朱彤　趙娟　周凱麗

摘要：目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)受到了越來越多人的關(guān)注，被廣泛應(yīng)用于煤礦開采過程中。通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器以及無線技術(shù)能合理管理和監(jiān)測礦井下的煤礦開采作業(yè)，能夠有效避免煤礦開采事故，保證開采人員的生命安全和煤礦企業(yè)的財產(chǎn)安全。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用能促進(jìn)煤礦企業(yè)安全穩(wěn)定的持續(xù)發(fā)展。文章對物聯(lián)網(wǎng)下的煤礦綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計展開了分析。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；煤礦企業(yè)；綜合自動化系統(tǒng)；傳感器；煤炭開采 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TD655 文章編號：1009-2374（2015）19-0020-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.009

隨著煤礦行業(yè)的蓬勃發(fā)展，越來越多的煤礦被開采，然而開采事故卻屢見不鮮。傳統(tǒng)的礦山監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在煤礦的開采要求，傳統(tǒng)的監(jiān)測控制系統(tǒng)普遍落后，主要由兩部分組成，分別是現(xiàn)場的監(jiān)控分站以及控制中心主站，還正處于集中控制階段。結(jié)構(gòu)設(shè)計相對不合理，無論是兼容性還是實時性都偏差。為了對煤礦開采過程中實現(xiàn)有效的管理和監(jiān)控，避免各種危險事故的發(fā)生，就要利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立高效的管理系統(tǒng)，不斷提高開采過程中的管理水平，提高開采作業(yè)的質(zhì)量和效率。隨著以太網(wǎng)技術(shù)的廣泛使用，煤礦企業(yè)開始利用有線系統(tǒng)對煤礦開采進(jìn)行管理監(jiān)控，但由于有線系統(tǒng)的傳輸速度和距離的有限性，導(dǎo)致了其覆蓋率和靈活性嚴(yán)重不足。通過利用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)傳感器以及網(wǎng)絡(luò)無線技術(shù)能有效改變這一狀況，能有效實施對煤礦全方位的監(jiān)控檢測，保證煤礦安全穩(wěn)定被開采。

1 物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)

通過建立物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，從而形成全新的無線傳感器網(wǎng)+工業(yè)以太網(wǎng)的架構(gòu)體系，同時利用有線和無線技術(shù)的綜合網(wǎng)絡(luò)形式。工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)是礦井下監(jiān)測的重要核心網(wǎng)絡(luò)，通過運用現(xiàn)場總線傳輸以及光纖工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，普遍設(shè)立在較為廣闊、便于搭線的主要巷道區(qū)域。而物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器通常構(gòu)建在地形陡峭狹窄，工作人員無法輕易到達(dá)的區(qū)域，例如常見的事故發(fā)生地、采空區(qū)和井筒內(nèi)等，要想達(dá)成礦井下全方位的有效監(jiān)控監(jiān)測，就要合理地運用物聯(lián)網(wǎng)傳感器的鮮明特點，比如它的多跳路由、自組織以及動態(tài)拓?fù)涞?。網(wǎng)關(guān)的接入能讓無線傳感器網(wǎng)路與光纖骨干網(wǎng)相連接，這樣相關(guān)的傳感器網(wǎng)絡(luò)就能把各種信息數(shù)據(jù)傳于各個控制中心，實現(xiàn)地面監(jiān)控管理室的實時監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)情況時，地面控制中心的員工就能及時地對所在區(qū)域的工作人員發(fā)出警報。

2 綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計

信息集成作為物聯(lián)網(wǎng)下煤礦綜合自動化系統(tǒng)的重中之重，是一個無法替代的核心環(huán)節(jié)，它涵蓋了三種技術(shù)，分別是信息管理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)和三維處理技術(shù)。通過采用先進(jìn)的數(shù)字化監(jiān)控技術(shù)以及全程自動化技術(shù)達(dá)成對礦井的全方位監(jiān)控管理，對于煤礦生產(chǎn)的各個階段都能提供有效的信息數(shù)據(jù)，滿足了煤礦企業(yè)管理的各種需求，物聯(lián)網(wǎng)下的煤礦綜合自動化系統(tǒng)主要的作用如下：

2.1 礦井穩(wěn)定開采時的監(jiān)測和聯(lián)動控制

在礦井開采過程中利用物聯(lián)網(wǎng)傳感器有效地收集到各項實時數(shù)據(jù)信息，比如礦井下的通風(fēng)情況、溫度濕度、瓦斯含量、壓力等信息數(shù)據(jù)，再將這些數(shù)據(jù)通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳遞給上位機(jī)，上位機(jī)就可以用曲線、表格、三維立體圖等方式表現(xiàn)出來，當(dāng)出現(xiàn)反常的狀態(tài)時就可以自動進(jìn)行報警。及時對反常數(shù)據(jù)研究分析，整理出有用的信息數(shù)據(jù)，劃定出特殊區(qū)域，需要對此區(qū)域?qū)嵭袆討B(tài)實時監(jiān)控管理。

由于礦井下光線不好，絞車在巷道運行過程中，絞車的駕駛者往往只接受信號燈的指示，不能通過肉眼判斷在軌道上是否有行人在行走，因此時常在運輸過程中造成絞車誤撞行人的事故。通過物聯(lián)網(wǎng)的音頻以及視頻傳感器能全方位有效搜集到礦井下的各個位置信息，再利用有線中繼形式就可以將所有位置信息傳遞給上位機(jī)。這樣就能確保絞車司機(jī)在駕駛室內(nèi)直觀地觀察到路面的實時情況，從而避免了撞傷行人或障礙物的情況發(fā)生。當(dāng)出現(xiàn)絞車司機(jī)駛向錯誤巷道時，人體紅外傳感器就會第一時間發(fā)出警報聲音，絞車司機(jī)就能根據(jù)警報迅速做出正確判斷，使絞車進(jìn)入正確軌道，確保開采人員的生命安全。

2.2 工作人員的及時定位

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在礦井中的每個進(jìn)出口以及特殊區(qū)域裝配好RFID閱讀器，利用閱讀器的功能就能讀取出位于該區(qū)域內(nèi)工作人員信息以及移動設(shè)備的ID號碼，再就可以運用工業(yè)以太網(wǎng)把所讀取的所有數(shù)據(jù)傳于上位機(jī)，然后儲存在數(shù)據(jù)庫中。上位機(jī)通過提取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)就能繪制出各個區(qū)域中的職工人員分布以及行動軌跡圖，某個時間階段的礦井中職工人員的統(tǒng)計表格等，就能清楚了解到每個員工的出勤情況，控制管理好井下的工作人數(shù)，特別是特殊區(qū)域的員工人數(shù)，要控制好井下員工的工作時間，避免因為超時工作發(fā)生操作事故，通過監(jiān)控時刻提醒工作人員的安全，防止員工走錯巷道，走入采空區(qū)危險區(qū)域。

2.3 礦井下的危害預(yù)警

通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器可以將礦井的掘進(jìn)深度傳于上位機(jī)，從而顯示出最新的掘進(jìn)情況圖。再根據(jù)煤層分布的往前記錄，相關(guān)工作人員就可以確定是否存在越層越界的行為。與此同時，煤礦專業(yè)人士可以通過分析收集到的數(shù)據(jù)做出越層作業(yè)計劃，及時標(biāo)出煤層越層的方位，形成報告數(shù)據(jù)，方便各個礦井工作人員注意越層越界。通過裝配在震動區(qū)域的物聯(lián)網(wǎng)傳感器，可以實時地將地震的各種信息數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)，例如地震方位、強(qiáng)度、頻率等，保證煤礦安全地得到開采。

3 結(jié)語

綜上所述，通過將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)的光纖工業(yè)以太網(wǎng)相結(jié)合，把工業(yè)以太網(wǎng)作為重要基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，再加入無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)，全新的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)就形成了。它能有效地全方位監(jiān)控礦井下的工作情況，對于突發(fā)狀況能第一時間發(fā)現(xiàn)并及時發(fā)出警報聲音，避免了各種事故的發(fā)生，降低了人員的傷亡事件概率，為煤礦企業(yè)安全穩(wěn)定的生產(chǎn)做出了巨大的

貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：朱彤（1984-），河南義馬人，鄭煤集團(tuán)楊河煤業(yè)初級工程師，工程碩士，研究方向：電氣工程；趙娟（1981-），女，河南南陽人，河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院助教，研究方向：電子信息；周凱麗（1990-），河南新密人，鄭煤集團(tuán)楊河煤業(yè)初級工程師，研究方向：信息管理。

（責(zé)任編輯：周 瓊）