基于物聯網的數字式煤礦安全監測監控技術研究

程文嶺

摘? 要：我國煤礦的工作條件非常復雜，瓦斯、煤塵、頂板、水災、火災等環境因素非常不穩定，其中的安全風險也很大。因此，改進煤礦安全生產技術是確保煤礦生產的重要手段。文章簡述了現有煤礦安全監測監控技術存在的不足，列舉出了物聯網技術在數字化煤礦安全監控系統中的應用。促進了基于物聯網的綜合監測系統的建設，并實現了數字煤礦安全監測技術的開發與應用。

關鍵詞：物聯網;煤礦安全;監控技術

中圖分類號：TD76 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）26-0160-02

Abstract： The working conditions of coal mines in China are very complex， and the environmental factors such as gas， coal dust， roof， flood， fire and so on are very unstable， in which the safety risk is also very large. Therefore， improving coal mine safety production technology is an important means to ensure coal mine production. This paper briefly describes the shortcomings of the existing coal mine safety measuring and monitoring technology， and enumerates the application of the Internet of things technology in the digital coal mine safety monitoring system， thus promoting the construction of the comprehensive monitoring system based on the Internet of things， and realizing the development and application of digital coal mine safety monitoring technology.

Keywords： Internet of things; coal mine safety; monitoring technology

1 概述

我國的煤礦有著復雜的地質條件，主要是以井工煤礦為主，煤礦的數量和產量都很高，很容易引發和造成災難。礦井企業的未來發展方向是信息化和數字化。物聯網技術有助于建設數字式煤礦，而且有助于實現全球感官環境，實現移動目標，協調控制、操作和管理，最終改進企業生產、經營和決策。

2 物聯網概述

物聯網通過諸如射頻識別、監測監控技術、人員位置監測、視頻監視、物理化學傳感器等信息檢測裝置，將各部分連接到互聯網，以便根據商定的協議進行信息交換與對接。最后，實現了智能識別、定位、追蹤、監視和管理，這其中包括在互聯網上建立商品之間的聯系，交換和交換信息。物聯網應用服務模式包括四種類型：智能控制應用于工業或工業客戶企業;智能控制應用公共客戶;數據采集與動態監測;定位跟蹤行業或企業中的客戶。

物聯網的價值在于讓人與事物、事物和事物之間能夠進行溝通。物聯網可以分成三個層次：感知層、底層、間隙層。感知層可以獲得在真實世界中的數據，是物聯網應用發展的基礎應用對象陣列;下層是用于收集數據的感知層，中間層是用于傳輸數據的網絡層，上層主要是應用，正常情況下，感知層包括數據采集、傳輸。通過傳感器等裝置獲取數據，然后通過諸如藍牙、紅外線、總線等數據傳輸技術來傳輸數據。網站現有通信網絡和互聯網是構成物理網絡層的基礎。這也是現有網絡技術的延伸，正在通過各種數據傳輸技術，如有線和無線通信技術、網絡技術等加以實現。由感知層收集的數據信息，并允許智能處理和分析，應用層可以將工業要求結合起來，因為它是數字信息技術與工業專業技術之間的深層融合。體現了物聯網處理數據的特征，并且提供正確的決策，實現知覺和傳輸信息的智能處理，并為用戶提供豐富的特殊服務。

3 簡述數字化煤礦

“數字化煤礦”是計算機和各種網絡技術的組合，這些技術可以自動控制井下設備，并在網絡平臺上均勻提供井下環境信息和電器狀況信息。物聯網的核心就是網絡，新的煤礦安全監控系統的特點是數字化、網絡、模塊化。煤礦數字化的實施取決于為煤礦建立一個完整的四維地理信息系統，從而能夠建立一個三維煤礦地質模型，一個二維電子礦井地圖，以及數字化地面物理模型。以可見和透明的方式管理煤礦的隧道。關于煤炭生產設施和生產進展的實時數據，傳感器及監視和監視技術被用于動態監視生產過程工作建造數字化煤礦可以創造一個更加安全和舒適的工作環境。這有助于控制整個生產過程管理。同時，虛擬設備的集成能夠實時控制實地業務，大大提高煤炭生產的效率。提高企業的活力和競爭力、提高生產安全性，煤炭生產數字信息系統可以為煤礦企業提供技術支持。在煤炭工業中使用這兩種功能可以為煤炭生產提供必要的支持，并對生產進行實時監測和管理。還能預防突發自然災害及相關事故并獲得智慧化生產，促進我國采礦業的可持續發展。

4 現代監測監控技術運用中的不足

4.1 監測監控設備水平參差不齊

中國礦產資源存儲量相對較大，是世界煤炭的重要產地。但是，國內煤炭生產企業在生產水平以及安全防護等方面差別很大。可以說中國目前煤炭生產的特點是中小型國有煤礦共存，這就使得管理煤礦部門煤炭生產的技術設備水平和安全生產質量的監管變得更為困難，相比于其他高水平的國家相差較大。自2012年以來，中國政府有關監管機構對煤炭行業的問題進行了一系列的重組，但情況仍然危急。在中國少數大型煤礦中，許多煤礦沒有排氣設備。但是更為嚴重的是，30多家公司完全缺乏瓦斯氣體監測系統，更不用說管理系統。同時，許多中小型煤礦，無論是生產設備還是監視設備，都長期運作，負荷過重，升級延誤，造成安全風險增加。

4.2 安全生產現代化監測監控水平不理想

眾所周知煤礦處于困難的自然環境中，容易發生多種事故，煤礦安全事故的受害者人數始終是世界上最高的。瓦斯氣體事故在煤礦安全事故中尤為常見，造成大量人員傷亡，并對巷道和礦井設備造成無法估量的危害，這可以說是對生產作業的破壞，還對工作人員的生命和安全也造成威脅。由于煤礦生產環境的特殊性和復雜性，與煤礦生產安全有關的高難度因素，以及絕大多數煤礦生產環境，使得生產安全形勢更加嚴峻。中國絕大多數采礦生產仍依賴于勞動力，屬于勞動密集型行業，無論是采礦生產還是地下的安全監控，都是由工人自己負責。現代監測和監視的普及率很低，覆蓋率不到60%。由此可以看出，安全生產的監測和監視水平并不令人滿意。

5 物聯網技術在數字化煤礦安全監控系統中的應用

在煤礦生產和管理中使用煤炭物聯網技術大大降低了安全事故的可能性，提高了安全系數，保護地下室的人身安全，為我國煤炭工業的長期發展做出貢獻。在煤礦監測和監視系統中使用物理網絡，尤其表現在機械設備監視方面，應該是一個很好的例子。還包括故障診斷，實時監測地下采礦和回收作業，以及三維定位和人員通信這些方面。

（1）以礦井環境的安全監控為目標，實時監測礦井環境安全和各種環境參數，是基于物聯網的閉式在線監測系統的重要功能之一。環境參數通常包括氣體、正壓、負壓、溫度和密閉墻外的周圍氣體等，在收集完成這些數據之后，再由地面中心站進行控制和超限報警處理發送。在互聯網安全監控系統的幫助之下，可以對井下空氣中的氣體等進行監測，并對設備的運行狀況、風速、溫度等環境參數進行實時監測，從而實現對煤炭生產的實時、連續、遠程管理。（2）對井下人員進行實時安全監控，電子數據應按約定格式存入識別卡中。讀卡器和識別卡通過射頻發送非接觸式雙向數據，射頻信號通過發射天線發送。這個讀卡器的天線信號具有一定的有效區域范圍。當識別卡到達這個有效范圍的時候，使用卡的內置天線發送編碼信息，載波信號通過天線控制器發送到讀卡器。讀卡器利用工業總線對接收到的信號進行解碼和設置，然后經過總線將信息發送到各個分站。最后，讀卡器識別信息被傳輸到地面傳輸接口或環形網絡交換機，并從采集程序處理并寫入數據庫服務器。（3）系統可以全面地進行個人信息的采集，包括無線信息采集網絡和以太網有線網絡。無線網絡可以覆蓋到整個隧道，而有線網絡可以進一步傳輸和處理數據。（4）物聯網監控生產線的實時安全。工業電視監控網絡系統是數字化煤礦的重要組成部分。它采用各種先進的監控設備，在井下安裝攝像頭，能夠全面監控煤礦區、煤儲庫、輸送機和重要地面區域，監控信息可以傳送到調度室。各個現場監控管理人員能對各生產線進行動態監控，發現問題及時解決。這個系統是一個基于互聯網的系統，也是一個能夠不接觸測量煤炭產量來進行計量的設備。這個系統通常用于煤礦開采中存在瓦斯或煤塵爆炸危險的場所，還能夠連續自動測量輸送帶上散料的流量和堆積重量。（5）基于物聯網的數據上傳系統是利用計算機網絡、通信、數據庫等技術的數據處理系統。可將人員位置監測系統采集的氣體數據和人員信息上報、傳送至高級管理部門，能夠及時處理相關信息，能夠直接、快速地控制和管理下游煤礦的生產安全形勢，實時預測煤礦的潛在風險，及時發現事故隱患，排除故障實施糾正措施，為進一步的管理和決策提供數據支持。（6）通過物聯網技術對機械設備進行監測，能有效地控制煤炭設備，確保不發生故障，并在出現問題時，可以自己發現并解決問題。很好地規避管理人員因管理不善而可能造成的不必要的風險和損害。（7）井下采掘和道路監控是煤礦監控系統中物聯網的主要動力，我們利用礦井內有限的網絡和無線傳感器全覆蓋，在采掘和采集過程中對空間中的粉塵、一氧化碳等有毒有害物質進行監控，而且和通風機、風窗等設備有效控制空氣中的含氧量。（8）物聯網技術的三維定位和個人通信可以用于地下視頻和語言通信的漫游機制中，提高地下通信的效率和通信質量，對于井下人員的位置進行有效的監控，通過三維定位，也可以直接看到井下人員的移動路線和分布情況，有利于各項工作的開展。（9）通過物聯網技術在礦山的有效運用，使得它向著信息化、自動化、智能化方向發展，極大地改變了傳統意義上依靠相關人員主觀判斷的方式。通過信息采集和感知技術等大規模數據技術的應用，促進了處理平臺的發展更加的優越和高級。

系統的應用積累了豐富的實踐經驗，具有很好的示范作用。根據目前系統的運行情況，系統運行穩定，其成功應用為下一步開展煤礦風險研判及大數據分析提供了技術和數據支撐，為煤礦開展煤礦安全監測監控數據聯網積累了豐富的實踐經驗，具有很好的示范作用。

6 結束語

我國煤礦監控技術正處于發展初期，具有巨大的潛力和空間。如何從控制理念入手，全面學習國內外優秀典型的應用案例并加以介紹和接收。同時，根據自身情況自主研發，也值得整個行業的關注。如今，人們越來越重視煤礦的安全開采，煤礦的安全開采直接影響到公司未來的發展，而煤礦物聯網技術的應用可以更好地定位煤礦開采中的移動目標，煤礦數字化建設與相應的技術相結合，加強了物聯網技術在煤礦數字化監控系統和礦山環境實時安全監控中的應用，井下人員和生產的聯系，意識到了煤炭能源信息化的發展是物聯網技術在數字礦山建設中的應用，是實現煤礦綜合自動化發展的最終趨勢。

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