基于物联网技术的“智慧矿山”建设探讨

2018-09-03

世界有色金属 2018年12期

（拜城县众维煤业有限公司，新疆维吾尔自治区 842300）

物联网被称作是信息界的第三类技术革命，它是一种以信息技术为核心，多学科互容的技术，需要持续地、有流程地进行建设。在智慧矿山体系中，矿山物联网进行软硬件接口定义以及提供现实的载体，各个模块能够对业务系统的功能进行有效的验证和矿山物联网带来的现场效果的展示，因此可以看出对于建设基于物联网的智慧矿山将具有重大的示范性意义。

1 物联网技术与“智慧矿山”

物联网也是传感网，它通过多种信息传感设备，按照约定的协议，完成人与人、人与物、物与物互联的感知网络[1]。其将信息传感器收集的各种信息，通过互联网等进行信息的传达与交换，利用智能计算机进行分析处理数据，从而提升对物质资料的感知能力，从而实现识别、跟踪、控制、管理和决策的一种网络含义。

“智慧矿山”以物联网为基础，以地理信息系统为支柱，实现矿山数字化，是多种技术相结合的多级分布式计算机网络，利用该技术对矿山企业所需要的数据资料进行采集、传输、可视化展现和自动化操作的一种数字智能系统，完成矿山安全生产中的信息整合以及自动化控制，降低煤炭生产成本，提升生产过程中的工作效率和安全生产的标准，逐步达成智能生产和管理[2]。

基于物联网技术的“智慧矿山”建设实在信息化、自动化基础之上，将煤炭产业的开采、安全、输送、销售、雇佣、人力、采购等所有的子系统集成为一个整体，完成各种各样信息的管理和传达，存储和分析该矿山的各种信息资料，提出决策信息和解决方法，并自动地反馈到相应的自动化设备。进行矿山物联网的研究对于煤炭行业的信息管理、安全生产和矿业企业的竞争能力具有较高的价值意义。

2 矿山发展现状及形势

在我国绝大多数的矿业企业表现为地理条件较差，生产过程复杂，工作场地黑暗艰苦，开采地面随时会发生移动，由于地质条件的不断变化，开采过程中会发生新的情况和问题，若不能及时采取合理的措施，就可能会导致重大事故，为了改善这一问题，许多大型的国有矿业企业不断加大技术改革，利用先进的信息化和自动化代替原有的传统落后的技术，全面改变煤炭生产面貌，塑造现代化、集成化、精细化的煤炭企业新形象。

在过去的几十年里，我国矿业企业的信息建设逐渐转变为初步自动化，从过去到未来的发展趋势大致可以分为下面4种阶段：

①信息电子化。利用单一的电子部件进行收集数据资料，通常以文本、电子表格等样式记录统计，使生产信息迈向电子化阶段。②矿山数字化。将矿井的日常安排、生产设备的管理、运营等信息通过矿山数字化信息系统进行入库统计，利用数据库储存大批量的业务数据资料，形成生产信息的数据库化，以系统的方式呈现和掌握整个矿山的生产和发展状况。③虚拟矿山。把整个真实矿山和和它有关的东西都联合起来，连接视频监控系统、安全生产监测系统等达到井下真实场景虚拟重现和视频可见，与模拟仿真的矿区场景结合在一起，完成辅助分析功能。④智慧矿山。在虚拟矿山的基础上，通过物联网技术手段系统地融合信息形成管理、监测、监控三者的一体化，使用人工智能实现科学的和智能的决策，并采用跟踪和导航定位技术实现生产的远程操控和无人化。近年来，我国对于矿业企业安全生产和信息自动程度的要求不断提高，矿业企业自身对安全生产、生产效率及管理标准的需求也越来越高，已有的落后的发展模式很难前进，一定会被先进科学的矿山物联网技术所代替，基于物联网的数字化智慧矿山建设会去的巨大的成功，确保安全、可靠、智能、的煤炭生产管理。

3 “智慧矿山”的体系结构

建设基于物联网的数字化“智慧矿山”的目的是使矿业生产管理实现综合自动化生产，物联网的数字化“智慧矿山”的结构设计从上到下主要可以分为感知层、传输层及应用层三个体系层次，主要内容表现为下面几种方面。①感知层是整个物联网的数字化“智慧矿山”的基础，主要目的是收集井下环境中各类数据资料，并通过传感设备将这些信息集中在传输层，为数字化“智慧矿山”做准备。②传输层的目的是解决感知层所得数据及时有效的传输，把数据和网络相结合，运用到传输过程中，最终实现数据、语音、视频等信号的传送。③应用层是整个煤矿矿山物联网建设的关键体现，煤矿生产管理的自动化、信息化、数字化的集中表现。它将原有独立、无联系的子系统集成为一个完整的综合应用。通过对上一层的数据进行计算，研发新的体系，增加可视化处理，建立综合管理的可视化管理。使用综合管理系统对煤矿生产经营的各个环节进行安全监测，达到安全管理的效果。

“智慧矿山”的体系结构，如图1所示。

图1 智慧矿山体系结构

4 基于物联网的数字化“智慧矿山”建设的必要性

①健全井下避险系统。我国国家安全监管总局明确要求矿业企业必须完成安全避险系统，日前已经有多数矿业矿井实现了该建设任务，避险系统建成后是否能够正常工作和灾后是否能够有效发挥作用，这对于井下作业人员的人身安全相当重要。利用物联网系统可以随时掌握井下工作人员的工作情况，灾后及时传达准确的避灾路线，完成安全逃脱，同时还可以为井上工作人员创造良好的救援条件。②监测、预警矿井灾害。由于井下情况随时都在变化，危机重重且很难掌握其规律，为了保证井下工作人员的安全，需要提高井下危险区域的监测力度，及时预见灾害发生并告知工作人员迅速避险。目前矿业矿山已建成的监测系统功能较为单一，数据形式不统一，监测效果不理想。通过物联网系统将所有的监测数据进行集成，综合考虑，分析比较，则井下的预测效果会明显提高。③矿业领导决策合理。由于井下灾害突发性很强，当井下发生灾害时，井下领导及时掌握现场情况，能够做出迅速、正确的撤人及一系列救援决策，领导迅速做出正确的决策就要具备快捷的通讯设备和指挥手段，全方面的了解井下情况，这需要不断加强井下工作人员的定位、无线通讯以及各种检测预警系统，及时掌握灾害情况，与井下工作人员沟通，指挥井下工作人员快速撤离。

5 存在的问题及建议

日前，我国有一部分矿业企业已建成了智慧矿山，初步实现了信息融合、智能开采和安全生产，但基于物联网的数字化“智慧矿山”技术还不够成熟，仍然存在一些问题和不足，为此本文提出了几点建议，为企业安全生产、高效管理提供了理论基础。

5.1 存在的问题

①我国所有的矿业企业的“智慧矿山”是在已建成的子系统的基础上建立的，其中有一部分子系统建设的时间比较早，相关技术还不够成熟，数据资料形式不能够统一，多系统并存不兼容，给智慧矿山的建设带来较多困难。②有些矿业企业的“智慧矿山”的子系统不完善，所需要的数据缺失，井下领导通过单一的数据进行判断，掌握的并不是真实的环境情况，缺少大量的信息，导致不能呈现真实的井下状况。③部分矿业企业领导者没有意识到“智慧矿山”的建设是一个不断进步的过程，没有感受到任务的艰巨性和长期性。④极少数矿业企业表现着生产和系统体外运行的情况，没有实现改善管理、保证安全的目的。实施单位完工后，就会出现各种各样的问题，严重影响系统的使用效果。

5.2 提出建设性的建议

①我国矿业企业在“智慧矿山”的建设上务必做到科学合理、统一规范、并严格积极实施。保留多余的接口，为方便以后新系统的接入。②要不断完善各子系统，增加多个新系统接入，丰富信息来源，实际掌握更加全面的信息数据，发挥智慧矿山系统的“强集成”作用，强调综合使用价值。③在智慧矿山的建立和运行中要不断融入新的管理思想、管理理念、工艺、技术手段。利用光纤技术，实施井下光纤安全监测系统，升级已有的数据收集系统，使数据资源更加丰富，收集手段成本低、效率高。④必须组织相关井下工作人员深入掌握和了解智慧矿山，把智慧矿山建立的过程当作是人才培养的过程，实现与实施单位共同进步、共同提高。⑤由于智慧矿山建成后各个子系统分属于不同的管理部门，因此应该建立管理机制，落实管理任务，健全智慧矿山系统及各个子系统维护管理，保证智慧矿山系统正常运行，为整个矿山开采提供有力的支持。