物联网技术在矿山管理中的应用浅析

2013-03-27李行素

电大理工 2013年3期

李行素

华东理工大学（上海 200237）

0 概述

随着我国经济快速发展对矿物原料需求的不断加大，矿业开发规模不断增加的同时，生产效率不高和生产安全问题已经成为社会关注的热点。究其原因，矿山管理方式落后是其重要因素。显然，采用现代技术对矿山进行管理已经成为当前的迫切需求。

近年来兴起的物联网技术在很多领域得到了应用。物联网就是指将各种信息传感设备与互联网相结合所形成的网络，实现按约定协议对人和物品进行智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。作为先进的信息获取和处理技术，物联网已经在医疗、工业、农业、商业、公共管理、国防等领域得到了广泛应用，是促进未来经济发展，构建和谐社会的重要手段。

在矿山生产过程中为提高生产效率和保障生产安全，对作业人员、移动设备、物流的安全与位置都需要进行实时准确监测和定位，物联网是当前实现这一过程和目标最适宜的技术。

1 矿山生产过程基本特征

我国是矿业生产大国，也是矿产资源需求大国，在产矿山众多且新建矿山日益增多。矿山生产主要是采矿过程，是矿山企业最重要的组成，这一过程管理水平关系到整个矿山生产的效率和生产安全。采矿活动是一种对矿物物料的选择性采集和搬运过程。矿物原料是自然赋存的矿体，具有固定位置，而采矿人员、设备和材料随采矿进程和采掘对象转移，只有临时采掘场所，没有固定的生产车间。因此，矿山生产过程管理的重点是及时对作业人员、设备、材料的定位与流向管理。

2 物联网技术在矿山管理中应用的基本内容和方案框架

由于矿山生产始终处于一种随时间动态变化的复杂系统之中，这种特性决定了传统的矿山生产管理过程是把生产作业人员、所用物理基础设施和信息基础设施割裂，生产过程中形成的各种实际状态数据也得不到有效集成，不同生产环节只能形成彼此隔离的“信息孤岛”，只能对其采集到的原始数据进行简单转换、存储、显示和打印，难以对矿山生产管理提供实时数据支持。

物联网技术不仅能够将各种实际状态数据有效集成，更为重要的是把生产过程所涉及的物理基础设施和信息基础设施有效链接。目前，物联网技术在矿山管理中应用的重点是智能生产、智能安全、智能物流等方面。智能生产包括矿山企业生产与经营的自动化与信息化，以自动化技术、计算机信息与网络技术为主；智能安全包括企业的安全监测监控系统与安全治理措施，以传感技术为主；智能物流包括人与物的定位与流向的管理，以定位与识别技术为主。

2.1 智能生产

矿山企业生产智能化管理需要建立综合指挥调度系统，这个系统的建立基于矿山三维可视化平台（即矿床三维地质、矿山开拓系统及采场可视模型），实现监测监控、通信和人员定位系统，以及生产技术管理、安全管理等的集成。由于目前我国有关矿床地质及采掘三维可视化尚处于起步阶段，故这方面的应用多限于探索和示范过程，在生产管理方面的物联网应用也主要限于人员、设备、材料的定位与流向管理。

2.2 智能安全

安全生产是矿山企业的重要管理内容，不同与一般工业自动化，其生产人员和设备及材料处于流动状态，生产环境也处于变化过程中，且屡有突发情况发生。因此，矿山生产安全管理首先就需要对作业人员、设备、材料进行定位与流向监测，同时需要采集工作环境参数。

目前一般正规矿山在矿井基本都装备了安全监控系统和人员定位系统，但监测、定位过程大多依赖于传统的人工呼叫系统。利用物联网技术可形成安全管理系统，主要包括由标识卡、读卡器、网络传输系统、上位机与系统软件组成，实现人员和设备定位、工作环境参数采集和数据传输等功能，将井下人员和设备位置自动向系统发送位置信息，对不同矿种矿山生产安全要求的环境参数（如煤矿中需要测定甲烷、氧气、二氧化碳、温度、湿度）经自动测定后上传至上位机后进行记录分析和预警，有突发事件时及时将情况发送到井下按照规划好逃生路线撤离现场。对危险品（如炸药）管理与物流管理系统协同使用。

2.3 智能物流

矿山生产过程物流主要是生产所用材料、采出矿石和废石。矿山生产都需要消耗大量炸药，许多恶性矿难的发生都与炸药的使用与管理的不当有关，因此对炸药流向管理是极为重要的管理环节，传统上一般采用登记领用方式加以管理，难以准确控制。在物联网系统架构内利用二维码识别与管理技术对炸药流向进行管理，同时与人员定位系统、运输车辆管理系统协同使用，实时记录炸药的出入库、领用人员身份、使用炸药的火工人员运动轨迹、放炮时间点危险区域内人员、车辆隔离等情况；矿石和废石流向与定位主要通过对运输车辆/机车管理实现。

2.4 技术方案框架

为落实上述内容，矿山企业当前需要重点建设人员、设备定位与管理系统和物流信息化系统，集成无线/有线一体化指挥调度通信系统。

人员和设备定位与管理系统是矿山管理系统的重要基础，由主要标识卡、读卡器、网络传输系统、上位机与系统软件组成，标识卡由个人佩带，设备定位与管理系统与人员定位与系统相同，共用读卡器、网络传输系统、上位机与系统数据库软件，以标识卡的不同分组来区分人与设备，标识卡悬挂或粘贴在设备上。物流信息化系统是对人流、车流、物流和危险品过程数据的集成、加工处理，通过该系统可以将矿山分散的各子系统实现有机整合，增加监测和预警、存储、分发、业务流程管理、协同作业管理、统计报表、数据分析等附加功能，实现多级、分层、实时以及任意位置的监控与管理，最终集成无线/有线一体化指挥调度通信系统。

由于矿山采矿过程不同于一般制造业具有固定车间作为作业场所，而是随着采矿进程其作业场所处在不断转移，更为重要的是随着矿业发展目前大多数采矿方式为井下开采，井下不具备公共无线网络，这就要求矿山无线/有线一体化指挥调度通信系统具备脱网通信功能，当井下某一站点发生故障或遇灾害损坏时，系统具有即时通过脱网通信功能发现在线移动通讯设备，确保内部通讯畅通。