礦山物聯(lián)網(wǎng)體系及其應用
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4 礦山物聯(lián)網(wǎng)體系的構(gòu)成
礦山物聯(lián)網(wǎng)是將礦山地理、地質(zhì)、礦山建設、礦山生產(chǎn)、安全管理、產(chǎn)品加工與運銷、礦山生態(tài)等綜合信息全面數(shù)字化，將感知技術(shù)、傳輸技術(shù)、信息處理、智能計算、現(xiàn)代控制技術(shù)、現(xiàn)代信息管理等與現(xiàn)代采礦及礦物加工技術(shù)緊密相結(jié)合，同時納入礦山全部人員、設備和環(huán)境信息，構(gòu)成礦山中人與人、人與物、物與物相聯(lián)的網(wǎng)絡，以便動態(tài)詳盡地描述并控制礦山安全生產(chǎn)與運營的全過程，實現(xiàn)礦山系統(tǒng)的全面智能控制，是礦山企業(yè)減員提效、防災減災害的最佳解決方案。下面介紹一下礦山物聯(lián)網(wǎng)體系的構(gòu)成。
4．1 礦山物聯(lián)網(wǎng)綜合管理平臺
礦山物聯(lián)網(wǎng)標準化綜合平臺是以大量無線、無源、多參數(shù)傳感器及有線傳感器，物聯(lián)網(wǎng)控制分站等設備以及有線、無線網(wǎng)絡相結(jié)合形成的礦山標準化感知、控制及管理綜合平臺。
該平臺的表現(xiàn)形式主要采用三維可視化技術(shù)。三維可視化系統(tǒng)利用礦井實際數(shù)據(jù)，采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)和各種實體建模技術(shù)來構(gòu)建三維可視化應用，同時采用3D虛擬技術(shù)，以地測、工程數(shù)據(jù)為基礎，自動生成三維地面工業(yè)廣場、井巷工程立體圖、三維鉆孔、地層立體圖。在礦井綜合工況圖中顯示生產(chǎn)信息(動態(tài)采、掘工作面位置)、實時動態(tài)的監(jiān)測信息，包括瓦斯、CO等有害氣體的三維分布，人員的三維分布，安全與生產(chǎn)設備(集成綜合自動化系統(tǒng))的三維分布及其運行狀態(tài)，井上、井下視頻監(jiān)控圖像等，以便將礦井地面與地下的真實全貌(包含生產(chǎn)、設備運行狀態(tài))完整地展現(xiàn)出來。
4．2 全面覆蓋的礦山企業(yè)各功能子系統(tǒng)
在礦山物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)方面，主要包括生產(chǎn)、保障、安全及其他四個大類系統(tǒng)，而且可以根據(jù)現(xiàn)實需要延伸出不同的分支系統(tǒng)。具體如下：
生產(chǎn)系統(tǒng)：包括提升系統(tǒng)、主運輸系統(tǒng)、輔助運輸系統(tǒng)、綜采工作面系統(tǒng)、洗選集控系統(tǒng)、皮帶機運輸系統(tǒng)、斜井提升系統(tǒng)、開拓工作面系統(tǒng)。
保障系統(tǒng)：包括供電系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、壓風系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、設備檢測維修系統(tǒng)等。
保障系統(tǒng)：包括安全監(jiān)測系統(tǒng)、束管系統(tǒng)、瓦斯抽放站自動控制、礦井來壓實時監(jiān)測系統(tǒng)、通用調(diào)度指揮系統(tǒng)、無線應急通信系統(tǒng)、重大危險源監(jiān)測管理控制系統(tǒng)、應急救援指揮系統(tǒng)。
其他配套系統(tǒng)：包括供暖系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、季節(jié)性水災預防系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)、能源計量綜合管理系統(tǒng)和智能決策、診斷分析系統(tǒng)。
礦山物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)與現(xiàn)有子系統(tǒng)的區(qū)別是具備系統(tǒng)協(xié)同功能和完善的感知功能。例如：在災害預警防治子系統(tǒng)中，通過對瓦斯涌出規(guī)律的分析和瓦斯實時監(jiān)測及預測預警，可實現(xiàn)生產(chǎn)的安全監(jiān)測。而根據(jù)歷史及當前實時監(jiān)測出的瓦斯、風速、風門開關(guān)、局部通風機開停等信息，以及歷史人工瓦斯檢測信息，瓦斯超限記錄，礦井回采、地質(zhì)等信息，并通過數(shù)據(jù)挖掘和相應的數(shù)學模型，就可以得出相應煤層的瓦斯涌出規(guī)律。然后通過對與瓦斯有關(guān)的相關(guān)信息的采集處理，可以實現(xiàn)對安全監(jiān)控信息的實時監(jiān)測、規(guī)律分析和超前預警。預、報警方式主要是系統(tǒng)內(nèi)即時信息、手機短信、通風GIS的圖上動態(tài)顯示等。
在束管系統(tǒng)中，通過對礦井自然發(fā)火規(guī)律分析以及外因火災監(jiān)測報警，可以實現(xiàn)自然發(fā)火早期預測預報、自燃火災標志性氣體分析，以便及時判斷、識別礦井自然發(fā)火隱患，并對外因火災進行監(jiān)測報警。依據(jù)歷史及當前的束管監(jiān)測、人工防滅火檢測信息，結(jié)合相應的煤層自然傾向性、煤層燃點、巷道風速、氣體變化、采煤方法、推進速度、頂板情況等自然發(fā)火影響因素的建模分析，得出不同礦井、不同煤層、不同區(qū)域、同一煤層不同分層等的發(fā)火規(guī)律；同時根據(jù)外因火災(主要是皮帶發(fā)火、電器發(fā)火)的發(fā)展規(guī)律，結(jié)合對皮帶、電器所在巷道的煙霧、溫度等監(jiān)測信息，實現(xiàn)外因火災監(jiān)測報警，并得出礦井的外因火災發(fā)生后對其他區(qū)域的影響規(guī)律。
4．3 網(wǎng)絡傳輸設備
礦山物聯(lián)網(wǎng)的具體產(chǎn)品具有統(tǒng)一的模型架構(gòu)、數(shù)據(jù)描述和通信協(xié)議等，這使得礦山物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品具有普遍的適用性和兼容性。因此，對于網(wǎng)絡傳輸設備的要求也非常高，必須具有較強的兼容性和適用性。需要開發(fā)基于IPv6通信技術(shù)的自組網(wǎng)設備，基于無線傳感網(wǎng)關(guān)鍵通信控制設備，基于傳感節(jié)點自組網(wǎng)技術(shù)及相關(guān)設備，基于應急通訊設備光線通信設備及控制分站和設備圖像、語音、信息、數(shù)據(jù)等交互處理設備，基于通用服務器、伺服器、集群、傳感網(wǎng)智能路由器等組合開發(fā)的礦山專業(yè)信息處理設備。
4．4 傳感器體系
礦山物聯(lián)網(wǎng)需要將所有子系統(tǒng)進行標準化整合，以便實現(xiàn)普遍互聯(lián)和信息共享，因此，需要完成實時全面的感知和監(jiān)控，同時需要構(gòu)建完善的感知系統(tǒng)和完善的傳感器體系。其重點應從以下幾方面入手：
(1)環(huán)境感知類：結(jié)合現(xiàn)有煤礦生產(chǎn)實際，在完善瓦斯、煤塵、溫濕度、形變、紅外、輻射、SO2等有害氣體傳感器的基礎上，實現(xiàn)空間距離上的突破，同時還應包括其他環(huán)境感知類的智能處理、多參數(shù)集成的傳感器。
(2)設備控制類：包括生產(chǎn)設備控制、輔助設備控制、環(huán)境監(jiān)控設備控制、通信控制、安全設施控制、危險源監(jiān)控設備控制等與自動化設備及系統(tǒng)對接控制用的傳感器，主要是在接收感知傳感器信息數(shù)據(jù)并處理分析的基礎上，結(jié)合對設備運行狀態(tài)的感知，為自動控制提供智能化的決策參考。
(3)有線傳感器：主要是用于工作環(huán)境惡劣、無線信號容易受到干擾的綜采系統(tǒng)、煤塵瓦斯集中區(qū)以及不需要移動和遠距離監(jiān)測的巷道固定安裝基于光纖、電力線的傳感器設備。
(4)無線傳感器：包括用于無線信號覆蓋及受干擾較小的環(huán)境感知、提升輸送等移動設備控制及監(jiān)控所需的無線、無源傳感器。
4．5 標準和接口
礦山物聯(lián)網(wǎng)是適應礦山需要的新體系，要具有相關(guān)的技術(shù)標準，主要包括礦山物聯(lián)網(wǎng)平臺模塊化標準、子系統(tǒng)及其接口標準、網(wǎng)絡地址分配標準、IPv6技術(shù)礦山應用標準、傳感器分類及標準、實時通信互聯(lián)協(xié)議、控制標準、管理標準等。
5 結(jié)語
目前，國內(nèi)外關(guān)于礦山物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品遍及安全、生產(chǎn)、管理各個環(huán)節(jié)，國內(nèi)有上百家企業(yè)在從事生產(chǎn)系統(tǒng)、膠帶、運輸、提升、輸送、井下排水、瓦斯抽放、通風系統(tǒng)、防火滅火、人員監(jiān)測、綜采工作面、給水、地面供電、井下供電、水處理、鍋爐房、供壓、井下降溫、選煤廠、多媒體、通信、視頻等系統(tǒng)的設計與產(chǎn)品開發(fā)。從產(chǎn)品細分和業(yè)務環(huán)節(jié)覆蓋程度看，幾乎涵蓋了礦山物聯(lián)網(wǎng)的全部內(nèi)容。但從產(chǎn)品、系統(tǒng)的設計深度、適用性來看，大部分產(chǎn)品流于表面主體功能需求，細節(jié)方面較差。以視頻監(jiān)控為例，國內(nèi)尚無產(chǎn)品能夠?qū)⒁曨l監(jiān)控采集的信息進行分類處理并提出針對性的建議方案或者預測結(jié)果，這顯然不能達到礦山企業(yè)對科學分析、智能決策的實際需求。存在這種細節(jié)適用性問題的原因在于，真正的礦山物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應該是融入礦山企業(yè)管理運營經(jīng)驗的系統(tǒng)，是智能化程度高、真正能夠起到減員增效作用的系統(tǒng)。傳統(tǒng)的軟件、硬件及系統(tǒng)集成商大多沒有礦山企業(yè)管理經(jīng)驗，對礦山生產(chǎn)運營中涉及的細節(jié)問題、管理經(jīng)驗、技術(shù)等沒有深刻理解，也就難以設計出真正有價值、實用性強的系統(tǒng)和產(chǎn)品。
礦山物聯(lián)網(wǎng)體系的構(gòu)建與礦山企業(yè)現(xiàn)有的信息化系統(tǒng)相比具有無可比擬的優(yōu)勢，其在感知范圍、控制的自動化程度和管理的智能化程度方面顯著提升。目前，礦山企業(yè)現(xiàn)有信息化系統(tǒng)大多為獨立的子系統(tǒng)，諸如煤礦綜采系統(tǒng)、提升輸送系統(tǒng)、瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)獨立成體系，管理控制信息不能與其他系統(tǒng)共享，這使得礦山企業(yè)要針對每個系統(tǒng)安排調(diào)度協(xié)調(diào)、巡檢維護、現(xiàn)場值班人員，以保證其良好運行。在各個子系統(tǒng)大的感知能力方面，目前主要限于小范圍內(nèi)瓦斯、煤塵等有害物質(zhì)及水、火、溫濕度等的信息采集，對于巖體形變、環(huán)境輻射、電磁及其他有害氣體等的監(jiān)控及監(jiān)測范圍并不到位，因而大大削弱了對礦山災害的預警能力，不能充分保障礦工及設備的安全。礦山物聯(lián)網(wǎng)是將所有子系統(tǒng)進行標準化整合，實現(xiàn)普遍互聯(lián)和信息共享，并可對礦山企業(yè)的一切人、設備、環(huán)境因素尋址定位，進行實時全面感知和監(jiān)控，達到“感知礦山、控制礦山、管理礦山”境界的一種系統(tǒng)。它可以顯著降低人員需求、提高礦山生產(chǎn)效率、提升礦山企業(yè)人員的安全保障水平，對于重大危險源，礦山物聯(lián)網(wǎng)具有實時監(jiān)控和模擬預警功能，在災害發(fā)生時，也可以實現(xiàn)及時處置。
礦山物聯(lián)網(wǎng)的具體產(chǎn)品具有統(tǒng)一的模型架構(gòu)、數(shù)據(jù)描述和通信協(xié)議，而且，礦山物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品應當具有普遍的適用性和兼容性。礦山物聯(lián)網(wǎng)體系應在依靠物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)及科研院所的基礎上，與具有豐富礦山企業(yè)管理經(jīng)驗的技術(shù)人員進行深入融合。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/153709.htm
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