任富強(qiáng)

摘 要：本文首先闡述了物聯(lián)網(wǎng)的基本概念，然后分析我國(guó)智能礦山發(fā)展現(xiàn)狀，最后結(jié)合平頂山天安煤業(yè)股份有限公司八礦自動(dòng)化、信息化建設(shè)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了一套基于物聯(lián)網(wǎng)的智能礦山建設(shè)方案。該方案能實(shí)現(xiàn)全礦井?dāng)?shù)據(jù)采集、生產(chǎn)調(diào)度、經(jīng)營(yíng)管理、決策指揮的網(wǎng)絡(luò)化、信息化、科學(xué)化，有效提高礦山的智能化水平和企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)其他礦山的智能化建設(shè)具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);智能礦山;智能化

中圖分類號(hào)：TD672文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2018）28-0031-02

Abstract： This paper first expounded the basic concept of the Internet of Things， and then analyzed the development status of intelligent mines in China. Finally， combining with the actual situation of automation and information construction in No. 8 Mine of Pingdingshan Tian'an Coal Mining Co.， Ltd.， a set of intelligent mine construction scheme based on the Internet of Things was designed. The scheme can realize the networking， informationization and scientization of data collection， production dispatch， operation and management， decision-making and command in the whole mine， effectively improve the intelligence level of mine and enterprise competitiveness， and has certain reference significance for the intelligent construction of other mines.

Keywords： Internet of Things;intelligent mine;intellectualization

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些礦井雖然進(jìn)行了數(shù)字化改造，但還停留在單機(jī)自動(dòng)化、信息化階段，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)信息融合，未達(dá)到智能化水平。目前，關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)智能礦山建設(shè)的實(shí)際例子較少，因此，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)提高礦山的智能化水平和企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 物聯(lián)網(wǎng)的概念

物聯(lián)網(wǎng)是將智能感知、識(shí)別技術(shù)和普適計(jì)算等通信感知技術(shù)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)融合中，形成物物相連的智慧網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)核心的四大技術(shù)基礎(chǔ)是傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物對(duì)物的信息交換技術(shù)（M2M）、兩化融合技術(shù)和傳感技術(shù)（RFID）。物聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)可分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層[1，2]。

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能礦山建設(shè)是將地質(zhì)地理、采礦生產(chǎn)、安全監(jiān)測(cè)、產(chǎn)品運(yùn)輸和生態(tài)環(huán)境等信息緊密聯(lián)系起來(lái)，形成人與物、物與物全面聯(lián)系的礦山網(wǎng)絡(luò)，確保整個(gè)礦山的智能、安全、高效、綠色。

2 智能礦山建設(shè)現(xiàn)狀

隨著我國(guó)煤炭產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展和國(guó)家對(duì)兩化融合的要求，各煤礦的自動(dòng)化、信息化水平得到提高，礦井安全避險(xiǎn)六大系統(tǒng)已基本建成，但還存在一些問(wèn)題，例如：①各系統(tǒng)之間的信息融合程度較低，智能化水平不高;②各系統(tǒng)的建設(shè)缺乏整體性規(guī)劃，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范;③對(duì)采集的大量數(shù)據(jù)資源缺乏有效利用;④沒(méi)有實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)的透明化管理。例如：平頂山天安煤業(yè)股份有限公司八礦在國(guó)內(nèi)率先建設(shè)了井上下千兆環(huán)網(wǎng)，以及工業(yè)電視系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)和單機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)，部分子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了PLC遠(yuǎn)程控制，但各子系統(tǒng)之間相互獨(dú)立，無(wú)法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的智能監(jiān)控。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能礦山設(shè)計(jì)方案

制定子系統(tǒng)接入規(guī)范，將已建成的子系統(tǒng)接入智能礦山管控平臺(tái)，并建設(shè)智能綜合自動(dòng)化平臺(tái)和智能管理信息化平臺(tái)，解決各子系統(tǒng)之間的“信息孤島”問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)四個(gè)統(tǒng)一，即統(tǒng)一的二維、三維GIS管理和組態(tài)軟件平臺(tái)，統(tǒng)一的管理平臺(tái)，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，從而真正實(shí)現(xiàn)采煤、掘進(jìn)、機(jī)電、運(yùn)輸、通風(fēng)、安全的協(xié)同設(shè)計(jì)、信息化管理與智能分析，提高礦井智能化水平和綜合實(shí)力。該平臺(tái)的總體架構(gòu)如圖1所示。

3.1 智能礦山管控平臺(tái)設(shè)計(jì)

3.1.1 煤礦安全生產(chǎn)工況監(jiān)測(cè)一張圖系統(tǒng)。對(duì)煤礦安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一收集，分系統(tǒng)進(jìn)行展示，包括生產(chǎn)工況系統(tǒng)圖、采掘工況系統(tǒng)圖、運(yùn)輸工況系統(tǒng)圖、安全監(jiān)測(cè)工況系統(tǒng)圖、排水工況系統(tǒng)圖和大型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖。通過(guò)人機(jī)交互方式，實(shí)時(shí)查看各系統(tǒng)詳細(xì)的實(shí)時(shí)工況，包括運(yùn)行、報(bào)警和故障等。

3.1.2 三維可視化管控平臺(tái)。基于C/S和B/S架構(gòu)，利用三維可視化技術(shù)全面構(gòu)建煤礦的采煤、掘進(jìn)、機(jī)電、運(yùn)輸、通風(fēng)、安全各專業(yè)子系統(tǒng)仿真模擬系統(tǒng)，使用戶在任何地方都可以實(shí)現(xiàn)輕松快捷的三維交互式體驗(yàn)，以獨(dú)特的場(chǎng)景視角展現(xiàn)地貌特征、地層、井下場(chǎng)景的關(guān)系等。

3.2 基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)設(shè)計(jì)

該平臺(tái)包括工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)集控中心和調(diào)度控制中心三大模塊，部分內(nèi)容如下。

3.2.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。對(duì)現(xiàn)有工業(yè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)萬(wàn)兆升級(jí)，為后期自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)高清視頻的擴(kuò)展提供快速穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái);建設(shè)TD-LTE無(wú)線專網(wǎng)（4G通訊），實(shí)現(xiàn)井上下、礦內(nèi)外的移動(dòng)通信。

3.2.2 云存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)挖掘。建設(shè)服務(wù)器集群，將煤礦日常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行云端存儲(chǔ)，依托云計(jì)算的分布式處理、數(shù)據(jù)庫(kù)、虛擬化等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)海量數(shù)據(jù)的分布式挖掘。

3.2.3 區(qū)域集控中心建設(shè)。建設(shè)幾個(gè)采區(qū)區(qū)域集控中心，把皮帶、變電所、水倉(cāng)、軌道運(yùn)輸、風(fēng)水瓦斯等數(shù)據(jù)集中到采區(qū)區(qū)域控制中心，并進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制，實(shí)現(xiàn)調(diào)度下移。

3.3 智能綜合自動(dòng)化平臺(tái)設(shè)計(jì)

該平臺(tái)包括原煤生產(chǎn)、生產(chǎn)輔助和安全監(jiān)控三大模塊。其中，原煤生產(chǎn)包括綜采自動(dòng)化系統(tǒng)、井下皮帶集群自動(dòng)化系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)、主井提升自動(dòng)化系統(tǒng)、地面儲(chǔ)裝運(yùn)自動(dòng)化系統(tǒng)和選煤廠監(jiān)控系統(tǒng);生產(chǎn)輔助包括主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、壓風(fēng)系統(tǒng)、副井提升系統(tǒng)、主排水系統(tǒng)、鍋爐房監(jiān)控系統(tǒng)、軌道運(yùn)輸信集閉系統(tǒng)、斜巷運(yùn)輸系統(tǒng)、架空乘人運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)、局部通風(fēng)機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)和礦井供電監(jiān)控系統(tǒng);安全監(jiān)控包括瓦斯抽放系統(tǒng)、煤礦頂板管理系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、煤礦井下人員及礦車定位系統(tǒng)、火災(zāi)防塵檢測(cè)系統(tǒng)、五合一應(yīng)急廣播系統(tǒng)、礦區(qū)安防系統(tǒng)和皮帶光纖在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3.4 智能管理信息化平臺(tái)設(shè)計(jì)

該平臺(tái)包括安全管理、生產(chǎn)管理、經(jīng)營(yíng)管理、圖紙管理和協(xié)同辦公五大模塊，部分內(nèi)容如下。

3.4.1 生產(chǎn)管理。生產(chǎn)管理包括生產(chǎn)計(jì)劃管理系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)和作業(yè)規(guī)程管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)調(diào)度、安全監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)運(yùn)行等信息集中監(jiān)控，全面反映礦井生產(chǎn)、安全、經(jīng)營(yíng)狀況。

3.4.2 經(jīng)營(yíng)管理。經(jīng)營(yíng)管理包括人力資源管理系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、物資管理系統(tǒng)和設(shè)備管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的報(bào)表統(tǒng)計(jì)、多維分析，為管理人員提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)和決策支持信息，并指導(dǎo)企業(yè)進(jìn)行經(jīng)營(yíng)管理。

3.4.3 圖紙管理。圖紙管理系統(tǒng)是基于煤礦地理信息系統(tǒng)以統(tǒng)一格式、統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)在“一張圖”上實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)礦井圖紙的管理，包括采掘工程平面圖、井上下對(duì)照?qǐng)D、巷道布置圖、礦井水文地質(zhì)圖、通風(fēng)系統(tǒng)圖、井下運(yùn)輸系統(tǒng)圖、安全監(jiān)測(cè)裝備布置圖、管理系統(tǒng)圖、井下通信系統(tǒng)圖、井上下配電系統(tǒng)圖、井下避災(zāi)路線圖和礦井瓦斯抽放系統(tǒng)圖。不同專業(yè)的工作人員能對(duì)同一張圖上各自的專題內(nèi)容進(jìn)行在線處理和協(xié)同工作，達(dá)到生產(chǎn)信息與基礎(chǔ)圖形的高度融合，提高礦井管理層的綜合分析能力和應(yīng)急響應(yīng)速度。

4 結(jié)語(yǔ)

本文引入物聯(lián)網(wǎng)和基于物聯(lián)網(wǎng)的智能礦山建設(shè)的基本概念，闡述了我國(guó)智能礦山建設(shè)的現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，并詳細(xì)介紹了基于平頂山天安煤業(yè)股份有限公司八礦實(shí)際情況設(shè)計(jì)的智能礦山建設(shè)方案。該方案正在逐步實(shí)施中，平頂山天安煤業(yè)股份有限公司八礦將被建設(shè)成為一個(gè)安全、高效、綠色、和諧的智能化礦山。

參考文獻(xiàn)：

[1]解海東，李松林，王春雷，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能礦山體系研究[J].工礦自動(dòng)化，2011（3）：63-66.

[2]張科利，任長(zhǎng)忠.基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧礦山的智能生產(chǎn)系統(tǒng)展望[J].中國(guó)礦業(yè)，2012（8）：76-79.