物聯(lián)網(wǎng)礦山工程方案

1、物聯(lián)網(wǎng)礦山工程方感知礦山（物聯(lián)網(wǎng)）示范工程設(shè)計方案中國礦業(yè)大學(xué)感知礦山研發(fā)中心徐州市物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研發(fā)中心二0年一月1項目概述 1.1物聯(lián)網(wǎng)的基本概念物聯(lián)網(wǎng)的概念有許多，溫家寶總理的政府工作報告附錄中給出的物聯(lián) 網(wǎng)解釋比較具有權(quán)威性。中國物聯(lián)網(wǎng)專家委員會主任委員鄔賀銓院士對這 個物聯(lián)網(wǎng)的概念又進一步做了修正：”物聯(lián)網(wǎng)是指經(jīng)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國際互聯(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。這就非常

2、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。1.2中國煤礦生產(chǎn)現(xiàn)狀煤炭是中國主要能源，當(dāng)前在中國能源生產(chǎn)和消費中，煤炭約占73%。 據(jù)專家預(yù)測，到2050年煤炭仍會占中國能源消費的50%以上,煤炭作為主要 能源的地位將會在相當(dāng)長的歷史時期中不會改變。中國煤炭資源豐富，勞動力廉價，在國際市場競爭中本應(yīng)占有優(yōu)勢但由 于中國煤炭儲存條件復(fù)雜，煤礦自動化水平低，井下用人多，生產(chǎn)安全監(jiān)控系 統(tǒng)采用的技術(shù)比較落后，功能單一，再加上管理等因素，使得生產(chǎn)成本高,安 全形勢不容樂觀。全國煤礦事故死亡人數(shù)居高不下，百萬噸死亡率大大高于文檔僅供

3、參考世界主要產(chǎn)煤國家平均水平，嚴(yán)重影響了煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和社會的穩(wěn) 定。隨著國家對礦山安全的重視程度不斷加強，礦山企業(yè)在各種安全、生產(chǎn) 監(jiān)控系統(tǒng)方面的投入逐年加大，對保證礦山的安全和正常生產(chǎn)起到了重要作 用?？墒窃诋?dāng)前的裝備和技術(shù)水平下，無法根除各種安全隱患，礦山災(zāi)害時 有發(fā)生?，F(xiàn)有的安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，由于生產(chǎn)廠商和系統(tǒng)建設(shè)時期不同，各 個系統(tǒng)之間沒有統(tǒng)一的通信協(xié)議和接入技術(shù),系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)差異很大, 呈現(xiàn)多源性和異構(gòu)性。由于礦山開采的對象一一礦床是分布于三維地理空間、并隨著開采進 程不斷變化著的地質(zhì)實體，礦山安全生產(chǎn)的一切過程都離不開三維空間，無 論是礦層、構(gòu)造等地質(zhì)實體,還是縱

4、橫交錯的井下巷道系統(tǒng)和各種監(jiān)測監(jiān)控 信息都具有空間屬性。不但如此,礦山生產(chǎn)活動又是始終處于一種隨時間動 態(tài)變化的復(fù)雜系統(tǒng)之中，因此反映其實際狀態(tài)的各種數(shù)據(jù)，如果得不到有效 集成，就只能形成彼此隔離的”信息孤島”,同時探測同一地質(zhì)實體的多數(shù) 系統(tǒng)只能對其采集到的原始數(shù)據(jù)進行簡單轉(zhuǎn)換、存儲、顯示和打印，而面向 同一地質(zhì)實體同時探測到的多源信息往往得不到有效地綜合利用，更談不上 有效地為煤礦安全提供決策依據(jù)。隨著開采深度的加大和賦存地質(zhì)條件的惡化，使得深部煤炭開采的力學(xué) 環(huán)境、巖體組織結(jié)構(gòu)、基本力學(xué)行為特征和工程響應(yīng)與淺部明顯不同，導(dǎo)致 沖擊礦壓、頂板大面積來壓和采空區(qū)失穩(wěn)等動力災(zāi)害事故明顯增加，已

5、對深 部煤炭資源的安全開采造成嚴(yán)重威脅。在重大災(zāi)害的預(yù)測方面，缺少實時、 在線、連續(xù)的監(jiān)測預(yù)警裝備?！蔽锫?lián)網(wǎng)”概念的問世，打破了之前的傳統(tǒng)思維。過去的思路一直是將 物理基礎(chǔ)設(shè)施和信息基礎(chǔ)設(shè)施分開。對煤礦安全生產(chǎn)而言，在”物聯(lián)網(wǎng)”時 代，瓦斯、CO等各類傳感器、電纜、電氣機械設(shè)備、鋼筋混凝土等等，所有 這些將與芯片、寬帶整合為統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施，基于物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)γ旱V復(fù)雜 環(huán)境下生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)的人員、機器、設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施實施更加實時有效的協(xié) 同管理和控制。物聯(lián)網(wǎng)概念為建立煤礦安全生產(chǎn)與預(yù)警救援新體系提出了 新的思路和方法。如何利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決煤礦生產(chǎn)中人員安全環(huán)境的感知問題,解決礦 山災(zāi)害狀況的預(yù)測預(yù)

6、報、減少或避免重大災(zāi)害事故的發(fā)生，解決安全生產(chǎn)的 智能控制;礦山物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展潮流以及研究的核心內(nèi)容是什么;如何形 成產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等。這都是感知礦山物聯(lián)網(wǎng)示范工程需要解決的問題。2感知礦山物聯(lián)網(wǎng)總體目標(biāo)與特征2.1感知礦山物聯(lián)網(wǎng)的概念及目標(biāo)作為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域，”感知礦山”是經(jīng)過各種感知、信息 傳輸與處理技術(shù)，實現(xiàn)對真實礦山整體及相關(guān)現(xiàn)象的可視化、數(shù)字化及智慧 化。其總體目標(biāo)是:將礦山地理、地質(zhì)、礦山建設(shè)、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，構(gòu)成礦

7、山中人與人、人與物、物與物相聯(lián)的網(wǎng)絡(luò),文檔僅供參考動態(tài)詳盡地描述并控制礦山安全生產(chǎn)與運營的全過程。以高效、安全、綠 色開采為目標(biāo)，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。2.2感知礦山物聯(lián)網(wǎng)的特征近些年在礦山提出過許多概念，如數(shù)字礦山、礦山綜合自動化、信息化 礦山、智能礦山等，而”感知礦山”是在綜合了這些概念的基礎(chǔ)上,更加具 體、全面、動態(tài)、詳盡地描述真實礦山。比如說,在開始提數(shù)字礦山時，要 花很大的精力去解釋數(shù)字礦山與地理信息系統(tǒng)不同，是要將礦山生產(chǎn)過程、 礦山安全信息集成在內(nèi)的;在開始實施礦山綜合自動化時，又在花時間去解 釋要有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺和數(shù)據(jù)平臺，地理信息系統(tǒng)也是綜合

8、自動化中的一個 重要平臺,還要解釋網(wǎng)絡(luò)化控制是一種分布式控制等等。而在物聯(lián)網(wǎng)礦山的概念下,這些都不需要去作任何解釋。這是由于物聯(lián) 網(wǎng)本身就是基于統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用;物聯(lián)網(wǎng)本身就是要在GIS（地理信息系統(tǒng)） 和GPS（全球定位系統(tǒng)）下實現(xiàn)定位的應(yīng)用;物聯(lián)網(wǎng)本身就是控制與網(wǎng)絡(luò)一體 化的應(yīng)用;物聯(lián)網(wǎng)本身就是分布式應(yīng)用等等。另外，物聯(lián)網(wǎng)還明確提出了物 與物相聯(lián)的概念，而在以前的數(shù)字礦山等諸多概念中,基本是人與人、人與 物相聯(lián)的概念為主。因此，對礦山移動物體的監(jiān)控，相對較弱。而煤礦移動 作業(yè)過程的監(jiān)控正是礦山生產(chǎn)的特點，物與物相聯(lián)需要更大范圍的無線自組 網(wǎng)的能力，需要基于網(wǎng)絡(luò)的分布式感知能力。綜合自動化實現(xiàn)

9、了將煤礦各種監(jiān)測監(jiān)控子系統(tǒng)集成到一個平臺里，實現(xiàn) 了煤礦生產(chǎn)與安全系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控，這為實現(xiàn)感知礦山打下了良好的基 礎(chǔ)。綜合自動化系統(tǒng)基本是礦山原來各種系統(tǒng)的簡單集成，比較好地做到了減人提效，但礦山集成網(wǎng)絡(luò)的價值沒得到應(yīng)有的提升，也沒有給礦山安全帶 來明顯的改進。以太網(wǎng)創(chuàng)造人之一邁特卡夫曾預(yù)測網(wǎng)絡(luò)的價值是與聯(lián)網(wǎng)的 設(shè)備數(shù)的平方成正比。煤礦綜合自動化將眾多子系統(tǒng)聯(lián)接到了總體網(wǎng)絡(luò)上, 實現(xiàn)的基本還是原來各分立的子系統(tǒng)的功能，沒有實現(xiàn)1+12。而利用物聯(lián) 網(wǎng)應(yīng)用平臺技術(shù)，提高集成信息的價值;利用移動感知技術(shù)，提高煤礦安全信 息的感知能力。這是感知礦山物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)。因此，感知礦山物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用不是簡單的礦山綜合自動化,而是在此基礎(chǔ) 上,利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進一步完善礦山綜合自動化，使其更加適應(yīng)礦山的真正 需要。這正像物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是在互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，來進一步豐富和擴展互 聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。2.3感知礦山建設(shè)的核心問題三個感知為保障礦山的安全生產(chǎn)，感知礦山是在實現(xiàn)綜合自動化的基礎(chǔ)上，實現(xiàn) 三個感知。即：感知礦工周圍安全環(huán)境，實現(xiàn)主動式安全保障；感知礦山設(shè)備工作健康狀況，實現(xiàn)預(yù)知維修；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。感知礦山建設(shè)應(yīng)以三個感知為重點突破點,對煤礦安全