物联网技术如何在煤矿安全中的发挥作用

1煤炭工业发展迅速,煤炭安全工作愈加重要,物联网在煤矿中的应用也愈来愈广泛,主要有人员定位,环境监测,设备监测,管理运行,紧急救灾等系统.物联网的加入,也使煤炭工业安全系数大大的增加,使工人的安全不在受到大自然的威胁。煤矿安全，在我国是重中之重的问题，关系到人民群众的生命和财产安全。由于煤炭生产系统复杂，工作场所黑暗狭窄，人员集中，采掘工作面随时移动，地质条件的变化会使移动的采掘工作面不断出现新情况和新问题，如不及时采取相应的有效措施，可能会导致重大灾害事故，这些给安全工作带来了极大的困难。近年来，各级政府积极采取各种措施避免矿灾的发生，然而新闻上仍然不时有重大矿灾的报告。这些血淋淋的事实促使着人们去寻找保证煤矿安全的全新途径，那就是物联网。一、物联网及物联网技术物联网是新一代信息技术的重要组成部分。其英文名称是“TheInternetofthings”。由此，顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。“物联网技术”的核心和基础仍然是“互联网技术”，是在互联网技术基础上的延伸和扩展的一种网络技术；其用户端延伸和扩展到了任何物品和物品之间，进行信息交换和通讯。因此，物联网技术的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术叫做物联网技术。二、我国煤矿生产现状2煤炭是我国主要能源，目前在我国能源生产和消费中，煤炭约占73％。据专家预测，到2050年煤炭仍会占中国能源消费的50%以上，煤炭作为主要能源的地位将会在相当长的历史时期中不会改变。我国煤炭资源丰富，劳动力廉价，在国际市场竞争中本应占有优势，但由于我国煤炭储存条件复杂，煤矿自动化水平低，井下用人多，生产安全监控系统采用的技术比较落后，功能单一，再加上管理等因素，使得生产成本高，安全形势不容乐观。全国煤矿事故死亡人数居高不下，百万吨死亡率大大高于世界主要产煤国家平均水平，严重影响了煤炭工业的可持续发展和社会的稳定。随着国家对矿山安全的重视程度不断加强，矿山企业在各种安全、生产监控系统方面的投入逐年加大，对保证矿山的安全和正常生产起到了重要作用。但是在目前的装备和技术水平下，无法根除各种安全隐患，矿山灾害时有发生。现有的安全生产监测监控系统，由于生产厂商和系统建设时期不同，各个系统之间没有统一的通信协议和接入技术，系统之间的数据结构差异很大，呈现多源性和异构性。由于矿山开采的对象——矿床是分布于三维地理空间、并随着开采进程不断变化着的地质实体，矿山安全生产的一切过程都离不开三维空间，无论是矿层、构造等地质实体，还是纵横交错的井下巷道系统和各种监测监控信息都具有空间属性。不仅如此，矿山生产活动又是始终处于一种随时间动态变化的复杂系统之中，所以反映其实际状态的各种数据，如果得不到有效集成，就只能形成彼此隔离的“信息孤岛”，同时探测同一地质实体的多数系统只能对其采集到的原始数据进行简单转换、存储、显示和打印，而面向同一地质实体同时探测到的多源信息往往得不到有效地综合利用，更谈不上有效地为煤矿安全提供决策依据。随着开采深度的加大和赋存地质条件的恶化，使得深部煤炭开采的力学环境、岩体组织结构、基本力学行为特征和工程响应与浅部明显不同，导致冲击矿压、顶板大面积来压和采空区失稳等动力灾害事故明显增加，已对深部煤炭资源的安全开采造成严重威胁。在重大灾害的预测方面，缺少实时、在线、连续的监3测预警装备。“物联网”概念的问世，打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和信息基础设施分开。对煤矿安全生产而言，在“物联网”时代，瓦斯、CO等各类传感器、电缆、电气机械设备、钢筋混凝土等等，所有这些将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，基于物联网络可以对煤矿复杂环境下生产系统内的人员、机器、设备和基础设施实施更加实时有效的协同管理和控制。物联网概念为建立煤矿安全生产与预警救援新体系提出了新的思路和方法。如何利用物联网技术解决煤矿生产中人员安全环境的感知问题，解决矿山灾害状况的预测预报、减少或避免重大灾害事故的发生，解决安全生产的智能控制；矿山物联网技术的发展潮流以及研究的核心内容是什么；如何形成产业标准等。这都是感知矿山物联网示范工程需要解决的问题。三、物联网在煤矿安全中的应用从物联网的特性可以看出，在煤矿这样需要实时监控跟踪，并对相关危险进行预警，使用物联网技术是非常合适的，也就是近年来逐渐发展的感知矿山技术。物联网技术在煤矿安全中的应用有很多，下面对其中几种比较应用以及其牵涉到的相关物联网技术做出简略的介绍。1、人员定位系统应用射频识别技术及计算机通讯技术，在井上调度室设置中心控制计算机系统，在井下相关位置布置人员读卡分站。井下人员、设备等目标携带标识卡，系统通过读卡分站与标识卡之间的无线通讯，实现对被识别对象的目标定位和无线寻呼，从而为生产指挥调度、安全监测检查、区域禁入控制、紧急事件处理等工作提供有效手段。同时通过管理系统将有关数据传至各级管理部门，为各级领导监督指挥决策提供重要依据。GPS信号不能覆盖煤矿井下巷道。目前,煤矿井下人员位置监测系统主要采用RFID、漏泄电缆等技术,实现了煤矿井下人员位置监测,在遏制超定员生产工作中发挥着重要作用。但是现在的技术水平，并不能对矿井人员精确定位，所4以这套系统需要向更加精确化的方向发展，知道能够实现井下人员的精确定位，才能及时了解每个人的信息。人员定位系统在煤矿安全中有着举足轻重的作用，有了人员定位系统之后，如果有紧急事故发生，监控人员就能根据人员位置情况，以最快的速度制定出最准确安全的处理方法，从而达到使灾难的负面影响最小化的目的。2、环境监测系统环境监测系统包括很多方面，在煤矿安全方面最重要的就是对瓦斯、火灾、冲击压力等煤矿重大灾害的导火索的监测。安全监测监控。基于矿井无线/有线混合结构全覆盖网络实现对温度、风速、瓦斯、甲烷、一氧化碳、煤尘、矿尘等对矿井安全生产具有重要影响的矿井环境参数进行有效的监测，并基于WIFI和无线传感器网络对矿井环境参数监测与计算的结果进行无线传输实现，实时控制风门状态、风窗状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停等，并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制等。最终将实时监测的数据通过计算机自动处理，然后讲数据记录，当数据出现异常的时候发出预警，实现对煤矿灾害的提前预警。一个完善的环境监测系统，相当于采矿人员的第二条生命，是对采矿人员生命极大保障，对灾害的提前预警，给井下人员增加了宝贵的时间，大大的提高了井下人员脱离危险的概率使事故的伤亡最小化甚至完全避免。3、设备监测系统设备监测系统与环境监测系统相辅相成，环境监测系统主要是对外界环境的监测，而设备监系统则是对设备的状态等进行实时监测的。大型设备工况监测与故障诊断。煤矿生产密切相关的大型设备很多，有些设备的运转状况直接会影响工作人员的生命安全，因此对这些大型设备进行实时的监测控制一直是关注的热点。开展基于传感器网络的煤矿井下采掘装备远程定位、煤岩界面识别、大型设备姿态控制等技术的研究。采用物联网技术、综合监测、信息融合等技术对采掘、提升、运输、通风、排水、筛分等关键生产设备进5行状态监测和故障诊断。设备的监测在煤矿安全中的地位也是毋庸置疑的，采矿设备，就如同采矿工人手中的一把利剑，在开采出黑金的同时，只有对这把利剑进行实时监测才能够保证其不伤害到采矿工人自身，才能避免事故的发生。4、管理运行系统运行管理系统，是各个系统之间的枢纽，运行管理系统是一系列系统的统称，包括很多运行管理方面的系统构架。例如通信管理系统：基于WIFI的多媒体通信。语音通信是矿山井下无线网络的“杀手级”应用。利用网络节点的地址编码作为接拨号码，在井下矿工与矿工之间、矿工与地面管理人员之间利用多跳WIFI网络进行无线语音通信。由于矿工在井下是移动的，需要研究适合语音通信的无缝切换机制、动态路由机制、双向路由机制、井下通信的漫游机制等，以保证无线语音通信的可靠性与较高的服务质量，更加便于及时的管理，有相关紧急情况也能做到及时的通知，更加有利于煤矿安全。当然，通信管理只是管理运行系统中必不可少的一部分之一，其它还有很多基于人员定位系统等系统在煤矿生产运行时进行管理的系统。由于物联网技术的参与，全新、高效、快捷的管理运行系统是必然的趋势，也是保证煤矿安全的一大法宝。5、紧急营救系统紧急营救系统，平时用处不大，但是一旦灾害发生，一个完善的紧急营救系统将给受灾人员带来一条生路，基于物联网的紧急营救系统可以分为很多种类。抢险救灾，根据历史数据并结合专家经验制作险情应急预案，包括紧急避难图和不同事故点的紧急避难图的调用和制作。一旦险情发生时，通抢险救助管理子系统内置的地址结构分析功能，可以立刻根据地质构造图，确定事故发生地的地质构造，同时依照救援队伍和设备的分布地图，可以根据事故类型和地点迅速调配队伍和设备，调配最佳线路。必要时，采用救援机器人。由于事故发生后，6原来的通信链路可能遭到破坏，机器人在行进过程中，根据通信网络信号的衰弱情况，抛投节点，各个节点能够自主组网，快速形成通信网络，机器人可通过这个无线网络进行数据传送。上位机根据机器人传送过来的数据进行遥控操作，制定出合理的救援方案。另外，煤矿井下生命探测技术也是紧急营救系统必不可少的构成，基于物联网的技术基础，结合生命探测技术，在灾后，可以明确生命迹象所在，是加速搜救进度，减少死亡人员的有效手段之一。紧急营救系统当然不局限于上面所列举的，生命重于泰山，紧急营救系统，平时闲置看似无用，但是灾难来临之时却绝对不可忽略，救人于水火之中。四、物联网在我局的应用徐州矿务集团夹河矿“感知矿山物联网GIS3.0系统”试运行，在夹河煤矿调度室，打开感知矿山物联网GIS3.0系统，11个子项目就像一棵树一样地弹了出来。用鼠标轻点一下，井下人员在哪个位置、矿车走到哪里等，都一清二楚。经过近一年的努力，该矿感知矿山物联网示范工程一期项目试运行，该工程的主要建设内容包括矿井信息化改造和矿山物联网建设。矿井信息化改造包括：一是骨干网建设工程，建设井上、井下千兆工业英特网和调度指挥控制中心工业英特网；二是生产调度指挥中心软硬件建设工程，增加相应的集群服务器、千兆工业英特网设备等；三是矿井各生产及辅助系统的集成工程，实现远程监控，减少井下操作人员；四是矿山集成平台建设工程，实现全矿井异构信息的集成3GGIS平台；五是安全生产管理工程，实现煤矿瓦斯灾害预测分析。最终，利用无线传感器网络建立覆盖煤矿井下，并与千兆工业英特网相结合的无线自组网系统，通过设备工况监测监控、灾害环境信息监测、人员定位、机车管理、语音通信、工业电视等，形成完善的无线感知平台。该示范工程一期目前已在井下布置了72个节点（最终要形成200多个点），这些节点采集的多功能信息，可通过井下千兆网传到地面控制中心，在地面就可以知道井下人员、矿车、温度、湿度、一氧化碳含量、甲烷含量、矿井气压、风速等相关信息。如点击进入“井下人员定位监测系统”后，选择部门、姓名，就7可以查找到这个人的轨迹信息，既可以查看实时轨迹信息，也可以查阅历史轨迹信息。此外，井下的水泵何时开启、变电所如何工作，煤矿机电科工作人员都能在地面以无线远程遥控操作，做到无人值守。下一步，只要带上智能便携仪及矿用手机，下矿人员不仅可以精确定位，还能随时打手机、发短消息。随着资源的整合,采煤方法、矿井机械化等方面的改革,单纯的独立设备已经很难满足现有的要求。煤矿安全仪器设备生产企业必须凭借着对市场动态的敏锐捕捉,创新思维、改