淺談煤礦信息化技術(shù)的發(fā)展

胡嫻 王樹強

摘要：從網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、底層子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、上層數(shù)據(jù)處理3方面分析了煤礦信息化技術(shù)發(fā)展的成果及存在問題，探討了綜合自動化、數(shù)字礦山和感知礦山的關(guān)系，重點討論了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念、發(fā)展進程及其在煤炭行業(yè)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：煤礦；信息化；物聯(lián)網(wǎng)；綜合自動化；數(shù)字礦山；感知礦山

中圖分類號：TD67文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)21-5234-02

Brief Talk about Development of Informatization Technology of Coal Mine

HU Xian, WANG Shu-qiang

(Changzhou Automation Research Institute of CCTEG., Changzhou 213015, China)

Abstract: The paper analyzed achievements and problems of development of informatization technology of coal mine from data transmis sion of network, data collection of underlying subsystem and upper data processing, discussed relationship of integrated automation, digital mine and perception mine, and focused on the concept, development process of internet of things and its application in coal industry.

Key words: coal mine; informatization; internet of things; integrated automation; digital mine; perception mine

世界經(jīng)濟發(fā)展實踐證明，進入信息時代，企業(yè)成敗的關(guān)鍵之一是對信息的開發(fā)和利用能力。煤炭行業(yè)的信息化實質(zhì)上是利用計算機、網(wǎng)絡(luò)等先進的信息化技術(shù)對對礦井地理、生產(chǎn)、安全、設(shè)備、管理和市場等方面的各種數(shù)據(jù)進行采集（傳感器與檢測）、傳輸（通信）、處理（計算機）、應(yīng)用和集成（自動化），實現(xiàn)信息的共享和互聯(lián)互通，達到信息增值的目的，從而促進煤礦發(fā)展，提高煤礦安全生產(chǎn)能力和競爭力的過程。目前，我國煤礦已廣泛將信息化技術(shù)用于生產(chǎn)、安全、管理、市場等各個領(lǐng)域。隨著計算機、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)的發(fā)展，煤礦信息化技術(shù)正向信息擴展、高度集成、智能決策的方向發(fā)展。

1煤礦信息化技術(shù)現(xiàn)狀

1.1已有成果

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方面，大多煤礦已經(jīng)搭建了采用光纖作為傳輸信道的井下千兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，用于傳輸各子系統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)（運行狀態(tài)、電機溫度、軸承溫度等）、工藝參數(shù)（水位、流量、壓力、煤位等）及環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)（安全監(jiān)測數(shù)據(jù)、束管監(jiān)測數(shù)據(jù)等）。煤礦地面計算機管理網(wǎng)絡(luò)得到普遍應(yīng)用，為企業(yè)辦公人員處理各類文件、業(yè)務(wù)（OA、MES、ERP）和共享相關(guān)信息提供了平臺。這些都是煤礦企業(yè)實現(xiàn)信息化管理的物質(zhì)基礎(chǔ)。

底層子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方面，所有煤礦全部安裝了瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)和井下通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)，井下人員定位系統(tǒng)以及其它應(yīng)急避險系統(tǒng)正在全面建設(shè)。此外各種單一功能的監(jiān)控系統(tǒng)也得到較為廣泛的應(yīng)用，如風機在線監(jiān)測監(jiān)控（通風安全環(huán)境監(jiān)測）系統(tǒng)、瓦斯抽放監(jiān)測（管道瓦斯抽放監(jiān)測與控制）系統(tǒng)、火災(zāi)預(yù)報束管監(jiān)測（煤層自然發(fā)火實時分析）系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)、電力監(jiān)測系統(tǒng)、帶式輸送機監(jiān)測系統(tǒng)、主副（斜）井提升監(jiān)測系統(tǒng)、礦壓監(jiān)測（礦井沖擊地壓實時分析及專家診斷預(yù)測與控制）系統(tǒng)、礦用自動防塵撒水控制（皮帶機頭自動噴水降塵）系統(tǒng)、機車調(diào)度系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)、電話通訊系統(tǒng)、電視會議系統(tǒng)、計算機辦公系統(tǒng)等等。

上層數(shù)據(jù)處理方面，礦井地質(zhì)信息的計算機管理和綜合分析處理技術(shù)，如數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、知識發(fā)現(xiàn)技術(shù)，三維可視化與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，礦山GIS、OA、CDS三位一體技術(shù)，動態(tài)模擬和人工智能技術(shù)等也正逐步得到應(yīng)用。

1.2存在問題

煤炭企業(yè)信息化技術(shù)存在的主要問題[1]：1）感知手段傳統(tǒng)單一，缺乏傳感層面的信息融合。2）缺乏泛在感知網(wǎng)絡(luò)，即存在感知盲區(qū)，不能實現(xiàn)安全感知的全覆蓋。3）重硬集成，輕軟集成，即信息孤島問題，沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺，各監(jiān)測監(jiān)控子系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式和接口協(xié)議，難以進行信息集成與共享。4）缺乏應(yīng)用層面的信息融合，缺乏有效的數(shù)據(jù)分析和挖掘工具，各子系統(tǒng)之間不能聯(lián)動。5）多學科交叉不夠。礦山信息化過程需要地質(zhì)、測量、水文、采礦、安全、監(jiān)測監(jiān)控、通信、計算機、智能信息處理、管理等多學科交叉研究。6）缺乏標準建設(shè)，第三方服務(wù)提供商不能方便地將服務(wù)提供到網(wǎng)絡(luò)里來。

2綜合自動化、數(shù)字礦山和感知礦山的關(guān)系

我國煤炭行業(yè)信息化建設(shè)歷經(jīng)了綜合自動化、數(shù)字礦山和感知礦山三種建設(shè)模式。其中綜合自動化基于工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，強調(diào)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺，目的是將煤炭生產(chǎn)全過程建成一個以工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)+現(xiàn)場總線為網(wǎng)絡(luò)平臺的礦井綜合自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)信息的連通與共享。數(shù)字礦山以礦山空間數(shù)據(jù)與模型為中心，強調(diào)統(tǒng)一的時空框架，目的是利用信息技術(shù)、現(xiàn)代控制理論與自動化技術(shù)動態(tài)、詳盡地描述及控制礦山安全生產(chǎn)與運營的全過程。感知礦山基于物聯(lián)網(wǎng)，強調(diào)物與物的互聯(lián)，目的是對礦山的人(人員定位、無線通信)、設(shè)備(綜合自動化)、環(huán)境(安全監(jiān)控、礦壓監(jiān)控等)全面感知，并利用直觀形象的應(yīng)用，來全面展現(xiàn)和管理礦山。三者的最終目標都是實現(xiàn)信息的整合、利用，實現(xiàn)礦山的管控一體化。

3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其在煤炭行業(yè)的應(yīng)用

從煤礦信息技術(shù)的發(fā)展來看，以礦山生產(chǎn)管理為主體的礦山信息化分為計算機控制的單機自動化、基于以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的集成自動化和物聯(lián)網(wǎng)/云技術(shù)3個發(fā)展階段[2]。

3.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)又稱傳感網(wǎng)，是通過射頻識別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)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)[3]。物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮。國際電聯(lián)報告提出物聯(lián)網(wǎng)主要有四個關(guān)鍵性的應(yīng)用技術(shù)：標簽事物的RFID技術(shù)、感知事物的傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（Sensor technologies）、思考事物的智能技術(shù)（Smart technologies）、微縮事物的納米技術(shù)（Nanotechnology）。

目前，物聯(lián)網(wǎng)還沒有一個廣泛認同的體系結(jié)構(gòu)，最具代表性的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)是歐美支持的EPCGlobal物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)和日本的Ubiquitous ID(UID)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。我國也積極參與了上述物聯(lián)網(wǎng)體系，正在積極制定符合我國發(fā)展情況的物聯(lián)網(wǎng)標準和架構(gòu)。

3.2我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展進程

物聯(lián)網(wǎng)作為一個龐大的信息化工程，必須行進在標準化軌道之上。2006年，由中國機械工業(yè)聯(lián)合會、中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會、機械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟研究所、工信部軟件與集成電路促進中心和標旗集團五方聯(lián)合發(fā)起了《中國儀器儀表信息化推進計劃》，該計劃旨在全面推進中國各類儀器儀表、相關(guān)傳感器探頭通訊化改造，從而利用信息化帶動工業(yè)化的進程。中國物聯(lián)網(wǎng)核心網(wǎng)絡(luò)是《中國儀器儀表信息化推進計劃》的具體實施體現(xiàn)。目前在統(tǒng)一接口規(guī)范和數(shù)據(jù)屬性標識分類編碼等技術(shù)上已實現(xiàn)了突破，使統(tǒng)一物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)成為可能。具體而言：一是首次規(guī)范了儀器儀表等各類數(shù)據(jù)源設(shè)備的統(tǒng)一接口規(guī)范，依托相應(yīng)的芯片技術(shù)可完成現(xiàn)有儀表各類輸出接口的一致性轉(zhuǎn)換；二是推出了在全球居于領(lǐng)先地位的數(shù)據(jù)屬性分類編碼系統(tǒng)[4]。

3.3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤炭行業(yè)的應(yīng)用

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于煤炭行業(yè)，即利用集成、互聯(lián)、泛在的多元傳感器（如γ射線、紅外線、紫外線、同位素、微震、視覺、超聲波、無線電波、激光、雷達等）及時檢測出隨采掘推進而變化的采場環(huán)境參量（應(yīng)力、位移、結(jié)構(gòu)、裂縫、流體、溫度、濕度、瓦斯、粉塵、電磁等）；并利用多模式時空綜合認知及空間數(shù)據(jù)挖掘理論與方法，借助云計算技術(shù)，實時進行數(shù)據(jù)融合、綜合診斷、智能感知與隱患識別，以便及時進行災(zāi)害預(yù)警。利用云存儲與云計算模式建立大型分析處理中心，還可進一步為全國各地的煤礦集中提供高效可靠的采礦安全分析、模擬計算、實時預(yù)警等信息服務(wù)[2]。

4結(jié)束語

分析了煤礦信息化技術(shù)存在的問題及其發(fā)展趨勢，討論了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其在煤炭行業(yè)的應(yīng)用。礦山物聯(lián)網(wǎng)是一個開放的網(wǎng)絡(luò)平臺和應(yīng)用平臺，它應(yīng)該盡可能地建立在現(xiàn)有礦山信息化建設(shè)的基礎(chǔ)上，合理利用資源，并著力解決目前信息化建設(shè)存在的主要問題，為煤礦企業(yè)提供實實在在的幫助。

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