物聯網技術在煤礦應急管理中的應用研究

摘 要：目前，我國煤炭安全生產形勢依然嚴峻，煤礦企業應急管理水平普遍較低，物聯網技術在煤礦應急管理中的應用將大大提升安全生產水平。文章結合物聯網的技術特點和應急管理的客觀規律，以“感知——預警層、網絡——信息傳遞層、應用——應急處置層”三個層次為基本組織架構，探討了基于物聯網技術的煤礦應急管理主要內容。

關鍵詞：物聯網 煤礦 應急管理

中圖分類號：F407.21 文獻標識碼：A

文章編號：1004-4914（2013）01-257-02

一、引言

煤炭作為我國最重要的能源之一，其安全生產狀況備受社會關注。通過持續不懈的努力，煤礦的安全生產狀況呈現出總體穩定、持續好轉的發展態勢。煤炭百萬噸死亡率從2002年的4.94下降到2011年的0.56，下降幅度接近90%，但和歐美國家百萬噸死亡率0.03左右的水平還有很大差距，安全生產形勢依然嚴峻。如何加強煤炭生產事故預防，提高事故應急處理能力，實現應急管理的現代化和信息化，已成為煤炭生產企業迫切需要解決的問題。

物聯網技術的出現，為煤礦應急管理水平的提升提供了契機。“物聯網”也稱為“傳感網”，是指通過一系列技術手段如射頻識別、傳感、全球定位等，按照實際需要，不間斷地采集物、人、環境的實時信息，通過各類可利用的網絡和特定程序接入實現信息的有效傳輸和實時處理，實現智能定位、識別、監測、預警等功能的新興網絡技術，從而完成物與物、物與人、人與人之間的信息交互，最終實現人對生產全過程的智能化管理。目前，物聯網已經在多種行業開始運用，在煤炭生產行業，已有許多煤礦引入了各類物聯網應用系統，并取得了令人滿意的效果。如2010年，黑龍江省龍煤集團七臺河分公司運用物聯網技術對物流倉貯中心進行管理，使物資管理實現了“實時化、可視化、透明化和一體化”，與2009年同期相比，生產材料新品投入減少6000萬元，回收復用增加3000萬元，儲備金減少1290萬元，周轉天數減少10天，使企業產生了巨大的經濟效益。

目前，已有一些專家學者對物聯網在煤炭行業中的應用進行了研究，如吳立新、汪云甲等對如何運用物聯網建設數字礦山的發展方向進行了探討；張鋒國、林曙光等對如何構建礦區物聯網網絡架構進行了研究；施祖建、汪麗莉等從行政執法、重大危險源、移動危險源等角度分析了物聯網在政府監管上的應用，但如何運用物聯網技術提升煤礦企業的應急管理水平方面的研究很少，應該引起廣大專家學者的關注。

二、基于物聯網的煤礦應急管理平臺組織架構

根據物聯網的主要技術功能和應急管理的主要構成階段，形成技術層面與管理層面的相互對應，分為感知——預警層、網絡——信息傳遞層、應用——應急處置層，如圖1所示。

1.感知——預警層。感知層主要由各種傳感器組成，可以準確采集人員、設備、環境等的實時數據，如人員位置、有害氣體濃度、煤塵濃度、設備運行狀況、煤炭開采情況、地下水位變化、頂板壓力等。根據實際需要，各類傳感器可以有效地分布在各個工作面，從而構建一個巨大的傳感網絡層，將采集到的數據通過網絡層的通信模塊傳送至控制計算機，進行數據整理，為全面感知提供基礎保證。預警是應急管理的首要階段，指在危害發生之前，根據監測數據對比危險發生的臨界值，判斷災害或事故發生的可能性前兆，向相關部門發出報警信號，以避免危害在不知情或準備不足的情況下發生，從而最大限度地降低危害所造成的損失的行為。物聯網“感知技術”的發展可以使應急管理的預警能力大大提升，能夠有效降低預警階段人的失誤率，提高對危險源監測的連續性和準確度，切實提升預警功能。

2.網絡——信息傳遞層。物聯網的網絡層一般是指無線傳感網絡，是一種網絡化信息系統，將分布式信息采集、傳輸、處理技術溶于一體，能夠將各類傳感器實時采集的信息通過無線通信網絡傳送到用戶終端的數據庫。隨著云計算技術的快速發展，網絡信息流暢傳遞、海量數據存儲和快速信息處理能夠以較低的成本得以實現，這也加快了物聯網技術應用于應急管理的普遍推廣。信息的全面、快速、準確傳遞和處理是應急信息管理平臺建設的重中之重，是提高應急反應速度和科學決策的關鍵，是應急管理成功與否的決定性因素。

3.應用——應急處置層。應用層是對所收集的各類信息進行分析處理利用的各類平臺和軟件，是完成從“數據——信息——知識——決策”的智能演化。對于應急管理來說，有助于進行科學的應急處置。一般包含視頻監控系統、設備監測系統、環境監控系統、人員管理系統、應急物資調動系統、應急通信系統、應急指揮系統、應急預案系統等。

三、基于物聯網的煤礦應急管理主要內容

1.煤礦生產事故危機預警。從目前我國煤炭生產企業總體事故預測水平來看，總體水平較低，事故預測的及時性、連貫性、準確性較差，事故預警的臨界參考基礎數據缺乏或數據處理能力，事故預警的功能并沒有切實實現。隨著物聯網技術和云計算技術的發展，上述問題將得到改變。第一，物聯網技術解決了預警基礎數據連續、全面、準確采集和傳遞的問題。豐富的各類信息，能及時發現事故發生的前兆，判斷可能的發展趨勢，為科學決策提供基礎，提高預警的可靠性；第二，云計算技術的發展和普及，解決了對大量的信息的存儲、計算及成本費用問題。

技術的發展使事故應急預警啟動條件和臨界變量閾值問題有望得以解決，預警變量閾值可以綜合多方面因素，一是井下各種有毒有害氣體含量，如甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氧氣等；二是設備運行情況，如采煤機、水泵、風扇、等；三是各類生產環節狀態，如電壓、煤倉煤位、地下水位、空氣溫度、風速、負壓、頂板壓力等；四是人員工作狀況，如違章操作、離崗等。預警的準確性、及時性會大大提高，突發事件的發生率會大大降低。這使企業事故應急管理工作的重心前移，從事故救援逐步轉移到以防為主的感知預警。這對企業和社會都具有重大意義，大大降低了事故發生率，從被動應急救援逐漸轉向主動的預警防災。

2.井下人員定位及身份識別。目前，我國的多數煤礦生產設備落后，安全技術水平低，加之井下生產環境及其復雜，對井下人員的工作狀態達不到實時掌握，經常出現事故發生后無法及時明確井下人員所處位置及身份的情況。這給應急預案的選擇、救援決策制定及救援行為等工作都造成了嚴重障礙，導致錯過救援的黃金時間，造成重點生命和財產損失。

通過基于物聯網技術研制的各種煤礦人員定位系統可以很好地解決上述問題。功能上能夠實現人員升降井考勤、限制區域報警、人員定位監控等，為井下人員的安全提供保證。一般人員定位及識別系統的硬件設計主要由計算機信息處理中心、基站和礦工所帶的射頻識別卡組成；軟件設計主要包括基站與計算機信息處理中心，基站與射頻識別卡的軟件設計。系統的基本工作流程是井下基站會自動收集井下工作人員隨身攜帶的射頻識別卡信息，該卡具有唯一性，信號經過微控制器處理后，通過各類無線或有線網絡將信息發送到地面計算機信息處理中心，通過相應軟件平臺使井上管理人員實時地了解井下人員狀態，一旦發生危機事件，可以及時確定井下受困人員數量、位置及快速識別遇難人員身份，為提高應急救援效率、妥善進行應急善后處理打下良好基礎。系統運行基本流程如圖2所示。

2.應急救援物資科學調度。一旦煤礦事故發生，科學調度應急救援物資便成為應急管理現場處理階段的核心工作之一，大量的煤炭生產事故應急救援經驗表明，能否及時、合理、科學地對應急救災物資進行企業內、部門間、地區間的調度，直接影響最終救援效率和效果，導致應急救援結果的巨大差別，應該成為煤炭企業應急救援工作研究的重點。

以射頻識別技術（RFID）為核心的物聯網技術已經進入了成熟發展期，它集成了無線通信、芯片研發與制造、標簽封裝、系統集成等技術，能大大提高應急救援物資調度的科學性，特別是在事故應急救援中的各類救災物資、車輛、道路實施動態調度、數量監測、標準核實、實時監控、運籌管理等方面有重要的應用價值。為事故救援提供強有力的后勤保障。

4.應急救援輔助決策。事故的發生、演變存在著錯中復雜的邏輯關系。要對危機事件進行快速有效應對，使損失最小化，就必須建立智能決策輔助系統。這類系統以各種信息為基礎，以預警分析、事件分類分級、預案評估、預案選擇、預案優化、資源調度等問題為對象，利用各種模型、分析方法、模擬技術等對有關數據進行科學處理，實現分析和預測功能，為決策部門提供依據。利用物聯網技術及時獲取事故相關信息并向管理部門快速報送，準確研判事故發展趨勢和救援需求，可以使救援指揮決策人員及時掌握事故現場基本情況，實現事故一線救援與指揮中心的實時聯絡，改變決策者依靠自身經驗和判斷做出決策的現狀，大大提高決策的科學性和有效性。

四、結束語

我國煤炭生產百萬噸死亡率與發達國家相比仍然很高，原因之一在于我國的煤炭生產企業應急管理水平低下，物聯網技術在煤礦企業應急管理中的應用讓我們看到了改變這一狀況的希望。通過物聯網技術對各類信息的連續的感知、獲取、傳遞和處理，使應急管理的預防、預警、現場處理和事后完善各個階段的效率大大提升，對我國煤礦企業實現安全生產具有重大意義。

參考文獻：

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（作者單位：黑龍江科技學院 黑龍江哈爾濱 150027）

（責編：賈偉）