天地（常州）自動化股份有限公司 湯利平

中國煤炭資源豐富，是產(chǎn)煤大國，同時也是主要煤炭出口國。煤炭在我國工業(yè)能源，電力能源占很大比重。在中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著很重要的作用。但目前，我國大部分煤礦產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)，信息化程度低，技術(shù)落后，在煤炭生開采生產(chǎn)以及煤炭運(yùn)輸銷售過程，不能集中優(yōu)化管理。物聯(lián)網(wǎng)作為一種新型信息管理管理監(jiān)測技術(shù)，勢必會對煤礦產(chǎn)業(yè)起到推動作用，也會在煤炭產(chǎn)業(yè)中得到推廣和應(yīng)用。

一、物聯(lián)網(wǎng)（Internet To Ting）

物聯(lián)網(wǎng)，是一種基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息載體，通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。其本質(zhì)意圖，就是將物理對象，通過協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)信息化，實現(xiàn)物理對象信息的互通。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)為，應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、信息采集層、編碼層。

應(yīng)用層：是構(gòu)建在物聯(lián)網(wǎng)上的應(yīng)用系統(tǒng)，包括具體應(yīng)用問題，譬如物流、生產(chǎn)管理、事故處理等等

網(wǎng)絡(luò)層：是指信息流通網(wǎng)絡(luò)?？梢允枪饫w網(wǎng)絡(luò)，無線網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡(luò)?？梢允腔ヂ?lián)網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)以及傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡(luò)。

信息采集層：數(shù)據(jù)采集指通過條碼、射頻識別、無線傳感等等自動識別，以及近距離通信技術(shù)獲取物理對象編碼信息的過程。

編碼層：具體而言就是物理對象數(shù)字化表示，將物理對象信息化。這就需要一套特定的基本標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。

二、煤礦物聯(lián)網(wǎng)的特點

煤炭是我國利用最多的不可再生能源。盡管露天開采是相較安全高效的開采方式。但是大部分的煤礦層都是遠(yuǎn)離地表，無法直接采用直接露天開采的開采方式。我國采用地下開采占煤礦生產(chǎn)的90%左右，地下開采通常采用房柱法，在礦坑內(nèi)構(gòu)建礦井。

煤礦生產(chǎn)方式、生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)管理具有特殊性。物聯(lián)網(wǎng)在應(yīng)用煤礦產(chǎn)業(yè)過程中就要與煤礦的特殊性相匹配。因此煤礦物聯(lián)網(wǎng)的特點有：

（一）由于煤礦井下有瓦斯等可燃?xì)怏w以及煤燃料等不安全因素，在電氣設(shè)備方面有著嚴(yán)格要求，物聯(lián)網(wǎng)的電氣設(shè)備需要特別的防爆型設(shè)置。并且要求物聯(lián)網(wǎng)體統(tǒng)中設(shè)備電耗功率小，電路中電流電壓也不能超過最大允許值。

（二）煤礦井下，空間結(jié)構(gòu)呈樹形分布，空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有大量的遮掩體，巷道彎曲、分支等等，導(dǎo)致電磁波傳輸衰耗大，無線網(wǎng)絡(luò)不能覆蓋全部覆蓋，信息傳輸需要依靠大量布線實現(xiàn)。

（三）煤礦井下環(huán)境特點不同，電機(jī)設(shè)備相對集中，電壓、功率變動大，有嚴(yán)重的電磁干擾，傳感器要抗干擾能力強(qiáng)。

（四）物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要與礦坑空間結(jié)構(gòu)相匹配，多采用樹形結(jié)構(gòu)。由于礦井長度大，物聯(lián)網(wǎng)井下電纜，光纜需要敷設(shè)很多，需要很大的前期投入。此外物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)維護(hù)成本也會上升。

（五）煤礦井下，工作環(huán)境相對較差，同時電氣防爆和減少維護(hù)成本角度考慮，信息傳輸中間裝置數(shù)量有限制，當(dāng)傳輸距離較遠(yuǎn)時，要保證信息傳輸質(zhì)量，需要相應(yīng)技術(shù)配置。

（六）礦井事故率相較很高，巷道的破壞，頂板冒落等等會造成局部電氣設(shè)備損毀，此時要求煤礦物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)要有穩(wěn)定性能，在部分故障時，其余功能繼續(xù)使用，不會發(fā)生系統(tǒng)癱瘓，造成生產(chǎn)事故。

（七）煤礦井下，除瓦斯等爆炸性氣體危害外，還有腐蝕性氣體、煤粉、潮濕等狀況，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備要有良好的防護(hù)手段，以及設(shè)備自身惡劣環(huán)境抗性。尤其在信息采集層，各傳感器的防護(hù)能力要保質(zhì)保量

（八）煤礦井下作業(yè)空間有限，煤礦物聯(lián)網(wǎng)輔助生產(chǎn)，不能占用過多的生產(chǎn)資源和空間，設(shè)備體積質(zhì)量要小，方便使用安裝，不能妨礙正常生產(chǎn)工作。

（九）煤礦物聯(lián)網(wǎng)是信息的采集加工處理于一身的安全生產(chǎn)、管理生產(chǎn)系統(tǒng)，需要有一套明確的、行之有效的標(biāo)準(zhǔn)制定，包括物理對象信息數(shù)字化、評判標(biāo)準(zhǔn)建立、以及邏輯判斷模式的構(gòu)建。并且基于不同礦井條件，應(yīng)有一套柔性可調(diào)的系統(tǒng)軟件配備。

綜上所述，由于煤礦地下開采的特殊性，制約著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。需要根據(jù)煤礦具體要求，配置合適的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

三、煤礦物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括標(biāo)示物理對象的射頻（RFID）技術(shù)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，感知物理對象的傳感技術(shù)，判斷物理對象的邏輯功能開發(fā)，和整個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集中優(yōu)化管理的模型開發(fā)。

針對具體的煤礦井下條件，無線傳輸衰減強(qiáng)，電氣防爆要求高等。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)也要與之相匹配。并且根據(jù)煤礦井下的特殊性和煤礦安全生產(chǎn)的要求。要地具體技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)。煤礦物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)有以下幾個方面：

（一）煤礦井下設(shè)備多，處理邏輯復(fù)雜，信息編碼，傳輸，處理等需要標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)。生產(chǎn)中采煤設(shè)備、電氣設(shè)備、傳輸設(shè)備、井下通風(fēng)系統(tǒng)、安全監(jiān)測設(shè)備、生產(chǎn)管理設(shè)備、人員定位系統(tǒng)等等，眾多的信息需要一套信息編碼、傳輸、邏輯分析標(biāo)準(zhǔn)的建立。

（二）煤礦生產(chǎn)中，大型設(shè)備，例如掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)、傳輸機(jī)、通風(fēng)機(jī)、移動電站等等，其正常運(yùn)行是煤礦生產(chǎn)的基礎(chǔ)。煤礦物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)需要對關(guān)鍵大型設(shè)備生產(chǎn)使用全程監(jiān)控，高效實用設(shè)備。并建立設(shè)備檔案，做好設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)。

（三）煤礦安全問題一直存在，物聯(lián)網(wǎng)的井下人員定位系統(tǒng)，可以有效的管理井下作業(yè)，在事故發(fā)生也可以有效預(yù)警，幫助被困人員定位，減少救援時間，并且系統(tǒng)監(jiān)控為是事故分析總結(jié)提供了依據(jù)。

（四）自動井下作業(yè)技術(shù)的開發(fā)。目前采煤工作面不能做到無人化，需要工作人員的實際井下操作。物聯(lián)網(wǎng)為自動化無人作業(yè)提供了機(jī)遇，在信息采集、可視化的基礎(chǔ)上，需要研究煤礦識別技術(shù)以及掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)、傳輸機(jī)協(xié)同精確作業(yè)技術(shù)。以實現(xiàn)地面操作，井下自動作業(yè)的技術(shù)。

（五）煤礦事故，危及人員生命安全和生產(chǎn)安全，會造成重大損失，急需有一套預(yù)警機(jī)制。物聯(lián)網(wǎng)煤礦事故預(yù)警機(jī)制主要能針對瓦斯、火災(zāi)、漏水等災(zāi)害預(yù)警。這就是要求對于災(zāi)害預(yù)警方面，物聯(lián)網(wǎng)安全監(jiān)控方面的提高。

（六）煤礦物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)擴(kuò)展型建設(shè)的研究。煤礦物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)模型是固定的，但是煤礦在生產(chǎn)過程中，不斷伸延，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)也要隨之硬件擴(kuò)展。目前有三維造型等手段，極為適合煤礦生產(chǎn)應(yīng)用，在生產(chǎn)過程中積累的數(shù)據(jù)也可不斷豐富數(shù)據(jù)，這種研究會使生產(chǎn)方便，對于事故處理等等也會極為有益。

中國的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展有一段時間了，在煤礦中的應(yīng)用也不乏實例，但是目前還比較單一，系統(tǒng)應(yīng)用層擴(kuò)展不足。物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，但是應(yīng)用的核心是集中優(yōu)化管理。在煤礦物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，切實的提高煤礦安全生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效能是關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)。

四、結(jié)束語

目前，我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不完善，相關(guān)的技術(shù)及技術(shù)衍生還沒發(fā)展起來。煤礦物聯(lián)網(wǎng)還停留在數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用擴(kuò)展，沒有達(dá)到集中優(yōu)化的自動化管理的程度，但是物聯(lián)網(wǎng)理念的優(yōu)越性是想而易見的。創(chuàng)新是指把一種新的生產(chǎn)要素和生產(chǎn)條件的“新結(jié)合”引入生產(chǎn)體系。煤礦物聯(lián)網(wǎng)就是這樣的一個創(chuàng)新，其通過物聯(lián)網(wǎng)新科技手段，最終使煤礦行業(yè)管理和生產(chǎn)得到優(yōu)化，為煤礦的效率管理、安全生產(chǎn)、高效生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。這也將為煤礦產(chǎn)業(yè)添加新的助力，同時為煤礦產(chǎn)業(yè)帶來一場新的科技浪潮。

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