面向煤矿安全生产的物联网应用模式及关键技术分析

陈宜荣

（江苏省徐州经贸高等职业学校，江苏 徐州 221004）

引言

结合近几年对煤矿安全事故的统计分析看，人为因素、设备因素和环境因素三方面导致的安全事故占总事故的90%。目前，国内一些煤矿企业的监测控制系统主要集中在对通风机、水泵和变电所等固定设备的监测上，并未对斜巷绞车、采掘机械和无极绳绞车等移动设备进行监测，一些安全隐患无法及时被发现，容易制约煤矿企业的安全生产。究其原因，是有线传输方式的技术限制导致的，因此，结合人为不安全因素、设备的不安全状态和环境的不安全条件，对物联网模式和技术的应用研究就十分有必要，下面将具体分析物联网系统在煤矿生产中的应用。

1 面向煤矿安全生产的物联网应用模式

结合以上对煤矿安全生产中人为因素、设备因素和环境因素的分析，需要结合信息时代的发展，加强物联网技术的应用，因此，提出了面向煤矿安全生产的物联网应用模式，可以对人、物和环境因素进行实时检测控制，并且能有效提前预警和处理，可以有效解决煤矿开采中的各类辅助设备和人员的安全问题。通过无线为主，有线为辅的传输形式，可以实现人员定位子系统的相互关联，实现对煤矿开采环节的可控，避免各类安全事故的发生。具体的物联网应用模式如图1所示[1]。

图1 面向煤矿安全生产的物联网应用模式

2 面向煤矿安全生产的物联网关键技术

1）自动化装备和故障诊断技术。将液压支架、采煤机和刮板输送机和其配套的设备运行参数进行提取和分析，进而实现对三机运行参数的自适应匹配调整，促进三机系统的协调控制效果，最后实现无人化或者少人化的自动作业。在结合物联网的思想后，通过煤矿生产自动化子系统装备和大型机电设备故障诊断系统的研究，可以实现远程控制和网络化远程的故障诊断，有利于降低系统的维护工作量，保证系统的可靠性、稳定性。

2）预测预警信息系统技术。预测预警信息系统技术是通过多源异构数据统一描述的联动规则设计和数据库的数据支持下，完成的煤矿开采快速反应联动预警系统。具体以井下视频监控系统为研究对象，在结合物联网概念和思想下，对智能化信息处理技术的应用。基于矿井环境数据自动采集系统和集成已有历史数据，完成数据库的建设。

3）煤矿分布式灾害感知技术、煤矿生产过程及辅助运输环节的无线宽带技术、物联网高精度定位技术和煤矿危险区域目标行为可视可控技术等，由于篇幅有限，不具体展开叙述[2]。

3 面向煤矿安全生产的物联网系统应用

对于煤矿企业的安全生产而言，物联网系统的应用简单讲就是结合现有的自动化、信息化建设基础，在融合传感、无线等方面技术后，建立可以对人员、设备和生产过程进行综合智能监督和协同管理的系统。该系统有着开放性、可靠性和兼容性等方面的特点，物联网系统的建设应用如下页图2所示。

图2 煤矿安全生产物联网系统建设应用组成

3.1 煤矿监测预警信息系统的构建

为了更有效地提高煤矿生产的安全性，需要积极构建和完善监测预警信息系统。具体而言，需要结合物联网的思想和技术，在整理传统的开采数据和基于当前的数据自动采集系统下完成数据库的建立，并不断研究各种事故产生的原因。配合管理专家的能力和国家安全生产管理的法则，完成煤矿安全生产知识库的建立，不断对煤矿生产的过程进行智能化诊断。要积极使用智能化的技术，实现及时和精确的动态预警，从而构建煤矿生产监测预警信息系统。

3.2 人员安全环境感知系统的完善

对当前煤矿企业中的人员定位系统和安全监测系统进行集成优化，确保可以对无人工作面、矿工周围环境、少人工作面进行监控和感知，同时也要对危险信息进行及时主动地广播预警，在实现感知系统和矿工完成双向信息传输下，确保煤矿开采的安全。在人员安全环境感知系统的完善中，可以建设综采综掘工作面、有轨车、无极绳绞车、无轨胶轮车、斜巷绞车和输送带等方面的无线视频监控系统和无线视频巡检系统，同时，在充分借助移动设备下，确保无线宽带监控系统应用模式的完整性、有效性。斜巷绞车的视频监控系统如图3所示。

图3 斜巷绞车无线视频监控系统组成

3.3 完善物联网技术安全标准规范

为了更好地在煤矿生产中应用物联网技术和模式，需要及时建立煤矿安全物联网技术标准规范体系，结合实际需要制定统一的数据描述方式和传输接口形式，更好地满足煤矿企业易构协议融合的需要，为物联网技术在煤矿企业中的发展打下数据和接口等方面的基础。

3.4 感知自动化装备健康状态并完成故障诊断

感知自动化装备健康状态并完成故障诊断就是对煤矿井下和井上的各级生产系统、辅助系统进行远程监控，降低相关人员的工作强度，在实现对生产和辅助系统的自动化控制下，满足煤矿安全生产的需要。针对综采工作面的采煤机、刮板输送机和液压支架的运行，三机协同控制系统如图4所示，可以有效发挥出自动化设备远程控制和网络故障诊断等方面价值，可以在降低系统维护量下，满足煤矿高效率生产的需要。

图4 三机协同控制系统

3.5 完成物联网平台的建设完善

互联网平台的搭建需要包括煤矿井上工业以太环网、井下工业以太环网和调度指挥控制综合系统的工业以太环网，同时还需要建立和工业以太环网相连接的3G网络系统和无线传感器网络，并保证可以覆盖井下，实现无线语音、人员管理、无线视频和无线数据等方面无线传输平台的搭建，确保在灾变情况下通信链路仍具有着较强的通畅性。

3.6 系统集成平台的构建

为有效发挥以上平台、系统的价值，需要建立煤矿安全生产、设备和人员的感知集成平台，实现对煤矿矿井的远程集中监控，包括数据库平台、集成软件平台和集成服务器等方面。

4 结语

在当前的煤矿生产中，为了有效提高煤矿生产的质量和效率，同时确保煤矿生产的安全性，需要结合信息时代的发展，将物联网技术融入到煤矿的安全生产监控系统中，从而实现对矿井的全面覆盖和监督，降低各种风险因素对开采的威胁。需要做好煤矿监测预警信息系统的构建和人员安全环境感知系统的完善，同时积极完善物联网技术的安全标准规范和物联网平台的建设，在系统集成平台的构建下，最终实现对生产网络中的人员、设备和环境进行实时高效的监控跟协同管理，促进煤矿企业的健康可持续发展。