物聯網技術在煤礦綜合信息化建設中的應用研究

摘要：通過整合物聯網技術，可以實現對煤礦生產環節的實時監控、智能化預警以及遠程操作，進而提升煤礦的安全性和管理質量。該文首先對煤礦綜合信息化建設進行概述，然后分析了物聯網技術在煤礦綜合信息化建設中的作用，最后提出了物聯網技術在煤礦綜合信息化建設中的具體應用。

關鍵詞：物聯網技術；煤礦；信息化建設

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.11.054

中圖分類號：TD 82；TN 92；TP 3" " " " " " " " "文獻標志碼：A" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2024）11-0-03

Application Research of Internet of Things Technology

in Coal Mine Comprehensive Information Construction

SU Feng， HAN Yufan， CAI Xiaoli， YAG Kangkang

（Shaanxi Zhengtong coal industry limited liability company， Xianyang 713600， China）

Abstract： Through the integration of Internet of Things technology， real-time monitoring， intelligent early warning and remote operation of coal mine production link can be realized， so as to improve the safety and management quality of coal mine. This paper first summarizes the comprehensive information construction of coal mine， then analyzes the role of Internet of Things technology in the comprehensive information construction of coal mine， and finally proposes the specific application of Internet of things technology in the comprehensive information construction of coal mine.

Keywords： Internet of Things technology; coal mine; information construction

傳統的煤炭開采方式存在諸多安全風險和效率挑戰，因此迫切需要推動煤礦的信息化、自動化和智能化發展。物聯網技術憑借其獨特優勢，為煤礦的全面信息化提出了創新的解決策略。在煤炭生產流程中通過整合傳感器、無線通信和數據分析技術，能夠實現實時監測礦井環境、智能化設備管理及精確的工作人員定位，進而大幅提升煤礦的安全運營效能和管理質量。

1" "煤礦綜合信息化建設概述

隨著信息技術的持續進步，煤礦行業深刻認識到信息化建設對于提升生產效率、減少生產成本及保障作業安全的必要性。因而，構建煤礦綜合信息化體系成為行業發展的關鍵目標。這一體系建設主要包括四個關鍵方向：第一，煤礦生產自動化系統是信息化建設的核心，涵蓋礦井監控與控制、通信、定位與管理等多個子系統，旨在實現數據的精準采集、傳輸、處理和分析，為優化生產提供科學決策支持，進而提升效率。第二，煤礦安全管理信息系統的建立，包括安全監測、應急救援和安全培訓等模塊，能全面監督礦井的安全生產流程，有助于提升安全管理水平，減少事故的發生。第三，煤礦經營管理信息系統的建設，如生產計劃管理、設備管理和物資管理等系統，促進了礦井運營的信息化管理，以此提高管理效率，降低成本。第四，煤礦環境監測與治理信息系統，具備環境監測、污水處理和廢氣治理等功能，確保了礦井環保工作的有效執行，維護了良好的生態環境。

2" "物聯網技術在煤礦綜合信息化建設中

的作用

2.1 提高生產效率

通過在設備上集成傳感器和執行器，能即時獲取設備運行的各種關鍵數據，如溫度、振動和壓力等。這些信息會被傳輸至中央處理系統，運用數據分析和機器學習方法，可預見設備可能出現的問題和維護需求，進而實現提前干預，降低設備故障和停工時間。物聯網技術還能實時追蹤煤炭的生產和運輸情況，通過對生產數據的深入分析，有助于優化資源配置和改進生產流程[1]。根據煤層的實際狀況調整開采策略，或依據市場動態靈活調整產量，以提升資源利用率和生產的適應性。

2.2 保障安全生產

通過安裝環境監控傳感器，可以即時監測煤礦內的關鍵安全參數，如瓦斯濃度、一氧化碳水平、溫度和濕度等。一旦檢測到任何異常情況，系統會立即啟動警報，使管理者和礦工能迅速采取應對措施，防止事故的發生。另外，物聯網技術還能實現對礦工的定位和行為監控。通過使用智能手環或胸卡等裝置，可以實時跟蹤礦工的位置，保證其處在安全的工作區域內。通過分析礦工的行為模式，能夠識別并預防不安全行為，進而通過及時的干預和培訓，提升礦山的整體安全水平，保障礦工的個人安全。

2.3 降低運營成本

通過在礦區部署各種傳感器和監控設備，能夠實時監控煤礦的重要區域。這些設備能收集環境指標、設備運行狀態和工人安全情況等數據，并立即傳送至中央控制系統。利用遠程監控系統，管理人員能在控制中心全面掌握礦場的運行情況，無須人員親自到危險的現場，既節省了人力成本，也降低了工人的安全風險。實時的智能診斷系統可以預測并檢測設備故障，預防大規模故障的發生，大大減少了緊急維修的次數和費用。另外，物聯網技術推進了能源管理的智能化，通過精確監測和分析煤礦設備的能耗，能找到節能降耗的潛力，優化設備使用和維護計劃，避免無效的能源消耗，以實現最高效的能源利用。

2.4 提升管理水平

物聯網技術的運用構建了一個綜合性的信息管理平臺，涵蓋生產、設備、人力和物資等各個方面，從而為決策者提供了全面的數據依據，推動了煤礦運營的精準化管理。在優化生產流程、提升生產效率和產品質量上，實時數據的收集與分析起著關鍵作用。在設備管理中，物聯網技術能實時監控設備狀態，提醒相關人員及時進行維修或替換，保證設備的最佳運行，延長其使用壽命[2]。在人員管理方面，物聯網系統具備員工定位和健康監測功能，有力地保障了員工的安全與健康。而在物資管理上，借助智能標簽和追蹤系統，能夠有效地監控物資流動，避免庫存積壓和浪費。物聯網技術還支持強大的數據分析能力，為管理層的決策提供了有力支持。通過對比歷史數據和實時數據，管理者能洞察潛在問題，抓住機遇，進而制定出更為科學和實際的策略規劃。

3" "物聯網技術在煤礦綜合信息化建設中

的具體應用

3.1 實時監控與數據采集

物聯網技術在礦區的應用能實現全面且即時的監控，依賴于部署的各種精密傳感器和智能設備。這一體系中包括瓦斯檢測器、溫濕度傳感器和煤塵監測儀等多種設備，它們被安置在開采面、輸送帶附近和通風通道等重要位置，以提供詳細的環境數據。瓦斯濃度的監測尤為關鍵，因為其積聚會引發爆炸或火災。一旦物聯網系統檢測到瓦斯濃度超標，會立即預警并自動執行應對措施，如增強通風或緊急撤離人員，顯著減少事故風險。物聯網技術還能追蹤設備運行狀態，包括機電設備的工作效能和能耗，實現實時監控。這有助于保持設備的最佳運行狀態，提前識別故障，防止意外停機，從而提升生產效率和設備使用率。所有數據經由無線網絡匯總至中央數據庫，該庫不僅能存儲信息，還能處理和解析數據[3]。通過深度分析數據，管理者能做出有關煤礦運營效率、人員安全和環保的科學決策。分析能耗模式可揭示潛在的科學決策，或者識別出潛在的安全隱患，以便提前采取措施防范。

3.2 安全管理與預警系統

安全管理與預警系統以物聯網為基礎，能實時追蹤煤礦的各種環境和機械指標，如瓦斯濃度、一氧化碳水平、溫度、濕度、風速及設備運行狀況等。這些數據借助無線網絡即時傳送至中央控制中心，由安全管理與預警系統對這些信息進行深度分析和處理。一旦系統發現異常，如瓦斯濃度過高，超出安全標準，會立即啟動預警響應。這不僅會通知管理人員，還能自動啟動通風設備以減少有害氣體，或關閉會造成危險的設備。系統利用定位技術準確識別問題源頭，有助于快速應急響應。該智能安全管理系統運用了機器學習和人工智能，能根據歷史數據和趨勢預測風險。不僅能對即時數據做出反應，還能預測潛在問題，并預先采取行動，極大地減少了事故發生的概率。

安全管理與預警系統在部署傳感器設備于礦井的各個區域，持續監測其運行狀況。這些傳感器通過無線通信技術將收集的數據傳輸到中央計算機，并運用數據挖掘技術和專家知識庫對煤礦的安全狀況進行預測，并能迅速對潛在危險區發出預警。同時這些數據會被存儲在數據庫中，作為專家系統決策的參考依據。安全管理與預警系統的架構可分為三層。第一層是感知層，主要負責通過傳感器獲取并匯集煤礦的狀態數據，采用分布式總線通信技術控制中心進行雙向信息交換[4]。常見的無線通信技術包括Wi-Fi、Zigbee和千兆以太網等。第二層為傳輸層，其主要任務是確保各節點間的有效通信。鑒于煤礦環境復雜，部分區域無法供電，此層采用了有線與無線相結合的混合網絡布局。關鍵節點間的通信采用有線（如CAN總線）方式，而對于供電困難或距離遙遠的區域，則使用無線（如Zigbee）通信。第三層是應用層，扮演著類似于人腦的角色，處理大量數據的分析和存儲，并通過上位機實時展示分析結果。

3.3 自動化控制與優化

通過將傳感器、通信設備以及智能控制系統相結合，煤礦企業能夠實現更高級別的自動化控制，從而為工人提供更安全的工作環境，并顯著提高整體運營效率。借助于先進的物聯網平臺，煤礦管理者可以在地面的控制中心實時監測井下的各種情況。這些信息包括但不限于溫度、濕度、瓦斯濃度等關鍵參數的變化趨勢。一旦發現異常情況，系統會立即發出警報，提醒相關人員采取措施。此外，基于大數據分析的結果還可以幫助企業優化生產流程，比如調整通風量以減少能耗或預測設備故障時間以便提前維護，從而避免因突發問題導致的停工損失[5]。此外，傳統的采煤方式往往需要大量人力參與其中，尤其是在地下深處作業時存在較大風險。而現在，利用物聯網技術連接起來的自動化采煤機則可以完全由地面人員通過專用軟件進行遙控操作。這種模式不僅大大減少了直接暴露于危險環境中的員工數量，同時也使得每一次切割動作都更加精確無誤。例如，在遇到復雜地質條件或者需要特別小心處理的區域時，經驗豐富的工程師可以通過視頻反饋來指導機器完成高難度任務，確保既高效又安全地完成任務。物聯網技術的應用為煤礦自動化控制與優化提供了強有力的技術支持，不僅提升了煤礦的安全性和生產效率，還促進了環境保護和可持續發展。

3.4 資產管理與維護

物聯網技術的引進為煤礦的綜合信息化建設注入了智能化和自動化元素，顯著提高了設備管理和安全水平。借助在煤礦設備上安裝的射頻識別標簽或智能感應器，監管人員能實時掌握每一臺設備的動態和狀況。這種實時監控不僅增強了設備調配的時效性，保證設備隨時可用，還能有效防止設備遺失或不當使用。比如，一旦挖掘機完成任務，系統會自動記錄并指示其移動至下一工作點或返回維修站。物聯網技術還能收集大量設備運行數據，如溫度、振動、壓力等關鍵參數。通過進行數據分析，可預判設備故障及維修需求，提前進行檢修，減少非計劃停機，增強設備穩定性，延長設備壽命，進而降低總體運營成本。另外，物聯網技術也能助力煤礦企業優化能源管理。通過監測設備能耗，能識別并改善低效設備或流程，這樣既節能減耗，有利于環保，又能提升經濟效益。

3.5 供應鏈與物流優化

物聯網技術在煤礦行業的綜合信息化構建中發揮著關鍵作用，特別是在供應鏈和物流管理領域。首先，通過運用物聯網系統生成的大量數據，配合高級的數據分析工具和算法，能預測煤礦的生產動態、市場需求變化及供應問題，使企業能預先做出適應性調整，保障供應鏈的高效運作。其次，物聯網技術可提升庫存管理的智能化，系統依據實時數據自動調節庫存，避免過剩或短缺，降低庫存成本，提升資金流動性。再次，通過物聯網技術可實時追蹤煤炭運輸情況，改善運輸路線，減少時間和成本，監控車輛狀態，預防故障，保障運輸安全。最后，物聯網系統能詳細追蹤物資消耗，助力企業有效管控原料和設備使用，防止浪費，實現資源的最大化利用。

4" "結束語

總之，物聯網技術在煤礦的綜合信息化發展中展現出巨大的潛力，有助于優化作業環境，降低事故概率，提升資源使用效率和生產效能，但是其實際應用仍面臨技術成熟、系統穩定性和數據安全等挑戰。為充分發揮物聯網技術在煤礦信息化中的效能，我們需要加強其應用場景設計，強化技術研究與人才培育，建立相應標準和規定。政府和企業應增加對此領域的投資，推動技術研究與實踐，以此促進煤炭行業的持續健康發展。

參考文獻

[1] 丁恩杰，廖玉波，張雷，等．煤礦信息化建設回顧與展望[J]．工礦自動化，2020，46（07）：5-11．

[2] 董振楠．互聯網時代下煤礦信息化建設的技術[J]．電子技術與軟件工程，2020（14）：249-250．

[3] 楊毅．物聯網技術在煤礦綜合信息化建設中的應用分析[J]．山東工業技術，2017（15）：35-36．

[4] 王玉斌．物聯網技術在煤礦綜合信息化建設中的應用研究[J]．通訊世界，2016（01）：4-5．

[5] 張先勝．物聯網技術在煤礦綜合信息化建設中的應用[J]．數字技術與應用，2015（12）：132．