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(xiāo)、礦山生態(tài)等綜合信息全面數字化，將感知技術(shù)、傳輸技術(shù)、信息處理、智能計算、現代控制技術(shù)、現代信息管理等與現代采礦及礦物加工技術(shù)緊密相結合，同時(shí)納入礦山全部人員、設備和環(huán)境信息，構成礦山中人與人、人與物、物與物相聯(lián)的網(wǎng)絡(luò )，以便動(dòng)態(tài)詳盡地描述并控制礦山安全生產(chǎn)與運營(yíng)的全過(guò)程，實(shí)現礦山系統的全面智能控制，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(wú)線(xiàn)、無(wú)源、多參數傳感器及有線(xiàn)傳感器，物聯(lián)網(wǎng)控制分站等設備以及有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )相結合形成的礦山標準化感知、控制及管理綜合平臺。
該平臺的表現形式主要采用三維可視化技術(shù)。三維可視化系統利用礦井實(shí)際數據，采用虛擬現實(shí)技術(shù)和各種實(shí)體建模技術(shù)來(lái)構建三維可視化應用，同時(shí)采用3D虛擬技術(shù)，以地測、工程數據為基礎，自動(dòng)生成三維地面工業(yè)廣場(chǎng)、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(dòng)態(tài)采、掘工作面位置)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的監測信息，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(dòng)化系統)的三維分布及其運行狀態(tài)，井上、井下視頻監控圖像等，以便將礦井地面與地下的真實(shí)全貌(包含生產(chǎn)、設備運行狀態(tài))完整地展現出來(lái)。
4．2 全面覆蓋的礦山企業(yè)各功能子系統
在礦山物聯(lián)網(wǎng)子系統方面，主要包括生產(chǎn)、保障、安全及其他四個(gè)大類(lèi)系統，而且可以根據現實(shí)需要延伸出不同的分支系統。具體如下：
生產(chǎn)系統：包括提升系統、主運輸系統、輔助運輸系統、綜采工作面系統、洗選集控系統、皮帶機運輸系統、斜井提升系統、開(kāi)拓工作面系統。
保障系統：包括供電系統、通風(fēng)系統、壓風(fēng)系統、排水系統、供水系統、設備檢測維修系統等。
保障系統：包括安全監測系統、束管系統、瓦斯抽放站自動(dòng)控制、礦井來(lái)壓實(shí)時(shí)監測系統、通用調度指揮系統、無(wú)線(xiàn)應急通信系統、重大危險源監測管理控制系統、應急救援指揮系統。
其他配套系統：包括供暖系統、消防系統、季節性水災預防系統、污水處理系統、能源計量綜合管理系統和智能決策、診斷分析系統。
礦山物聯(lián)網(wǎng)子系統與現有子系統的區別是具備系統協(xié)同功能和完善的感知功能。例如：在災害預警防治子系統中，通過(guò)對瓦斯涌出規律的分析和瓦斯實(shí)時(shí)監測及預測預警，可實(shí)現生產(chǎn)的安全監測。而根據歷史及當前實(shí)時(shí)監測出的瓦斯、風(fēng)速、風(fēng)門(mén)開(kāi)關(guān)、局部通風(fēng)機開(kāi)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(guò)數據挖掘和相應的數學(xué)模型，就可以得出相應煤層的瓦斯涌出規律。然后通過(guò)對與瓦斯有關(guān)的相關(guān)信息的采集處理，可以實(shí)現對安全監控信息的實(shí)時(shí)監測、規律分析和超前預警。預、報警方式主要是系統內即時(shí)信息、手機短信、通風(fēng)GIS的圖上動(dòng)態(tài)顯示等。
在束管系統中，通過(guò)對礦井自然發(fā)火規律分析以及外因火災監測報警，可以實(shí)現自然發(fā)火早期預測預報、自燃火災標志性氣體分析，以便及時(shí)判斷、識別礦井自然發(fā)火隱患，并對外因火災進(jìn)行監測報警。依據歷史及當前的束管監測、人工防滅火檢測信息，結合相應的煤層自然傾向性、煤層燃點(diǎn)、巷道風(fēng)速、氣體變化、采煤方法、推進(jìn)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、不同區域、同一煤層不同分層等的發(fā)火規律；同時(shí)根據外因火災(主要是皮帶發(fā)火、電器發(fā)火)的發(fā)展規律，結合對皮帶、電器所在巷道的煙霧、溫度等監測信息，實(shí)現外因火災監測報警，并得出礦井的外因火災發(fā)生后對其他區域的影響規律。
4．3 網(wǎng)絡(luò )傳輸設備
礦山物聯(lián)網(wǎng)的具體產(chǎn)品具有統一的模型架構、數據描述和通信協(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(luò )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(kāi)發(fā)基于IPv6通信技術(shù)的自組網(wǎng)設備，基于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)關(guān)鍵通信控制設備，基于傳感節點(diǎn)自組網(wǎng)技術(shù)及相關(guān)設備，基于應急通訊設備光線(xiàn)通信設備及控制分站和設備圖像、語(yǔ)音、信息、數據等交互處理設備，基于通用服務(wù)器、伺服器、集群、傳感網(wǎng)智能路由器等組合開(kāi)發(fā)的礦山專(zhuān)業(yè)信息處理設備。
4．4 傳感器體系
礦山物聯(lián)網(wǎng)需要將所有子系統進(jìn)行標準化整合，以便實(shí)現普遍互聯(lián)和信息共享，因此，需要完成實(shí)時(shí)全面的感知和監控，同時(shí)需要構建完善的感知系統和完善的傳感器體系。其重點(diǎn)應從以下幾方面入手：
(1)環(huán)境感知類(lèi)：結合現有煤礦生產(chǎn)實(shí)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(shí)現空間距離上的突破，同時(shí)還應包括其他環(huán)境感知類(lèi)的智能處理、多參數集成的傳感器。
(2)設備控制類(lèi)：包括生產(chǎn)設備控制、輔助設備控制、環(huán)境監控設備控制、通信控制、安全設施控制、危險源監控設備控制等與自動(dòng)化設備及系統對接控制用的傳感器，主要是在接收感知傳感器信息數據并處理分析的基礎上，結合對設備運行狀態(tài)的感知，為自動(dòng)控制提供智能化的決策參考。
(3)有線(xiàn)傳感器：主要是用于工作環(huán)境惡劣、無(wú)線(xiàn)信號容易受到干擾的綜采系統、煤塵瓦斯集中區以及不需要移動(dòng)和遠距離監測的巷道固定安裝基于光纖、電力線(xiàn)的傳感器設備。
(4)無(wú)線(xiàn)傳感器：包括用于無(wú)線(xiàn)信號覆蓋及受干擾較小的環(huán)境感知、提升輸送等移動(dòng)設備控制及監控所需的無(wú)線(xiàn)、無(wú)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、子系統及其接口標準、網(wǎng)絡(luò )地址分配標準、IPv6技術(shù)礦山應用標準、傳感器分類(lèi)及標準、實(shí)時(shí)通信互聯(lián)協(xié)議、控制標準、管理標準等。
5 結語(yǔ)
目前，國內外關(guān)于礦山物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品遍及安全、生產(chǎn)、管理各個(gè)環(huán)節，國內有上百家企業(yè)在從事生產(chǎn)系統、膠帶、運輸、提升、輸送、井下排水、瓦斯抽放、通風(fēng)系統、防火滅火、人員監測、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(chǎng)、多媒體、通信、視頻等系統的設計與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。從產(chǎn)品細分和業(yè)務(wù)環(huán)節覆蓋程度看，幾乎涵蓋了礦山物聯(lián)網(wǎng)的全部?jì)热?。但從產(chǎn)品、系統的設計深度、適用性來(lái)看，大部分產(chǎn)品流于表面主體功能需求，細節方面較差。以視頻監控為例，國內尚無(wú)產(chǎn)品能夠將視頻監控采集的信息進(jìn)行分類(lèi)處理并提出針對性的建議方案或者預測結果，這顯然不能達到礦山企業(yè)對科學(xué)分析、智能決策的實(shí)際需求。存在這種細節適用性問(wèn)題的原因在于，真正的礦山物聯(lián)網(wǎng)系統應該是融入礦山企業(yè)管理運營(yíng)經(jīng)驗的系統，是智能化程度高、真正能夠起到減員增效作用的系統。傳統的軟件、硬件及系統集成商大多沒(méi)有礦山企業(yè)管理經(jīng)驗，對礦山生產(chǎn)運營(yíng)中涉及的細節問(wèn)題、管理經(jīng)驗、技術(shù)等沒(méi)有深刻理解，也就難以設計出真正有價(jià)值、實(shí)用性強的系統和產(chǎn)品。
礦山物聯(lián)網(wǎng)體系的構建與礦山企業(yè)現有的信息化系統相比具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢，其在感知范圍、控制的自動(dòng)化程度和管理的智能化程度方面顯著(zhù)提升。目前，礦山企業(yè)現有信息化系統大多為獨立的子系統，諸如煤礦綜采系統、提升輸送系統、瓦斯監測系統、人員定位系統等，這些系統獨立成體系，管理控制信息不能與其他系統共享，這使得礦山企業(yè)要針對每個(gè)系統安排調度協(xié)調、巡檢維護、現場(chǎng)值班人員，以保證其良好運行。在各個(gè)子系統大的感知能力方面，目前主要限于小范圍內瓦斯、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控及監測范圍并不到位，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)是將所有子系統進(jìn)行標準化整合，實(shí)現普遍互聯(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(jìn)行實(shí)時(shí)全面感知和監控，達到“感知礦山、控制礦山、管理礦山”境界的一種系統。它可以顯著(zhù)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(shí)時(shí)監控和模擬預警功能，在災害發(fā)生時(shí)，也可以實(shí)現及時(shí)處置。
礦山物聯(lián)網(wǎng)的具體產(chǎn)品具有統一的模型架構、數據描述和通信協(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(jìn)行深入融合。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/153709.htm
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