物聯網在煤礦安全生產中的應用

摘 要：作為一項新興的信息技術，近年來物聯網得到了來自各個國家多個領域的學者的廣泛關注。文章介紹了物聯網的發展歷程，描述了物聯網的基本運作體系及其關鍵技術，從各個方面展示了現代物聯網技術的發生與發展。此外，針對我國的煤礦安全現狀，對物聯網技術在煤礦安全生產中的應用進行了分析與展望，以期對我國煤礦行業的發展起到積極影響。

關鍵詞：物聯網；RFID；煤礦生產；安全監控；救援系統

1 物聯網概述

1.1 什么是物聯網

物聯網，正如它的名字所表現的，是一種重新定義的互聯網技術，它是指把物與物通過互聯網的方式聯系起來，是對互聯網在定義上的延伸與擴展。

1.2 我國物聯網技術的應用現狀和發展前景

日前，物聯網已經在小范圍內取得了一系列可喜的應用成果。上海世博會期間，上海公交系統利用物聯網技術，通過“車務通”，在世博園周邊地區存在大規模車流量的情況下，保證了交通順暢。物聯網技術在物流系統中同樣也得到了應用，“e物流”的問世，使用戶實時查詢準確的貨物信息、對車輛進行追蹤定位、選擇運輸路徑等成為了可能。然而，目前敢于第一個吃螃蟹來應用物聯網的企業并不多，這種局面使得我國物聯網的發展變得較為艱難。

2 煤礦安全概述

2.1 煤礦安全的定義

何謂煤礦安全生產管理？簡而言之，就是指對一切與煤礦生產相關的問題進行管理，通過運用科學有效的管理手段，對煤礦生產所涉及到的的人、財、物進行現代化信息管理與相應維護，從而使煤礦生產所產生的經濟效益得以充分發揮。

2.2 我國現階段煤礦生產中存在的問題

（1）無法實時掌控地下情況。煤礦開采時需井下作業，再加上巷道環境十分惡劣，井地地形非常復雜，地上人員無法實時監控礦井地貌分布，做出相應指示，就使得采煤作業十分艱難。（2）煤礦安全檢測標準與監控系統不兼容。我國煤礦企業眾多，各個企業之間差異較大，因此在安全監控系統在應用時，部分監控系統的功能單一，達不到新標準的要求，相容性較差。（3）缺乏相應的管理技術人才。在應用監控系統時，相關技術人員不能熟練掌握業務流程，造成信息偏差，為后期的決策管理帶來了較大麻煩。

3 物聯網系統在煤礦安全生產中的應用

3.1 煤礦生產物聯網中使用到的關鍵技術

（1）感知層的關鍵技術。在構建煤礦生產物聯網的感知層時，通常會使用到以下幾項關鍵性技術：電子標簽（RFID）、微機電系統（MEMS）和全球定位系統（GPS）技術。擴而言之，就是指在構建物聯網時，感知層就像人體的神經感受器，利用各種微型傳感器對礦井中的各方面信息進行實時監測，采集到井下及井上環境和煤礦工作人員的信息，然后通過嵌入式系統將這些信息進行初步處理，隨即利用無線通信網絡將收集到并處理過的的信息傳送到下一層的接入點，最終到達數據處理終端，對信息處理。（2）網絡層的關鍵技術。在構建煤礦生產物聯網的網絡層時，工程師們通常會使用到的，也就是互聯網相關技術，這些互聯網包括計算機網、移動通信網和無線個人局域網等。他們會將2G/3G/4G網絡、有線寬帶、藍牙、Wi-Fi等通信技術聯系起來，使電信網與互聯網相融合，以期達到讓礦井中地形以及作業人員的信息能夠實時準確地交換的目的。（3）應用層的關鍵技術。在構建煤礦生產物聯網的應用層時，工程師們通常會用到以下關鍵技術：M2M（Machine to Machine）、云計算和人工智能等。M2M旨在把通信技術、軟件智能處理技術和自動控制技術相結合，從而達到自動控制機器設備的目的。云計算是現代信息技術、計算機技術、高等數學等多個學科與技術交融與互補發展的產物，具有強大的處理能力、存儲能力以及非常高的性價比，這些特點，使得應用層為人們提供各項服務成為了可能。

3.2 物聯網系統在煤礦安全監控系統中的應用

安全監控系統，顧名思義，就是指實時監測礦井中各項安全指標的系統。物聯網在構建安全監控系統的過程中起著十分重要的作用。物聯網系統的感知層通過遍布于礦井各處的傳感器，能夠實時監測到各種安全檢測指標，包括礦井空氣中存在的有毒有害氣體（如甲烷、一氧化碳）、礦井中空氣質量的狀態（如風速、壓強、溫度、濕度、含氧量）、礦井中通風設備的運行狀態（如是否開啟，是否運轉良好）等等，此外，安全監控系統還能在緊急情況下切斷礦井下部分電器設備的電源供應，使之停止運轉，從而降低經濟損失，避免人員傷亡。

構建安全監控系統時，可以按井上和井下將系統分為兩個部分，這兩部分分別具有不同的職能。井下部分也就是物聯網的感知層和網絡層，其主要職能是采集礦井中的地理環境信息以及作業人員信息，如井下空氣溫度、濕度、瓦斯氣體含量、人員位置、儀器分布等，再通過網絡層上傳至基站；井上部分則是物聯網的應用層，其主要職能是接收網絡層傳輸而來的數據并對它們進行分析處理，以報表、圖表、文字等形式將信息傳遞給操作人員，并且可以實時對井下各種儀器設備實施人為控制。同時，作為一個數據處理工具，它需要具備各種查詢統計功能。

3.3 物聯網在井下救援系統中的應用

井下救援系統，顧名思義，就是指在緊急情況發生時，能迅速分析環境及人員傷亡信息并將其整合，輔助制定出可行的逃生救援方案，并具有執行能力的系統。用于井下救援系統的物聯網的工作原理是通過覆蓋整個巷道的無線信息采集網絡對人員信息進行采集和傳輸，得到的信息可通過有線網絡傳輸至井上，隨后可在數據終端進行相應處理。井下人員通常可通過以下過程定位：井下人員需隨身佩戴能定時發射存在信息的信息采集節點，由于巷道中遍布能接受采集節點信號的傳感器路由節點，故而能及時接收到這些信息，并且根據接收到的信號強度判斷出作業人員位置，而強大的無線或有限網絡可將人員位置信息實時傳輸至井下救援系統終端，通過操作臺便能對井下作業人員進行實時監測，一旦有緊急事故發生，操作臺工作人員方能篩選出有用信息，迅速制定出可行的救援方案，避免人員傷亡。

3.4 物聯網在煤礦工作人員日常管理中的應用

物聯網的電子標簽技術可用于礦井工作人員的日常考勤、區域分配、健康檢測。在實際應用中，可以對工作人員進行編號，在日常工作時，要求工作人員必須佩戴唯一編號的識別卡。這張識別卡就相當于一個傳感器，能實現對佩戴人員的實時定位功能。而對工作人員相關信息的管理則通過物聯網的應用層來實施，應用層的管理系統終端能錄入人員的基礎數據、日常考勤及定位信息，并能實時更新工作人員的位置信息，從而建立新的數據庫。識別卡還能對礦工的健康參數進行監控，及能夠時獲取礦工的生理生化相關指標，判定其健康狀況，從而做到對疾病的預防和控制。此外，當出現緊急事故時，也能通過分析留存于讀卡器中電子標簽的相關信息，大致判斷出工作人員的位置。

4 結束語

物聯網是社會主義信息化社會發展過程中的必然產物，我國信息化產業的發展依賴于物聯網技術的發展，煤炭行業作為我國發展所必須的支柱性產業，將在未來工業發展中占據重要地位，因此，在建設信息化社會的過程中，研究如何將物聯網技術應用到煤礦生產中具有重大意義。如何做到因地制宜，在煤礦開采時充分利用物聯網技術，將是未來社會發展亟待解決的重大問題。

參考文獻

[1]王保云.物聯網技術研究綜述[J].電子測量與儀器學報，2009，23（12）：1-7.

[2]張凱，謝雯婷.物聯網導論[M].北京：清華大學出版社，2012，4：53.

[3]陸嘉恒.Hadoop實戰[M].北京：機械工業出版社，2012，11：32.

[4]楊建中.煤礦企業安全管理手冊[M].徐州：中國礦業大學出版社，2006.

[5]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.