基于物聯網技術的“智慧礦山”建設探討

（拜城縣眾維煤業有限公司，新疆 維吾爾自治區 842300）

物聯網被稱作是信息界的第三類技術革命，它是一種以信息技術為核心，多學科互容的技術，需要持續地、有流程地進行建設。在智慧礦山體系中，礦山物聯網進行軟硬件接口定義以及提供現實的載體，各個模塊能夠對業務系統的功能進行有效的驗證和礦山物聯網帶來的現場效果的展示，因此可以看出對于建設基于物聯網的智慧礦山將具有重大的示范性意義。

1 物聯網技術與“智慧礦山”

物聯網也是傳感網，它通過多種信息傳感設備，按照約定的協議，完成人與人、人與物、物與物互聯的感知網絡[1]。其將信息傳感器收集的各種信息，通過互聯網等進行信息的傳達與交換，利用智能計算機進行分析處理數據，從而提升對物質資料的感知能力，從而實現識別、跟蹤、控制、管理和決策的一種網絡含義。

“智慧礦山”以物聯網為基礎，以地理信息系統為支柱，實現礦山數字化，是多種技術相結合的多級分布式計算機網絡，利用該技術對礦山企業所需要的數據資料進行采集、傳輸、可視化展現和自動化操作的一種數字智能系統，完成礦山安全生產中的信息整合以及自動化控制，降低煤炭生產成本，提升生產過程中的工作效率和安全生產的標準，逐步達成智能生產和管理[2]。

基于物聯網技術的“智慧礦山”建設實在信息化、自動化基礎之上，將煤炭產業的開采、安全、輸送、銷售、雇傭、人力、采購等所有的子系統集成為一個整體，完成各種各樣信息的管理和傳達，存儲和分析該礦山的各種信息資料，提出決策信息和解決方法，并自動地反饋到相應的自動化設備。進行礦山物聯網的研究對于煤炭行業的信息管理、安全生產和礦業企業的競爭能力具有較高的價值意義。

2 礦山發展現狀及形勢

在我國絕大多數的礦業企業表現為地理條件較差，生產過程復雜，工作場地黑暗艱苦，開采地面隨時會發生移動，由于地質條件的不斷變化，開采過程中會發生新的情況和問題，若不能及時采取合理的措施，就可能會導致重大事故，為了改善這一問題，許多大型的國有礦業企業不斷加大技術改革，利用先進的信息化和自動化代替原有的傳統落后的技術，全面改變煤炭生產面貌，塑造現代化、集成化、精細化的煤炭企業新形象。

在過去的幾十年里，我國礦業企業的信息建設逐漸轉變為初步自動化，從過去到未來的發展趨勢大致可以分為下面4種階段：

①信息電子化。利用單一的電子部件進行收集數據資料，通常以文本、電子表格等樣式記錄統計，使生產信息邁向電子化階段。②礦山數字化。將礦井的日常安排、生產設備的管理、運營等信息通過礦山數字化信息系統進行入庫統計，利用數據庫儲存大批量的業務數據資料，形成生產信息的數據庫化，以系統的方式呈現和掌握整個礦山的生產和發展狀況。③虛擬礦山。把整個真實礦山和和它有關的東西都聯合起來，連接視頻監控系統、安全生產監測系統等達到井下真實場景虛擬重現和視頻可見，與模擬仿真的礦區場景結合在一起，完成輔助分析功能。④智慧礦山。在虛擬礦山的基礎上，通過物聯網技術手段系統地融合信息形成管理、監測、監控三者的一體化，使用人工智能實現科學的和智能的決策，并采用跟蹤和導航定位技術實現生產的遠程操控和無人化。近年來，我國對于礦業企業安全生產和信息自動程度的要求不斷提高，礦業企業自身對安全生產、生產效率及管理標準的需求也越來越高，已有的落后的發展模式很難前進，一定會被先進科學的礦山物聯網技術所代替，基于物聯網的數字化智慧礦山建設會去的巨大的成功，確保安全、可靠、智能、的煤炭生產管理。

3 “智慧礦山”的體系結構

建設基于物聯網的數字化“智慧礦山”的目的是使礦業生產管理實現綜合自動化生產，物聯網的數字化“智慧礦山”的結構設計從上到下主要可以分為感知層、傳輸層及應用層三個體系層次，主要內容表現為下面幾種方面。①感知層是整個物聯網的數字化“智慧礦山”的基礎，主要目的是收集井下環境中各類數據資料，并通過傳感設備將這些信息集中在傳輸層，為數字化“智慧礦山”做準備。②傳輸層的目的是解決感知層所得數據及時有效的傳輸，把數據和網絡相結合，運用到傳輸過程中，最終實現數據、語音、視頻等信號的傳送。③應用層是整個煤礦礦山物聯網建設的關鍵體現，煤礦生產管理的自動化、信息化、數字化的集中表現。它將原有獨立、無聯系的子系統集成為一個完整的綜合應用。通過對上一層的數據進行計算，研發新的體系，增加可視化處理，建立綜合管理的可視化管理。使用綜合管理系統對煤礦生產經營的各個環節進行安全監測，達到安全管理的效果。

“智慧礦山”的體系結構，如圖1所示。

圖1 智慧礦山體系結構

4 基于物聯網的數字化“智慧礦山”建設的必要性

①健全井下避險系統。我國國家安全監管總局明確要求礦業企業必須完成安全避險系統，日前已經有多數礦業礦井實現了該建設任務，避險系統建成后是否能夠正常工作和災后是否能夠有效發揮作用，這對于井下作業人員的人身安全相當重要。利用物聯網系統可以隨時掌握井下工作人員的工作情況，災后及時傳達準確的避災路線，完成安全逃脫，同時還可以為井上工作人員創造良好的救援條件。②監測、預警礦井災害。由于井下情況隨時都在變化，危機重重且很難掌握其規律，為了保證井下工作人員的安全，需要提高井下危險區域的監測力度，及時預見災害發生并告知工作人員迅速避險。目前礦業礦山已建成的監測系統功能較為單一，數據形式不統一，監測效果不理想。通過物聯網系統將所有的監測數據進行集成，綜合考慮，分析比較，則井下的預測效果會明顯提高。③礦業領導決策合理。由于井下災害突發性很強，當井下發生災害時，井下領導及時掌握現場情況，能夠做出迅速、正確的撤人及一系列救援決策，領導迅速做出正確的決策就要具備快捷的通訊設備和指揮手段，全方面的了解井下情況，這需要不斷加強井下工作人員的定位、無線通訊以及各種檢測預警系統，及時掌握災害情況，與井下工作人員溝通，指揮井下工作人員快速撤離。

5 存在的問題及建議

日前，我國有一部分礦業企業已建成了智慧礦山，初步實現了信息融合、智能開采和安全生產，但基于物聯網的數字化“智慧礦山”技術還不夠成熟，仍然存在一些問題和不足，為此本文提出了幾點建議，為企業安全生產、高效管理提供了理論基礎。

5.1 存在的問題

①我國所有的礦業企業的“智慧礦山”是在已建成的子系統的基礎上建立的，其中有一部分子系統建設的時間比較早，相關技術還不夠成熟，數據資料形式不能夠統一，多系統并存不兼容，給智慧礦山的建設帶來較多困難。②有些礦業企業的“智慧礦山”的子系統不完善，所需要的數據缺失，井下領導通過單一的數據進行判斷，掌握的并不是真實的環境情況，缺少大量的信息，導致不能呈現真實的井下狀況。③部分礦業企業領導者沒有意識到“智慧礦山”的建設是一個不斷進步的過程，沒有感受到任務的艱巨性和長期性。④極少數礦業企業表現著生產和系統體外運行的情況，沒有實現改善管理、保證安全的目的。實施單位完工后，就會出現各種各樣的問題，嚴重影響系統的使用效果。

5.2 提出建設性的建議

①我國礦業企業在“智慧礦山”的建設上務必做到科學合理、統一規范、并嚴格積極實施。保留多余的接口，為方便以后新系統的接入。②要不斷完善各子系統，增加多個新系統接入，豐富信息來源，實際掌握更加全面的信息數據，發揮智慧礦山系統的“強集成”作用，強調綜合使用價值。③在智慧礦山的建立和運行中要不斷融入新的管理思想、管理理念、工藝、技術手段。利用光纖技術，實施井下光纖安全監測系統，升級已有的數據收集系統，使數據資源更加豐富，收集手段成本低、效率高。④必須組織相關井下工作人員深入掌握和了解智慧礦山，把智慧礦山建立的過程當作是人才培養的過程，實現與實施單位共同進步、共同提高。⑤由于智慧礦山建成后各個子系統分屬于不同的管理部門，因此應該建立管理機制，落實管理任務，健全智慧礦山系統及各個子系統維護管理，保證智慧礦山系統正常運行，為整個礦山開采提供有力的支持。

6 結語

基于物聯網技術的“智慧礦山”以信息化、自動化為基礎，將煤礦中涉及到的生產運營、安全調度、資源運輸、人員管理、數據收集等所有的子系統集成為一個整體，通過統一管理分析平臺完成各類數據信息的統一管理、存儲于共享，并將數據信息自動地分享給設備設施和操作人員，實現煤礦資源的自動化、科學化管理。