面向煤礦安全生產(chǎn)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式及關(guān)鍵技術(shù)分析

陳宜榮

（江蘇省徐州經(jīng)貿(mào)高等職業(yè)學(xué)校，江蘇 徐州 221004）

引言

結(jié)合近幾年對(duì)煤礦安全事故的統(tǒng)計(jì)分析看，人為因素、設(shè)備因素和環(huán)境因素三方面導(dǎo)致的安全事故占總事故的90%。目前，國內(nèi)一些煤礦企業(yè)的監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)主要集中在對(duì)通風(fēng)機(jī)、水泵和變電所等固定設(shè)備的監(jiān)測(cè)上，并未對(duì)斜巷絞車、采掘機(jī)械和無極繩絞車等移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一些安全隱患無法及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，容易制約煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)。究其原因，是有線傳輸方式的技術(shù)限制導(dǎo)致的，因此，結(jié)合人為不安全因素、設(shè)備的不安全狀態(tài)和環(huán)境的不安全條件，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)模式和技術(shù)的應(yīng)用研究就十分有必要，下面將具體分析物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用。

1 面向煤礦安全生產(chǎn)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式

結(jié)合以上對(duì)煤礦安全生產(chǎn)中人為因素、設(shè)備因素和環(huán)境因素的分析，需要結(jié)合信息時(shí)代的發(fā)展，加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，因此，提出了面向煤礦安全生產(chǎn)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式，可以對(duì)人、物和環(huán)境因素進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)控制，并且能有效提前預(yù)警和處理，可以有效解決煤礦開采中的各類輔助設(shè)備和人員的安全問題。通過無線為主，有線為輔的傳輸形式，可以實(shí)現(xiàn)人員定位子系統(tǒng)的相互關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦開采環(huán)節(jié)的可控，避免各類安全事故的發(fā)生。具體的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式如圖1所示[1]。

圖1 面向煤礦安全生產(chǎn)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式

2 面向煤礦安全生產(chǎn)的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

1）自動(dòng)化裝備和故障診斷技術(shù)。將液壓支架、采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)和其配套的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行提取和分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)三機(jī)運(yùn)行參數(shù)的自適應(yīng)匹配調(diào)整，促進(jìn)三機(jī)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制效果，最后實(shí)現(xiàn)無人化或者少人化的自動(dòng)作業(yè)。在結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的思想后，通過煤礦生產(chǎn)自動(dòng)化子系統(tǒng)裝備和大型機(jī)電設(shè)備故障診斷系統(tǒng)的研究，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程的故障診斷，有利于降低系統(tǒng)的維護(hù)工作量，保證系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性。

2）預(yù)測(cè)預(yù)警信息系統(tǒng)技術(shù)。預(yù)測(cè)預(yù)警信息系統(tǒng)技術(shù)是通過多源異構(gòu)數(shù)據(jù)統(tǒng)一描述的聯(lián)動(dòng)規(guī)則設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)支持下，完成的煤礦開采快速反應(yīng)聯(lián)動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)。具體以井下視頻監(jiān)控系統(tǒng)為研究對(duì)象，在結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)概念和思想下，對(duì)智能化信息處理技術(shù)的應(yīng)用。基于礦井環(huán)境數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)和集成已有歷史數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)庫的建設(shè)。

3）煤礦分布式災(zāi)害感知技術(shù)、煤礦生產(chǎn)過程及輔助運(yùn)輸環(huán)節(jié)的無線寬帶技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)高精度定位技術(shù)和煤礦危險(xiǎn)區(qū)域目標(biāo)行為可視可控技術(shù)等，由于篇幅有限，不具體展開敘述[2]。

3 面向煤礦安全生產(chǎn)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用

對(duì)于煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)而言，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用簡單講就是結(jié)合現(xiàn)有的自動(dòng)化、信息化建設(shè)基礎(chǔ)，在融合傳感、無線等方面技術(shù)后，建立可以對(duì)人員、設(shè)備和生產(chǎn)過程進(jìn)行綜合智能監(jiān)督和協(xié)同管理的系統(tǒng)。該系統(tǒng)有著開放性、可靠性和兼容性等方面的特點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)用如下頁圖2所示。

圖2 煤礦安全生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用組成

3.1 煤礦監(jiān)測(cè)預(yù)警信息系統(tǒng)的構(gòu)建

為了更有效地提高煤礦生產(chǎn)的安全性，需要積極構(gòu)建和完善監(jiān)測(cè)預(yù)警信息系統(tǒng)。具體而言，需要結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的思想和技術(shù)，在整理傳統(tǒng)的開采數(shù)據(jù)和基于當(dāng)前的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)下完成數(shù)據(jù)庫的建立，并不斷研究各種事故產(chǎn)生的原因。配合管理專家的能力和國家安全生產(chǎn)管理的法則，完成煤礦安全生產(chǎn)知識(shí)庫的建立，不斷對(duì)煤礦生產(chǎn)的過程進(jìn)行智能化診斷。要積極使用智能化的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)及時(shí)和精確的動(dòng)態(tài)預(yù)警，從而構(gòu)建煤礦生產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警信息系統(tǒng)。

3.2 人員安全環(huán)境感知系統(tǒng)的完善

對(duì)當(dāng)前煤礦企業(yè)中的人員定位系統(tǒng)和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行集成優(yōu)化，確保可以對(duì)無人工作面、礦工周圍環(huán)境、少人工作面進(jìn)行監(jiān)控和感知，同時(shí)也要對(duì)危險(xiǎn)信息進(jìn)行及時(shí)主動(dòng)地廣播預(yù)警，在實(shí)現(xiàn)感知系統(tǒng)和礦工完成雙向信息傳輸下，確保煤礦開采的安全。在人員安全環(huán)境感知系統(tǒng)的完善中，可以建設(shè)綜采綜掘工作面、有軌車、無極繩絞車、無軌膠輪車、斜巷絞車和輸送帶等方面的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)和無線視頻巡檢系統(tǒng)，同時(shí)，在充分借助移動(dòng)設(shè)備下，確保無線寬帶監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用模式的完整性、有效性。斜巷絞車的視頻監(jiān)控系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 斜巷絞車無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成

3.3 完善物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

為了更好地在煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和模式，需要及時(shí)建立煤礦安全物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，結(jié)合實(shí)際需要制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)描述方式和傳輸接口形式，更好地滿足煤礦企業(yè)易構(gòu)協(xié)議融合的需要，為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤礦企業(yè)中的發(fā)展打下數(shù)據(jù)和接口等方面的基礎(chǔ)。

3.4 感知自動(dòng)化裝備健康狀態(tài)并完成故障診斷

感知自動(dòng)化裝備健康狀態(tài)并完成故障診斷就是對(duì)煤礦井下和井上的各級(jí)生產(chǎn)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，降低相關(guān)人員的工作強(qiáng)度，在實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)和輔助系統(tǒng)的自動(dòng)化控制下，滿足煤礦安全生產(chǎn)的需要。針對(duì)綜采工作面的采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架的運(yùn)行，三機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)如圖4所示，可以有效發(fā)揮出自動(dòng)化設(shè)備遠(yuǎn)程控制和網(wǎng)絡(luò)故障診斷等方面價(jià)值，可以在降低系統(tǒng)維護(hù)量下，滿足煤礦高效率生產(chǎn)的需要。

圖4 三機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)

3.5 完成物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)完善

互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的搭建需要包括煤礦井上工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)、井下工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)和調(diào)度指揮控制綜合系統(tǒng)的工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，同時(shí)還需要建立和工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)相連接的3G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并保證可以覆蓋井下，實(shí)現(xiàn)無線語音、人員管理、無線視頻和無線數(shù)據(jù)等方面無線傳輸平臺(tái)的搭建，確保在災(zāi)變情況下通信鏈路仍具有著較強(qiáng)的通暢性。

3.6 系統(tǒng)集成平臺(tái)的構(gòu)建

為有效發(fā)揮以上平臺(tái)、系統(tǒng)的價(jià)值，需要建立煤礦安全生產(chǎn)、設(shè)備和人員的感知集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦礦井的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控，包括數(shù)據(jù)庫平臺(tái)、集成軟件平臺(tái)和集成服務(wù)器等方面。

4 結(jié)語

在當(dāng)前的煤礦生產(chǎn)中，為了有效提高煤礦生產(chǎn)的質(zhì)量和效率，同時(shí)確保煤礦生產(chǎn)的安全性，需要結(jié)合信息時(shí)代的發(fā)展，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入到煤礦的安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井的全面覆蓋和監(jiān)督，降低各種風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)開采的威脅。需要做好煤礦監(jiān)測(cè)預(yù)警信息系統(tǒng)的構(gòu)建和人員安全環(huán)境感知系統(tǒng)的完善，同時(shí)積極完善物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)，在系統(tǒng)集成平臺(tái)的構(gòu)建下，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)中的人員、設(shè)備和環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)高效的監(jiān)控跟協(xié)同管理，促進(jìn)煤礦企業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。