物聯網在煤礦安全生產中的應用研究

余建芳

(甘肅民族師范學院，甘肅合作747000)

目前，物聯網已在很多地方的煤礦安全生產、經營管理等方面得到初步的應用。但是，現有系統仍不能滿足煤礦安全生產、災害預警、應急救援等需求。主要原因在于瓦斯、水、火、頂板、煤塵“五大災害”以及放炮、運輸、機電等事故威脅著煤礦安全生產。煤礦井下潮濕、有淋水、巷道空間狹小、巷道彎曲和分支，因此，用于地面的物聯網技術和設備，難以直接用于煤礦井下。

1 我國煤礦安全生產現狀

1.1 環境惡劣

首先，煤礦工作環境較差。據統計，我國95%以上的煤礦都是井工礦，井下作業困難，場所狹小，光線陰暗，環境潮濕，通風設備不完善;其次，我國煤礦生產煤層賦存差、地質條件復雜，瓦斯災害較為嚴重，地下水防治難度大，煤炭資源勘探程度低;第三，我國煤礦不僅地質構造復雜，而且自然災害也較為嚴重，發生事故的客觀因素很多，如瓦斯爆炸、水、火、頂板等災害較多;第四，煤礦井下生產工藝復雜，具有多工種、多方位、多系統立體交叉連續作業的特點，采煤、掘井、通風、供電、運輸等系統任何一個環節出現問題，都有可能釀成事故，甚至造成重大事故［1］。

1.2 大多數整體裝備水平低，抗災防災能力差

部分煤礦中尚有高瓦斯和突出礦井沒有裝備安全監測系統;國有煤礦安全儀器儀表老化、設備陳舊現象極為普遍;大多數鄉鎮煤礦幾乎找不出一臺像樣的安全儀表。更加令人不安的是，在存在巨額安全欠賬的情況下安全投入仍呈遞減趨勢。這些都對安全生產構成重大威脅，使煤礦安全生產形勢更加嚴峻［1］。

2 物聯網在煤礦中的應用

2.1 物聯網技術

物聯網就是物物相連的互聯網。物聯網技術的核心和基礎仍然是“互聯網技術”，是在互聯網技術基礎上的延伸和擴展的一種網絡技術，其用戶端延伸和擴展到了任何物品和物品之間，進行信息交換和通訊。它的定義是通過射頻識別 (RFID)、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議將任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、追蹤、監控和管理的一種網絡技術［2］。目前在業界，物聯網普遍被認為有三層體系結構，由下而上依次為感知層、網絡層和應用層。

2.2 物聯網在煤礦安全生產中的應用

煤炭資源是我國經濟發展和社會進步的重要命脈，在我國經濟發展中占據著舉足輕重的地位。隨著物聯網時代的到來，可以將物聯網的相關技術應用在煤礦生產中，從而有效地對煤礦設備以及相關人員進行規范管理，減少煤礦事故的發生。

煤礦行業對安全生產要求的特殊性以及井下作業的復雜環境，決定了地面現有的物聯網技術和設備難以直接應用于煤礦井下，因此需要分析煤礦對物聯網應用的設計要求和功能需求，以研發適用于煤礦的物聯網技術［3］。

礦用物聯網就是采用物聯網相關技術，將煤礦作業人員和操作設備作為目標接入網絡，從煤礦人員出入井、全程作業活動，以及對應設備生產、運輸、使用、維護等環節進行全過程監管。研究煤礦用物聯網技術，實現煤礦井下動態和靜態實時管控、人機環動態閉鎖、礦用安全標志準用產品和關鍵設備的全程跟蹤管理等，對提高煤礦信息化水平，促進煤礦安全生產具有十分重要的意義［4］。

煤礦安全生產最主要的是井下安全管理，應以井下大型設備安全管理為主，按照煤礦工作人員安全、礦用炸藥安全，以及災害預警、應急救援等方面進行管理［4－8］。

2.2.1 煤礦工作人員安全管理

人是煤礦安全生產中最主要、也最活躍的因素，對煤礦工作人員有效地進行管理是提高煤礦安全生產的重要因素。目前，煤礦對于井下工作人員位置的監測系統尚不能滿足煤礦井下作業人員管理和災難事故應急救援的需求，還需要研究對煤礦井下人員的精確定位。因此，在煤礦安全生產中，對煤礦井上、井下工作人員，除了促使其提高安全意識，按規程工作外，更重要的是要通過RFID技術對各個端口人員定位跟蹤，這主要包含井下人員的出入、滯留的信息。在煤礦井下人員出入口放置虹膜和人臉檢測裝置，相應負責人員只要單擊煤礦井下巷道的某一位置，系統就會自動顯示該位置人員的各項詳細信息 (包括肖像、上崗證、姓名、工種類型等)，從而可以檢測下井人員的特征，并與安全培訓時的虹膜和人臉數據資料相比較，對于沒有取得上崗證的人員，不允許下井，以此來加強煤礦人員的安全管理。

2.2.2 大型設備安全管理

傳統的煤礦重大關鍵設備生產、運輸、使用、維護等全過程管控生產設備通常是通過有線通信的方式來進行定位的。無論在生產技術、成本，還是在現場使用上均有許多制約因素。因此，不能對其進行高密度的安裝，造成了許多不必要的隱患。目前，對于煤礦井上、井下設備的定位還是一片空白。使用物聯網技術可對煤礦井上和井下生產設備進行有效的定位，對煤礦運營中所涉及到的所有設備均配置一個ID標簽，從而通過讀寫器、本地數據接口將這些代碼信息發送到本地監控中心，以便相應工作人員能夠方便地對井上、井下各種設備進行控制。通過全過程跟蹤管理和診斷檢測，為煤礦安全生產提供快速有效的物資保障，優化采購和庫存，降低成本，從而實現技術上的突破。

2.2.3 礦用炸藥安全管理

炸藥是煤礦企業經常使用的物資，也是危險性較高的物品，如果對其使用不善，極易導致事故的發生。據不完全統計，大部分炸藥燃燒事故是由于在礦井中長時間存放大量非法購買的私制炸藥自燃引發的。因此，有必要將物聯網應用于煤礦炸藥安全管理中。首先，炸藥的獲取路徑應當是合法的，通過合法部門獲取后，對炸藥貼上二維碼標簽，只有這樣，才可以做到對炸藥的全程運營進行有效地監控和管理，包括炸藥的出入庫時間、運輸時間、使用時間，以及領取人的身份驗證、炸藥的運輸車輛、危險區域進行隔離等相關信息的管理與監控，從而實現礦用安全炸藥的生產、運輸等過程中的跟蹤管控，杜絕使用私制炸藥而引起炸藥燃燒和爆炸事故，減少傷亡事故。

2.2.4 重大災害預警、應急救援

目前，物聯網已在煤礦的安全生產、經營管理等方面得到了應用。煤礦井下人員位置監測系統、運輸監控系統等在煤礦安全生產、應急救援、事故調查工作中發揮著重要作用。其中部分系統具有瓦斯、火災、沖擊地壓等重大災害預警功能，但大多數預警缺乏準確性，因而，迫切需要提高煤礦重大災害預警準確度，研究基于物聯網的煤礦安全檢測系統，可以憑借煤礦井下以太環網的高效控制網絡技術，對煤礦安全監控系統的瓦斯、水、火、頂板、煤塵“五大災害”以及放炮、運輸、機電等災害有效地預警，提高煤礦井下生產過程的控制水平，并且能夠對煤礦生產進程中的數據進行自動、有效地采集，可以在很大程度上匯總煤礦生產過程中的各種作業信息，有效地對煤礦生產進程進行管理與控制，對井下瓦斯、溫度、設備運行狀況等安全環境參數進行動態監測，對出現的不安全因素，隨時隨地進行預警，采取及時有效的措施，將損失降到最低，從而達到煤礦安全管理的科學水平，實現煤礦安全生產的智能化。

3 結束語

綜上所述，將物聯網技術應用到煤礦企業生產中意義重大。如果因地制宜，根據煤礦井下環境的獨特特點，將物聯網技術應用于煤礦井下，對工作人員、煤礦設備、礦用炸藥進行安全管理、對重大災害預警，則將促進煤礦企業更好更快地發展。

［1］第二節煤礦安全管理基礎知識.豆丁網［EB/OL］.http:// www.docin.com/p－488111905.html

［2］物聯網技術.百度百科［EB/OL］.http://baike.baidu.com/ view/2818115.htm

［3］徐 抿.礦用物聯網系統研究［A］.煤礦自動化與信息化第21屆全國煤礦自動化與信息化學術會議暨第3屆中國煤礦信息化與自動化高層論壇論文集 (上冊)［C］.2011.

［4］孫繼平.煤礦物聯網特點與關鍵技術研究［J］.煤炭學報，2011，36(l):167－171.

［5］孫繼平.煤礦安全生產監控與通信技術［J］.煤炭學報，2010，35(11):1925－1929.

［6］孫繼平.煤礦自動化與信息化技術回顧與展望［J］.工礦自動化，2010(6):20－30.

［7］孫繼平.屯蘭煤礦“2·22”特別重大瓦斯爆炸事故原因及教訓［J］.煤炭學報，2010，35(1):72－75.

［8］張登宏.煤礦安全檢測系統的物聯網技術研究［J］.煤炭技術，2011(12):97.