經(jīng)營(yíng)模式發(fā)生重大變化，使礦山經(jīng)營(yíng)模式由組織化向具體化轉(zhuǎn)變，使傳統(tǒng)的礦山管理模式向更先進(jìn)的管理模式轉(zhuǎn)變。每個(gè)子系統(tǒng)的運(yùn)行一開始是由不同地點(diǎn)的團(tuán)隊(duì)來(lái)完成的，比如磁帶的運(yùn)行由磁帶團(tuán)隊(duì)來(lái)處理，物聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)的智能化管理最終由監(jiān)控室來(lái)操作。對(duì)于各區(qū)域團(tuán)隊(duì)的職能和工作管理，需要基于物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行綜合考慮，相關(guān)企業(yè)需要定期召開會(huì)議進(jìn)行討論，從而找到最適合各區(qū)域團(tuán)隊(duì)管理的方式。

2.5 著力培養(yǎng)礦山高素質(zhì)人才

一方面支持和鼓勵(lì)煤炭類高等院校加快煤礦智能化相關(guān)專業(yè)學(xué)科的建設(shè)，培育一批具備礦業(yè)工程、信息工程、人工智能等不同技能的復(fù)合型人才。另一方面鼓勵(lì)企校合作，不斷優(yōu)化煤礦管理型、知識(shí)型、技能型的人才體系，創(chuàng)新煤礦智能化人才培養(yǎng)模式，積極開展在職人員智能化與信息化培訓(xùn)活動(dòng)，為煤礦智能化發(fā)展提供智力支撐。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著時(shí)代的發(fā)展，煤炭能源成為我國(guó)的重要能源，是我國(guó)能源的主要支柱之一。為了貫徹安全生產(chǎn)的目標(biāo)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用非常重要。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被應(yīng)用于礦山中，一方面使得礦山的開采趨于智能化，從而提升開采的效率；另一方面，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)井下生產(chǎn)工作人員實(shí)時(shí)定位，準(zhǔn)確了解他們的位置信息，很大程度的保證了井下工作人員的生命安全。企業(yè)還應(yīng)該提升員工的物聯(lián)網(wǎng)意識(shí)，使得物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以得到有效的應(yīng)用，從而提升礦山的智能管理水平，為創(chuàng)建綠色礦山打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。