李行素

華東理工大學(xué) （上海 200237）

0 概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對(duì)礦物原料需求的不斷加大，礦業(yè)開(kāi)發(fā)規(guī)模不斷增加的同時(shí)，生產(chǎn)效率不高和生產(chǎn)安全問(wèn)題已經(jīng)成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。究其原因，礦山管理方式落后是其重要因素。顯然，采用現(xiàn)代技術(shù)對(duì)礦山進(jìn)行管理已經(jīng)成為當(dāng)前的迫切需求。

近年來(lái)興起的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)就是指將各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合所形成的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)按約定協(xié)議對(duì)人和物品進(jìn)行智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。作為先進(jìn)的信息獲取和處理技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)在醫(yī)療、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、公共管理、國(guó)防等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，是促進(jìn)未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，構(gòu)建和諧社會(huì)的重要手段。

在礦山生產(chǎn)過(guò)程中為提高生產(chǎn)效率和保障生產(chǎn)安全，對(duì)作業(yè)人員、移動(dòng)設(shè)備、物流的安全與位置都需要進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和定位，物聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程和目標(biāo)最適宜的技術(shù)。

1 礦山生產(chǎn)過(guò)程基本特征

我國(guó)是礦業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，也是礦產(chǎn)資源需求大國(guó)，在產(chǎn)礦山眾多且新建礦山日益增多。礦山生產(chǎn)主要是采礦過(guò)程，是礦山企業(yè)最重要的組成，這一過(guò)程管理水平關(guān)系到整個(gè)礦山生產(chǎn)的效率和生產(chǎn)安全。采礦活動(dòng)是一種對(duì)礦物物料的選擇性采集和搬運(yùn)過(guò)程。礦物原料是自然賦存的礦體，具有固定位置，而采礦人員、設(shè)備和材料隨采礦進(jìn)程和采掘?qū)ο筠D(zhuǎn)移，只有臨時(shí)采掘場(chǎng)所，沒(méi)有固定的生產(chǎn)車(chē)間。因此，礦山生產(chǎn)過(guò)程管理的重點(diǎn)是及時(shí)對(duì)作業(yè)人員、設(shè)備、材料的定位與流向管理。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在礦山管理中應(yīng)用的基本內(nèi)容和方案框架

由于礦山生產(chǎn)始終處于一種隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的復(fù)雜系統(tǒng)之中，這種特性決定了傳統(tǒng)的礦山生產(chǎn)管理過(guò)程是把生產(chǎn)作業(yè)人員、所用物理基礎(chǔ)設(shè)施和信息基礎(chǔ)設(shè)施割裂，生產(chǎn)過(guò)程中形成的各種實(shí)際狀態(tài)數(shù)據(jù)也得不到有效集成，不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)只能形成彼此隔離的“信息孤島”，只能對(duì)其采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、顯示和打印，難以對(duì)礦山生產(chǎn)管理提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不僅能夠?qū)⒏鞣N實(shí)際狀態(tài)數(shù)據(jù)有效集成，更為重要的是把生產(chǎn)過(guò)程所涉及的物理基礎(chǔ)設(shè)施和信息基礎(chǔ)設(shè)施有效鏈接。目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在礦山管理中應(yīng)用的重點(diǎn)是智能生產(chǎn)、智能安全、智能物流等方面。智能生產(chǎn)包括礦山企業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)的自動(dòng)化與信息化，以自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為主；智能安全包括企業(yè)的安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)與安全治理措施，以傳感技術(shù)為主；智能物流包括人與物的定位與流向的管理，以定位與識(shí)別技術(shù)為主。

2.1 智能生產(chǎn)

礦山企業(yè)生產(chǎn)智能化管理需要建立綜合指揮調(diào)度系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)的建立基于礦山三維可視化平臺(tái)（即礦床三維地質(zhì)、礦山開(kāi)拓系統(tǒng)及采場(chǎng)可視模型），實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控、通信和人員定位系統(tǒng)，以及生產(chǎn)技術(shù)管理、安全管理等的集成。由于目前我國(guó)有關(guān)礦床地質(zhì)及采掘三維可視化尚處于起步階段，故這方面的應(yīng)用多限于探索和示范過(guò)程，在生產(chǎn)管理方面的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用也主要限于人員、設(shè)備、材料的定位與流向管理。

2.2 智能安全

安全生產(chǎn)是礦山企業(yè)的重要管理內(nèi)容，不同與一般工業(yè)自動(dòng)化，其生產(chǎn)人員和設(shè)備及材料處于流動(dòng)狀態(tài)，生產(chǎn)環(huán)境也處于變化過(guò)程中，且屢有突發(fā)情況發(fā)生。因此，礦山生產(chǎn)安全管理首先就需要對(duì)作業(yè)人員、設(shè)備、材料進(jìn)行定位與流向監(jiān)測(cè)，同時(shí)需要采集工作環(huán)境參數(shù)。

目前一般正規(guī)礦山在礦井基本都裝備了安全監(jiān)控系統(tǒng)和人員定位系統(tǒng)，但監(jiān)測(cè)、定位過(guò)程大多依賴(lài)于傳統(tǒng)的人工呼叫系統(tǒng)。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可形成安全管理系統(tǒng)，主要包括由標(biāo)識(shí)卡、讀卡器、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)、上位機(jī)與系統(tǒng)軟件組成，實(shí)現(xiàn)人員和設(shè)備定位、工作環(huán)境參數(shù)采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，將井下人員和設(shè)備位置自動(dòng)向系統(tǒng)發(fā)送位置信息，對(duì)不同礦種礦山生產(chǎn)安全要求的環(huán)境參數(shù)（如煤礦中需要測(cè)定甲烷、氧氣、二氧化碳、溫度、濕度）經(jīng)自動(dòng)測(cè)定后上傳至上位機(jī)后進(jìn)行記錄分析和預(yù)警，有突發(fā)事件時(shí)及時(shí)將情況發(fā)送到井下按照規(guī)劃好逃生路線(xiàn)撤離現(xiàn)場(chǎng)。對(duì)危險(xiǎn)品（如炸藥）管理與物流管理系統(tǒng)協(xié)同使用。

2.3 智能物流

礦山生產(chǎn)過(guò)程物流主要是生產(chǎn)所用材料、采出礦石和廢石。礦山生產(chǎn)都需要消耗大量炸藥，許多惡性礦難的發(fā)生都與炸藥的使用與管理的不當(dāng)有關(guān)，因此對(duì)炸藥流向管理是極為重要的管理環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)上一般采用登記領(lǐng)用方式加以管理，難以準(zhǔn)確控制。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)內(nèi)利用二維碼識(shí)別與管理技術(shù)對(duì)炸藥流向進(jìn)行管理，同時(shí)與人員定位系統(tǒng)、運(yùn)輸車(chē)輛管理系統(tǒng)協(xié)同使用，實(shí)時(shí)記錄炸藥的出入庫(kù)、領(lǐng)用人員身份、使用炸藥的火工人員運(yùn)動(dòng)軌跡、放炮時(shí)間點(diǎn)危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)人員、車(chē)輛隔離等情況；礦石和廢石流向與定位主要通過(guò)對(duì)運(yùn)輸車(chē)輛/機(jī)車(chē)管理實(shí)現(xiàn)。

2.4 技術(shù)方案框架

為落實(shí)上述內(nèi)容，礦山企業(yè)當(dāng)前需要重點(diǎn)建設(shè)人員、設(shè)備定位與管理系統(tǒng)和物流信息化系統(tǒng)，集成無(wú)線(xiàn)/有線(xiàn)一體化指揮調(diào)度通信系統(tǒng)。

人員和設(shè)備定位與管理系統(tǒng)是礦山管理系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，由主要標(biāo)識(shí)卡、讀卡器、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)、上位機(jī)與系統(tǒng)軟件組成，標(biāo)識(shí)卡由個(gè)人佩帶，設(shè)備定位與管理系統(tǒng)與人員定位與系統(tǒng)相同，共用讀卡器、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)、上位機(jī)與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，以標(biāo)識(shí)卡的不同分組來(lái)區(qū)分人與設(shè)備，標(biāo)識(shí)卡懸掛或粘貼在設(shè)備上。物流信息化系統(tǒng)是對(duì)人流、車(chē)流、物流和危險(xiǎn)品過(guò)程數(shù)據(jù)的集成、加工處理，通過(guò)該系統(tǒng)可以將礦山分散的各子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有機(jī)整合，增加監(jiān)測(cè)和預(yù)警、存儲(chǔ)、分發(fā)、業(yè)務(wù)流程管理、協(xié)同作業(yè)管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、數(shù)據(jù)分析等附加功能，實(shí)現(xiàn)多級(jí)、分層、實(shí)時(shí)以及任意位置的監(jiān)控與管理，最終集成無(wú)線(xiàn)/有線(xiàn)一體化指揮調(diào)度通信系統(tǒng)。

由于礦山采礦過(guò)程不同于一般制造業(yè)具有固定車(chē)間作為作業(yè)場(chǎng)所，而是隨著采礦進(jìn)程其作業(yè)場(chǎng)所處在不斷轉(zhuǎn)移，更為重要的是隨著礦業(yè)發(fā)展目前大多數(shù)采礦方式為井下開(kāi)采，井下不具備公共無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，這就要求礦山無(wú)線(xiàn)/有線(xiàn)一體化指揮調(diào)度通信系統(tǒng)具備脫網(wǎng)通信功能，當(dāng)井下某一站點(diǎn)發(fā)生故障或遇災(zāi)害損壞時(shí)，系統(tǒng)具有即時(shí)通過(guò)脫網(wǎng)通信功能發(fā)現(xiàn)在線(xiàn)移動(dòng)通訊設(shè)備，確保內(nèi)部通訊暢通。

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代礦山管理對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有迫切需求，也具備實(shí)施條件。把先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引用到傳統(tǒng)的礦山生產(chǎn)管理中，將礦山生產(chǎn)過(guò)程放置在實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)上進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)管理的智能生產(chǎn)、智能安全、智能物流，盡快向安全、高效、智慧的“數(shù)字礦山”邁進(jìn)，大幅度提高礦山生產(chǎn)管理水平。

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