采礦與安全新技術(shù)

1、采礦與安全“新”技術(shù)1、綠色開采新技術(shù)2、數(shù)字礦山新技術(shù)綠色開采新技術(shù)第一章 綠色開采背景 第一節(jié) 煤炭開采對環(huán)境的影響及其表現(xiàn)形式 第二節(jié) 礦區(qū)生態(tài)治理與修復(fù) 第三節(jié) 綠色開采重要意義和技術(shù)體系第二章 綠色開采新技術(shù)介紹 第一節(jié) 煤與瓦斯協(xié)調(diào)開采技術(shù) 第二節(jié) 井下矸石充填技術(shù) 第三節(jié) 煤炭地下氣化技術(shù) 煤炭開采過程中產(chǎn)生的有毒有害氣體對水資源、土地和空氣都造成了不同程度的污染破壞，其主要表現(xiàn)形式: 1、煤礦開采對水資源的破壞 對水資源的破壞主要表現(xiàn)在兩個方面。一方面導(dǎo)致地下水位的大幅度下降，水源枯竭，地表植被干枯，自然景觀破壞，農(nóng)業(yè)產(chǎn)量下降，嚴重時可引起地表土壤沙化。另一方面開采造成地表及地

2、下水污染。圖為保德縣煤礦開采采空區(qū)沉陷引起的嚴重水土流失 。煤礦采空區(qū)沉陷引起的嚴重水土流失 第一節(jié) 煤炭開采對環(huán)境的影響及其表現(xiàn)形式 我國水資源分布很不均衡，且水資源與煤炭資源成逆向分布。大概有70%的礦區(qū)缺水，大量使用地表水和地下水將對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)產(chǎn)生嚴重影響。對于缺水地區(qū),保護水資源將是煤炭開發(fā)與生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題。 我國平均開采1噸煤要破壞近1噸水，據(jù)報道山西采1噸煤要破壞2.5噸水，我國最高可達近10噸。在一些地區(qū)可以進行河湖海下采煤,顯然這些地區(qū)開采對水文地質(zhì)影響不大；在一些地區(qū)(如我國東部)開采后地面形成水洼,說明上覆巖層隔水良好；在一些地區(qū)(如我國中西部)開采后地面形成塌陷，但并不積

3、水。此時就有可能造成水文地質(zhì)的改變，甚至地下水的流失。而且影響植被和荒漠化。第一節(jié) 煤炭開采對環(huán)境的影響及其表現(xiàn)形式 2、煤礦開采造成土地資源的破壞 煤炭開采對土地資源的破壞損害，井工開采以地表塌陷和矸石山壓占為主，而露天開采則以直接挖損和外排土場壓占為主。 露天礦采場 采空區(qū)沉陷引起土地破壞 第一節(jié) 煤炭開采對環(huán)境的影響及其表現(xiàn)形式 我國現(xiàn)有矸石山1600余座，堆積量超過45億t，占地超過15000 hm2。目前每年產(chǎn)矸量超過2.5億t。 矸石山除了占用大量的土地資源外，還會嚴重污染空氣和地下水，甚至存在爆炸危險。 第一節(jié) 煤炭開采對環(huán)境的影響及其表現(xiàn)形式 3、對大氣的污染 對大氣的污染主要

4、來自礦井排出的煤層瓦斯和煤礦矸石山的自燃。 地下礦層中賦存的大量有毒有害氣體，如CH4、CO、CO2、SO、SO2、H2S等，由于開采，經(jīng)礦井通風(fēng)風(fēng)流并攜帶大量粉塵排至大氣。第一節(jié) 煤炭開采對環(huán)境的影響及其表現(xiàn)形式露天礦采場治理后 露天礦采場 礦山環(huán)境問題一直受到國際社會的廣泛關(guān)注和重視。礦區(qū)生態(tài)治理與修復(fù)是當(dāng)今世界采礦業(yè)發(fā)展的必然要求，是世界各國環(huán)境與發(fā)展中必然涉及的重要課題。礦區(qū)生態(tài)治理與修復(fù)包括土地復(fù)墾、廢棄地治理與利用和植被修復(fù)等3個方面。目前我國復(fù)墾利用的土地還不到被破壞土地的1%。而歐洲、北美等發(fā)展中國家礦山土地復(fù)墾率已超過50%，原蘇聯(lián)、美國、捷克土地復(fù)墾率高達75%以上。在國外

5、，礦山復(fù)墾是采礦業(yè)的一部分，采礦結(jié)束，復(fù)墾完畢，才能閉坑。第二節(jié) 礦區(qū)生態(tài)治理與修復(fù) “資源開采-環(huán)境保護-礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展”的平衡關(guān)系，是我國21世紀資源開發(fā)的全局性課題。其核心內(nèi)容之一就是要實現(xiàn)“綠色開采”?！熬G色開采”重大意義在于： （1）綠色開采要求開采技術(shù)水平提升。我國煤炭行業(yè)整體技術(shù)水平較低，長期走的是粗放型發(fā)展路子，生產(chǎn)集約化程度很低。綠色開采必然要求多層面、多角度的技術(shù)創(chuàng)新。 （2）綠色開采要求系統(tǒng)高效利用產(chǎn)品。綠色開采要求從廣義資源的角度看待礦區(qū)范圍內(nèi)的煤炭、地下水、煤層氣、土地、煤矸石以及在煤層附近的其他礦床等可用資源，在追求最佳經(jīng)濟效益和社會效益的同時，盡可能減少對環(huán)境的負

6、面影響。 （3）綠色開采要求全面評價企業(yè)效益，綜合考慮生態(tài)環(huán)境。綠色開采以生態(tài)大系統(tǒng)的觀念來看待、評價企業(yè)的經(jīng)濟活動，實現(xiàn)生態(tài)大系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。這自然要求企業(yè)在追求自身經(jīng)濟效益的同時，要全面考慮社會效益與環(huán)境效益。第三節(jié) 綠色開采重要意義和技術(shù)體系 第三節(jié) 綠色開采重要意義和技術(shù)體系 第二章 綠色開采新技術(shù)介紹 低透氣性瓦斯是吸附在煤炭上難于采集、資源密集度低的伴生資源。利用必然要進行的井下工程先采瓦斯而后采煤以及利用巖層受采動形成的裂隙場采集釋放的瓦斯是最經(jīng)濟而有效的辦法。對瓦斯的認識過程如下：瓦斯是災(zāi)害煤礦重大災(zāi)難源是瓦斯,因此對瓦斯的定義是：礦井中主要由煤層氣構(gòu)成的以甲烷為主的有害氣體

7、。瓦斯是能源1m3瓦斯的發(fā)熱量為35.6MJ,相當(dāng)于1.2Kg標煤,可發(fā)電3-3.5Kwh.在陸上煙煤和無煙煤田中,埋深在300-2000米范圍內(nèi)的資源有31.46萬億m3,相當(dāng)于天然氣儲量。 低透氣性瓦斯是吸附在煤炭上難于采集、資源密集度低的伴生能源-瓦斯不同于天然氣,大部分吸附于煤炭(80-90%), 游離瓦斯僅占5-12%.大部分煤層透氣性低(0.005-0.1m2/mpa2.d)很難抽離。以瓦斯含量20m3/t煤計,相當(dāng)于1000Kg中含有24Kg標煤,全部發(fā)電價值僅為30-50元的伴生物,比噸煤的價值低幾十倍。煤礦綠色開采技術(shù)-1 煤與瓦斯協(xié)調(diào)開采技術(shù)17.9332.15303324

8、.7536.3333823.8614.422.531.4627.3010203040資源量(萬億立方米)李明潮1987焦作礦院1987張新民1991統(tǒng)配煤礦公司1992段俊虎1992關(guān)德師1992劉友民1993李靜1995煤田總局1998廊坊分院1999中聯(lián)公司2000廊坊分院2001中國煤層氣(瓦斯)資源估算新一輪油氣資源評價：36.81萬億立方米煤礦綠色開采技術(shù)-1 煤與瓦斯協(xié)調(diào)開采技術(shù)2、 我國煤層氣賦存的特征一、煤層瓦斯的滲透率低 我國煤層滲透率較低，平均在0.00216.17毫達西。撫順煤田的滲透率相對較高，但也只有0.5-3.8md，水城、豐城、鶴崗、開灤、柳林等礦區(qū)高滲透煤層滲透

9、率只有0.1-1.8md，其它地區(qū)絕大多數(shù)實測的滲透率值都在0.001md以下，比美國的San Juan盆地和Black Warrior盆地低3-4個數(shù)量級。二、煤層瓦斯壓力較低 我國煤層瓦斯壓力梯度大小變化幅度很大，最低值為1.2kPa/m(撫順)，最大值為13.4kPa/m(天府)，但大部分屬于低壓瓦斯。煤層瓦斯壓力低影響煤層氣產(chǎn)率，不利于瓦斯抽采。三、煤層吸附瓦斯能力高 煤對瓦斯的吸附能力受多種因素的影響，主要影響因素有壓力、溫度、礦物質(zhì)含量、水分含量、煤階、巖性、氣體組分等。煤礦綠色開采技術(shù)-1 煤與瓦斯協(xié)調(diào)開采技術(shù)3、 煤與瓦斯協(xié)調(diào)開采技術(shù)一、瓦斯抽采技術(shù)體系 瓦斯抽采分為地面鉆井抽

10、采和井下抽采兩大類，如圖1-3-1、1-3-2所示。按煤層氣開采方法、卸壓瓦斯的來源及卸壓瓦斯抽采方法的不同，構(gòu)建了“煤與煤層氣共采”技術(shù)體系圖，如圖4-13所示。 煤礦綠色開采技術(shù)-1 煤與瓦斯協(xié)調(diào)開采技術(shù)煤礦綠色開采技術(shù)-1 煤與瓦斯協(xié)調(diào)開采技術(shù)4、 瓦斯綜合利用一、瓦斯主要的利用途徑煤層氣燃氣輪機煤層氣鍋爐煤層氣煤泥烘干回轉(zhuǎn)窯1、民用燃氣 2、燃氣鍋爐 3、瓦斯發(fā)電4、生產(chǎn)化工 產(chǎn)品煤礦綠色開采技術(shù)-1 煤與瓦斯協(xié)調(diào)開采技術(shù)淮南礦業(yè)集團瓦斯發(fā)電廠 澳大利亞Appin Colliery瓦斯發(fā)電廠，裝機容量為51MW，礦井回風(fēng)流中的瓦斯平均濃度為0.7，占電廠瓦斯用量的7，其余瓦斯來自采空區(qū)

11、瓦斯抽采。煤礦綠色開采技術(shù)-1 煤與瓦斯協(xié)調(diào)開采技術(shù)1、潔凈開采技術(shù)簡介 潔凈開采技術(shù)是指在提高煤炭質(zhì)量的同時，盡量從源頭上避免污染物的產(chǎn)生或最大程度控制污染物的生成量及污染程度，使煤炭開采對環(huán)境的污染和破壞降低到最低限度的開采技術(shù)。 在煤炭生產(chǎn)中，需要將大量煤矸石排放到地面，占用了大量的土地；同時在提升過程中消耗了大量的人力、物力。隨著煤炭生產(chǎn)的發(fā)展，矸石山越堆越大，占地面積越來越大，既造成了環(huán)境污染，又給煤炭企業(yè)增加了經(jīng)濟負擔(dān)。煤矸石是我國工業(yè)固體廢料中產(chǎn)生量、累計積存量和占地面積最大的固體廢棄物。 為了杜絕或減少煤矸石造成的環(huán)境污染，可采取以下兩種控制煤矸石生成量的開采技術(shù)：一是采用減矸

12、開采技術(shù)，包括開拓部署、巷道布置和采掘工藝等技術(shù)措施；二是采用矸石充填開采技術(shù)，包括將掘進出矸充填在井下廢棄的巷道或硐室內(nèi)，或?qū)⒕蜻M出矸直接用于采空區(qū)充填。煤礦綠色開采技術(shù)-2 井下矸石充填技術(shù)固體廢物直接充填采煤總體技術(shù)框架一、充填采煤總體技術(shù)框架煤礦綠色開采技術(shù)-2 井下矸石充填技術(shù)二、矸石充填開采的分類及特點 1、矸石充填的種類與方法 充填開采是利用不同充填材料對采空區(qū)進行直接充填。該方法相當(dāng)于減小了開采煤層的厚度，對于減小地表沉陷比較有效。 煤礦綠色開采技術(shù)-2 井下矸石充填技術(shù)全部充填部分充填采空區(qū)充填冒落區(qū)充填離層區(qū)充填按充填位置按充填量水砂充填矸石充填自溜充填風(fēng)力充填機械充填按充

13、填動力膏體充填高水充填水力充填充填開采按充填物質(zhì) 2、矸石充填開采技術(shù) (1) 采空區(qū)條帶充填技術(shù) 采空區(qū)條帶充填就是在煤層采出后頂板冒落前，采用矸石材料對采空區(qū)的一部分空間進行充填，構(gòu)筑相間的充填條帶，靠充填條帶來支撐覆巖。只要保證未充填采空區(qū)的寬度小于覆巖關(guān)鍵層的初次破斷跨距，且充填條帶能保持長期穩(wěn)定，就可有效控制地表沉陷，如圖2-1所示。 煤礦綠色開采技術(shù)-2 井下矸石充填技術(shù) (2) 條帶開采冒落區(qū)注漿充填技術(shù) 目前，我國主要采用條帶開采技術(shù)來實現(xiàn)建筑物下壓煤（“三下”）開采，其主要缺點是煤炭采出率偏低，一般僅為30%50%。 條帶開采冒落區(qū)注漿充填就是條帶開采情況下，通過地面或井下鉆

14、孔向采出條帶已冒落采空區(qū)的破碎矸石進行注漿充填。同時利用充填材料與冒落區(qū)內(nèi)矸石形成的共同承載體來縮短留設(shè)條帶的寬度，以達到提高資源回采率的目的。煤礦綠色開采技術(shù)-2 井下矸石充填技術(shù)拋矸機拋矸面實況矸石充填高速動力拋矸機條帶開采矸石充填置換煤炭開采技術(shù)1、 概 述 煤炭地下氣化(Underground Coal Gasification，UCG)是指在煤層賦存地點直接獲得可燃氣體的過程，即在地下將固態(tài)礦物通過熱化學(xué)過程變?yōu)闅鈶B(tài)燃料，然后由鉆孔排到地面，供給用戶。 煤炭的地下氣化原理是由原蘇聯(lián)著名化學(xué)家門捷列夫在1888年提出的。英國在1914年至1959年共進行了62次小規(guī)模試驗，并建成一座小

15、型的地下氣化發(fā)電站。前蘇聯(lián)自1932年至1965年先后建立了12座地下氣化站，美國自1946年至1963年也已試驗成功，后因經(jīng)濟效果差而停止，我國自1958年先后在鶴崗、大同、撫順、皖南等多個礦區(qū)進行了煤的地下氣化試驗，取得了熱值為3.49-5.53MJ/m3的煤氣，后因國民經(jīng)濟調(diào)整而相繼停止。1994年，余力教授又在徐州新河礦、唐山劉莊礦進行氣化試驗，取得熱值在13.69MJ/m3以上的煤氣。首創(chuàng)“長通道、大斷面、兩階段、正反向鼓風(fēng)、啟動能源、壓抽相結(jié)合、邊氣化邊填”等工藝，建立煤炭地下氣化新工藝理論與實踐體系，進行了半工業(yè)性試驗與工業(yè)性試驗，唐山劉莊礦地下氣化爐已經(jīng)連續(xù)穩(wěn)定燃燒2000天。

16、今后煤層的地下氣化研究方向，是向埋深為800m以下的煤層發(fā)展。煤礦綠色開采技術(shù)-3 煤炭地下氣化技術(shù)一、氣化原理 煤炭地下氣化是將含碳元素為主的高分子煤，在地下燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)榈头肿拥娜細猓苯虞斔偷降孛娴幕瘜W(xué)采煤方法。地下氣化與地面氣化的原理相同，產(chǎn)品也相同。它是將煤氣發(fā)生爐與焦化爐產(chǎn)氣原理融為一體。 煤炭地下氣化過程中可燃氣體的產(chǎn)生，是在氣化通道中三個反應(yīng)區(qū)里實現(xiàn)的，即氧化區(qū)、還原區(qū)和干餾干燥區(qū)，如圖31所示。2、 煤炭地下氣化原理及工藝煤礦綠色開采技術(shù)-3 煤炭地下氣化技術(shù)煤礦綠色開采技術(shù)-3 煤炭地下氣化技術(shù)二、煤炭地下氣化工藝 由氣化原理可知，必須首先建造地下煤氣發(fā)生爐，即生產(chǎn)車間。為此有

17、兩種準備方法：礦井式和無井式氣化方法。 礦井式是從地面向煤層鑿出井筒后，用煤層平巷連通，點燃煤層，生產(chǎn)煤氣。缺點是避免不了井下作業(yè)；密閉井巷工作復(fù)雜，漏氣性大；氣化過程不易控制。 無井式氣化方法就是用鉆孔代替井筒，然后貫通兩個鉆孔，并點火形成火道，進行燃燒。燃燒工作就是煤的真正氣化過程，這種氣化工藝系統(tǒng)如圖32所示。煤礦綠色開采技術(shù)-3 煤炭地下氣化技術(shù) （1）氣流貫通：低壓和高壓火力滲透貫通法 （2）電力貫通：在兩鉆孔中放入電極，利用電能的熱效能燒穿，5-6KV； （3）定向鉆進貫通 （4）水力壓裂貫通煤礦綠色開采技術(shù)-3 煤炭地下氣化技術(shù)3、 技術(shù)經(jīng)濟評價一、經(jīng)濟效益 煤炭地下氣化的成本，

18、比地面氣化成本（0.40-0.50元/m3）降低50%以上，從科學(xué)采礦觀點看，其完全成本最低，煤炭地下氣化是經(jīng)濟效益是非常良好的。二、環(huán)境效益 煤炭在開采、運輸、裝儲和加工利用過程中，給人類生存環(huán)境造成了多項污染，影響人們身體健康和生活環(huán)境。煤炭地下氣化過程中，燃燒過的灰碴、其他有害物及放射性物質(zhì)留在地下，減少了地面沉陷及上述各過程中的環(huán)境污染。煤氣能集中凈化，分離后可得到潔凈的能源氫，因此，地下氣化技術(shù)的環(huán)境效益也是十分明顯的。三、社會效益 煤炭地下氣化的過程，始終沒有離開煤礦企業(yè)，這就為報廢煤礦以及將報廢煤礦轉(zhuǎn)產(chǎn)提供機會，安排閑散勞力，是新型煤礦聯(lián)合企業(yè)的雛型，是我國老礦井及煤炭行業(yè)改革的

19、必由之路。最好的社會效益就是實現(xiàn)了完全生產(chǎn)。煤礦綠色開采技術(shù)-3 煤炭地下氣化技術(shù)啊綠色是大自然的恩澤是生長的執(zhí)著是生命的顏色啊綠色綠色是永遠唱不完的歡樂之歌綠色開采是一種理念綠色開采是一種責(zé)任綠色開采是一種行動數(shù)字礦山新技術(shù)（一）新型傳感器技術(shù) （1）NDIR非分光紅外檢測技術(shù) （2）光纖傳感器技術(shù)（二）感知礦山物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) （1） 物聯(lián)網(wǎng)的基本概念 （2） 感知礦山物聯(lián)網(wǎng)總體目標與特征 （3） 感知礦山建設(shè)的核心問題 （4） 感知礦山物聯(lián)網(wǎng)總體設(shè)計 （5） 感知礦山子系統(tǒng)建設(shè)案例數(shù)字礦山新技術(shù)（一） 礦井瓦斯檢測技術(shù)現(xiàn)狀 數(shù)字礦山新技術(shù)-非分光紅外檢測技術(shù)光干涉熱催化熱導(dǎo)紅外1 紅外檢測技術(shù)

20、-熱導(dǎo)原理瓦斯傳感器利用甲烷和空氣導(dǎo)熱率不同的原理，測量空氣中甲烷濃度。用熱導(dǎo)原理檢測瓦斯，只是在（840）CH4時測量誤差較小，低段測量誤差大；易受溫度、濕度影響；穩(wěn)定性差、調(diào)校周期短；1 紅外檢測技術(shù)-紅外原理瓦斯傳感器采用當(dāng)前國際上先進的氣體分析技術(shù)：“非色散紅外檢測”（ NDIR ）技術(shù)。每種極性分子結(jié)構(gòu)的氣體如SO2、CO2、CH4等，都有對應(yīng)的紅外光特征吸收波長，如CH4特征吸收波長為3.3um，CO2特征吸收波長為4.3um。而雙原子分子氣體如H2、O2、N2等對紅外光則沒有吸收作用。1 紅外檢測技術(shù)-紅外傳感器剖析（5）不受背景氣干擾，不存在H2S等有毒氣體中毒現(xiàn)象；（1）測量

21、范圍寬，0-100%；（2）精度高；（3）調(diào)校周期長，半年；（4）功耗低；（6）壽命長；1 紅外檢測技術(shù)熱導(dǎo)與紅外比較熱導(dǎo)紅外1紅外檢測技術(shù)管道瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測技術(shù)發(fā)展趨勢1）受溫度壓力影響大，壓力補償和溫度補償是必須采取的技術(shù)措施；2）對冷凝水和固體雜質(zhì)敏感，氣體進入測量氣室內(nèi)時必須進行冷凝、過濾預(yù)處理；紅外測量技術(shù)的先進性是顯而易見！弊端：1 紅外檢測技術(shù)-GJG100H(C)型管道瓦斯傳感器1 紅外檢測技術(shù)-傳感器技術(shù)指標工作電壓：（12-24.5）VDC；工作電流：60mA；測量范圍：（0100）Vol；測量誤差：真值的3；適應(yīng)壓力范圍（絕壓）：30kPa150 kPa； 適應(yīng)溫度范圍：2

22、050；信號輸出制式：（2001000）Hz或（420）mA；光纖傳感器用光作為敏感信息的載體，用光纖作為傳遞敏感信息的媒質(zhì)。同時具有光纖及光學(xué)測量的特點：電絕緣性能好?？闺姶鸥蓴_能力強。非侵入性。高靈敏度。容易實現(xiàn)對被測信號的遠距離監(jiān)控。光纖傳感器可測量位移、速度、加速度、液位、應(yīng)變、壓力、流量、振動、溫度、電流、電壓、磁場等物理量43數(shù)字礦山新技術(shù)2 光纖傳感器技術(shù)1、光纖傳感器技術(shù)簡介信號處理光受信器光發(fā)送器光纖耦合器被測對象2、光纖傳感器的分類注：MM多模；SM單模；PM偏振保持；a,b,c：功能型、非功能型、拾光型443、礦用光纖傳感技術(shù)的優(yōu)點（分布式）： 數(shù)字礦山新技術(shù)2 光纖傳感

23、器技術(shù)本質(zhì)安全型：信息采集和傳輸全部通過光纖實現(xiàn)、不帶電本質(zhì)安全；多點多參數(shù)：通過一根光纖可以在幾十公里的范圍內(nèi)對多個點進行溫度、礦壓、頂板位移、水壓、瓦斯等多參數(shù)實時監(jiān)測；多功能：利用一個光纖傳感器探頭可以對瓦斯、一氧化碳、乙烯、氧氣等進行多種氣體檢測。45數(shù)字礦山技術(shù)2 光纖瓦斯傳感器光纖傳感器：不帶電；校正周期長：6個月不受潮濕影響靈敏度高 （+/-0.05%）測量范圍大（0-10%;0-40%;0-100%）小型化光纖甲烷傳感器 6 公里光纖數(shù)字礦山技術(shù)2 光纖瓦斯傳感器測試實驗1 物聯(lián)網(wǎng)的基本概念與體系架構(gòu)2 感知礦山物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字化礦山的關(guān)系3 感知礦山物聯(lián)網(wǎng)總體目標與特征 4 感知

24、礦山建設(shè)的核心問題-三個感知 5 感知礦山物聯(lián)網(wǎng)總體設(shè)計 6 感知礦山子系統(tǒng)建設(shè)案例數(shù)字礦山新技術(shù)3感知礦山物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)3礦山物聯(lián)網(wǎng)-物聯(lián)網(wǎng)概念的演化進程描繪了物聯(lián)網(wǎng)的雛形，他還將自己位于華盛頓州梅迪納的家率先改造成了具有物聯(lián)網(wǎng)特征的豪宅，比如室內(nèi)的所有電器都能“聽懂”中央電腦的指令，讓各類設(shè)施紛紛應(yīng)主人或客人的要求而運作。19951999200520062009IBM智慧地球比爾蓋茨未來之路歐盟物聯(lián)網(wǎng)項目麻省理工物聯(lián)網(wǎng)最初定義國際電信聯(lián)盟對概念進行擴展把所有物品通過射頻識別（RFID）和條碼等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理。19951999200520062009IBM智慧

25、地球比爾蓋茨未來之路歐盟物聯(lián)網(wǎng)項目麻省理工物聯(lián)網(wǎng)最初定義國際電信聯(lián)盟對概念進行擴展3 礦山物聯(lián)網(wǎng)-物聯(lián)網(wǎng)概念的演化進程在The Internet of Things報告中對物聯(lián)網(wǎng)概念進行擴展，提出任何時刻，任何地點，任意物體之間的互聯(lián)，無所不在的網(wǎng)絡(luò)和無所不在計算的發(fā)展愿景，除RFID技術(shù)外，傳感器技術(shù)，納米技術(shù)，智能終端等技術(shù)將得到更加廣泛的應(yīng)用。19951999200520062009IBM智慧地球比爾蓋茨未來之路歐盟物聯(lián)網(wǎng)項目麻省理工物聯(lián)網(wǎng)最初定義國際電信聯(lián)盟對概念進行擴展3 礦山物聯(lián)網(wǎng)-物聯(lián)網(wǎng)概念的演化進程物聯(lián)網(wǎng)是未來Internet的一個組成部分，可以被定義為基于標準的和可互操作的通

26、信協(xié)議且具有自配置能力的動態(tài)的全球網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)。物聯(lián)網(wǎng)中的“物”都具有標識、物理屬性和虛擬的個性，使用智能接口，實現(xiàn)與信息網(wǎng)絡(luò)的無縫整合。19951999200520062009IBM智慧地球比爾蓋茨未來之路歐盟物聯(lián)網(wǎng)項目麻省理工物聯(lián)網(wǎng)最初定義國際電信聯(lián)盟對概念進行擴展3 礦山物聯(lián)網(wǎng)-物聯(lián)網(wǎng)概念的演化進程物聯(lián)網(wǎng)是其中不可或缺的一部分。該構(gòu)想提出，將感應(yīng)器嵌入到電網(wǎng)、鐵路、公路、建筑等各種物體中，并且通過現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)鏈接，形成“物聯(lián)網(wǎng)”，并將“新能源”和“物聯(lián)網(wǎng)”列為振興經(jīng)濟的兩大武器。19951999200520062009IBM智慧地球比爾蓋茨未來之路歐盟物聯(lián)網(wǎng)項目麻省理工物聯(lián)網(wǎng)最初定義國際電信

27、聯(lián)盟對概念進行擴展3 礦山物聯(lián)網(wǎng)-物聯(lián)網(wǎng)概念的演化進程2009.8.7: 溫家寶總理在無錫視察時指出，要在激烈的競爭中 在無錫迅速建立中國傳感信息中心，或者叫做感知 中國中心。2010.3.5: 溫家寶總理在作政府工作報告指出“加快物聯(lián) 網(wǎng)的研發(fā)應(yīng)用”，搶占經(jīng)濟科技制高點，這標志著物聯(lián)網(wǎng)已正式進入我國國家戰(zhàn)略層面。2010.6.5: 胡錦濤總書記在兩院院士大會上講話中指出，當(dāng)前 要“加快發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”，爭取盡快取得突破性 進展。3 礦山物聯(lián)網(wǎng)-物聯(lián)網(wǎng)概念的演化進程中國物聯(lián)網(wǎng)專家委員會主任委員鄔賀銓院士對物聯(lián)網(wǎng)的概念做了進一步修正：“物聯(lián)網(wǎng)是指通過信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把需要聯(lián)網(wǎng)的物品

28、與網(wǎng)絡(luò)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)，它是在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的延伸和擴展應(yīng)用”。這個概念不特意指明互聯(lián)網(wǎng)，明確提出是需要聯(lián)網(wǎng)的物體，同時強調(diào)物聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)的延伸和擴展應(yīng)用。非常清楚地將行業(yè)應(yīng)用涵蓋在物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)，更為適合當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。感知礦山物聯(lián)網(wǎng)主要就是依據(jù)這個概念來進行設(shè)計和規(guī)劃的。 3 礦山物聯(lián)網(wǎng)-物聯(lián)網(wǎng)概念的演化進程3礦山物聯(lián)網(wǎng)-礦山物聯(lián)網(wǎng)與數(shù)字礦山關(guān)系煤礦各生產(chǎn)子系統(tǒng)電力監(jiān)測系統(tǒng)1 號變電站井下系統(tǒng)地面系統(tǒng)2 號變電站洗煤廠集控系統(tǒng)井上運輸集控系統(tǒng)井下環(huán)境安全監(jiān)測系統(tǒng)排水監(jiān)測系統(tǒng)多套系統(tǒng)共存系統(tǒng)總體復(fù)雜沒有冗余信息孤島子系統(tǒng)孤島備品備件多維護人

29、員多維護工作量大膠帶機集控系統(tǒng)3礦山物聯(lián)網(wǎng)-礦山物聯(lián)網(wǎng)與數(shù)字礦山關(guān)系 數(shù)字礦山是對真實礦山整體及相關(guān)現(xiàn)象的統(tǒng)一認識與數(shù)字化再現(xiàn)，即將礦山生產(chǎn)、安全、礦山地理、地質(zhì)、礦山建設(shè)等綜合信息全面數(shù)字化，其目的是為了利用信息技術(shù)及現(xiàn)代控制理論與自動化技術(shù)去動態(tài)詳盡地描述與控制礦山安全生產(chǎn)與運營的全過程。以高效、安全、綠色開采為目標，保證礦山經(jīng)濟的可持續(xù)增長，保證礦山自然環(huán)境的生態(tài)穩(wěn)定。 感知礦山物聯(lián)網(wǎng)是在感知層上應(yīng)用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，更加具體、全面、動態(tài)、詳盡地描述真實礦山。感知礦山概念是數(shù)字礦山、礦山綜合自動化等概念的升華。 物聯(lián)網(wǎng)明確提出了物與物相聯(lián)的概念，而數(shù)字礦山等基本是人與人、人與物相聯(lián)的概念為主

30、。 3礦山物聯(lián)網(wǎng)-礦山物聯(lián)網(wǎng)與數(shù)字礦山關(guān)系感知手段傳統(tǒng)單一：如瓦斯傳感器還是以傳統(tǒng)笨重的催化元件為主，基本沒有MEMS微機電化集成傳感器。缺乏泛在感知網(wǎng)絡(luò)：基本沒有統(tǒng)一的地下無線覆蓋感知層網(wǎng)絡(luò)，因此，現(xiàn)有的一些傳感器和監(jiān)測系統(tǒng)基本是基于有線網(wǎng)絡(luò)的，能監(jiān)測固定設(shè)備和環(huán)境的狀態(tài)。不能適用于煤礦流動作業(yè)，危險源位置、分布、及其流動規(guī)律均不確定的場合。存在很大的感知盲區(qū)，不能做到無處不在，不能保證安全感知的全覆蓋。缺乏應(yīng)用層面的信息融合：煤礦綜合自動化實現(xiàn)了先用應(yīng)用系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化集成，但是應(yīng)用系統(tǒng)之間的聯(lián)動與信息融合、決策融合還沒有開展。多學(xué)科交叉研究不夠：重大災(zāi)害產(chǎn)生的機理，煤礦設(shè)備故障診斷，地質(zhì)、測

31、量、水文、監(jiān)測監(jiān)控、智能信息處理技術(shù)等多學(xué)科研究融合不夠。3礦山物聯(lián)網(wǎng)-當(dāng)前數(shù)字礦山缺點 作為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域，感知礦山物聯(lián)網(wǎng)概念：“通過各種感知技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、信息處理技術(shù)和礦山多學(xué)科技術(shù)，實現(xiàn)對真實礦山整體及相關(guān)現(xiàn)象可視化、數(shù)字化及智慧化?！?礦山物聯(lián)網(wǎng)-感知礦山物聯(lián)網(wǎng)感念（1）感知礦山災(zāi)害風(fēng)險，實現(xiàn)各種災(zāi)害事故的預(yù)警預(yù)報（2）感知礦工周圍安全環(huán)境，實現(xiàn)主動式安全保障（3）感知礦山設(shè)備工作健康狀況，實現(xiàn)預(yù)知維修圍繞這三個感知，從災(zāi)害機理、通信傳感網(wǎng)絡(luò)、檢測感知手段、智能信息處理、決策應(yīng)用等有一系列要深入研究的內(nèi)容。這些研究原來是相對獨立分散進行的，現(xiàn)在可以在感知礦山物聯(lián)網(wǎng)的統(tǒng)一

32、架構(gòu)下進行技術(shù)與學(xué)科的融合。感知礦山建設(shè)的核心問題-三個感知：3礦山物聯(lián)網(wǎng)-感知礦山建設(shè)核心問題統(tǒng)一數(shù)據(jù)倉庫平臺生產(chǎn)安全管理決策應(yīng)用層數(shù)據(jù)倉庫信息處理信息挖掘信息融合各種監(jiān)測監(jiān)控應(yīng)用平臺信息集成與MES感知與控制層感知礦山骨干網(wǎng)平臺辦公自動化專家決策支持系統(tǒng)設(shè)備運行管理三維仿真及VR經(jīng)營管理生產(chǎn)計劃與接續(xù)管理生產(chǎn)保障管理考勤與勞資安全生產(chǎn)信息管理生產(chǎn)監(jiān)控調(diào)度指揮通信系統(tǒng)工作面膠帶運輸提升系統(tǒng)井下供電井下排水地面供電供壓系統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)水處理統(tǒng)束管監(jiān)測安全系統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)供電系統(tǒng)多媒體業(yè)務(wù)瓦斯抽放災(zāi)害監(jiān)測人員監(jiān)測選煤廠設(shè)備監(jiān)測井下降溫給水系統(tǒng)統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺地理信息系統(tǒng)視頻系統(tǒng)感知網(wǎng)調(diào)度網(wǎng)企業(yè)網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)外網(wǎng)

33、安全監(jiān)測安全生產(chǎn)監(jiān)控安全生產(chǎn)監(jiān)控安全生產(chǎn)監(jiān)控安全生產(chǎn)監(jiān)控安全生產(chǎn)監(jiān)控安全生產(chǎn)監(jiān)控感知層網(wǎng)絡(luò)平臺3礦山物聯(lián)網(wǎng)-感知礦山物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模型感知網(wǎng)功能與要求：主要是無線網(wǎng)絡(luò)。（1）礦山地質(zhì)、礦山建設(shè)、礦山生產(chǎn)與安全管理、產(chǎn)品加工與運銷、礦山生態(tài)等綜合信息均需要移動的感知。（2）引發(fā)礦山事故的災(zāi)害源如瓦斯、礦壓、透水等都散布在經(jīng)開采擾動的地層中，具有流動性，開采活動會造成它們相對集中，演化為災(zāi)害前兆事件。但隨著開采的進行，災(zāi)害源集中的地點、強度、顯示度、危害程度也在不斷的發(fā)生變化，而災(zāi)害事故的產(chǎn)生卻具有突發(fā)性。無法用固定的接觸式傳感器直接監(jiān)測災(zāi)害源，只能通過對前兆事件發(fā)生時通過地層傳播出來的物理量(如電磁

34、幅射、聲發(fā)射、微震等)進行監(jiān)測、識別和處理。但傳播這些物理量的地層也具有不確定性。需要移動的無線分布式感知手段。感知礦山M2M平臺各層主要功能：感知接入層：為各種傳感器、執(zhí)行器及子系統(tǒng)提供接入服務(wù)，包括無線接入和有線接入。數(shù)據(jù)通信層：實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的雙向傳輸，以及各種數(shù)據(jù)接口，網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)等。數(shù)據(jù)采集層：包括實時和歷史數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)應(yīng)用接口服務(wù)，數(shù)據(jù)中間件等。應(yīng)用平臺層：建立具體共性的各種應(yīng)用所需的模塊，如各種報表、數(shù)據(jù)趨勢分析、音視互與數(shù)據(jù)互動、應(yīng)用平臺軟件接口等等。HMI人機接口：為各種應(yīng)用提供方便的模塊化編程方式，快捷地構(gòu)建具體應(yīng)用。用戶權(quán)限管理：主要實現(xiàn)對用戶、用戶組以及程序模塊

35、（資源）的統(tǒng)一靈活管理。是為“應(yīng)用框架”和網(wǎng)站查詢服務(wù)的。3礦山物聯(lián)網(wǎng)-感知礦山M2M平臺感知礦山子系統(tǒng)建設(shè)實例（1）分布式通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)（2）煤礦災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)（3）煤礦井下個人安全環(huán)境感知系統(tǒng) 3礦山物聯(lián)網(wǎng)-感知礦山子系統(tǒng)建設(shè)1、分布式通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)組成 通風(fēng)的任務(wù)：(1)供給足夠的井下工作人員用的新鮮空氣；(2)沖淡和排除有毒有害氣體及浮游礦塵；(3)提供良好的氣候條件，維持合適的勞動條件。 風(fēng)網(wǎng)遍布礦井巷道，要實現(xiàn)風(fēng)流情況的連續(xù)監(jiān)測，就必須在大巷、分支巷道、風(fēng)門、聯(lián)絡(luò)巷、上下順槽、工作面等多處安裝風(fēng)速與流量傳感器，同時與通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，并與通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)進行比較分析，優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)。3礦山物聯(lián)網(wǎng)-分布式通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)而采用分布式邏輯系統(tǒng)，各個風(fēng)速與風(fēng)流量傳感器分布在各個測點，就近以無線或有線方式接入網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用平臺上配置好適當(dāng)?shù)腎P地址，規(guī)劃好通風(fēng)監(jiān)測的邏輯子系統(tǒng)。就可以快速布置出通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)。 現(xiàn)有的通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)