礦山物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的探索與實(shí)踐

文/李文平

（作者系中煤平朔集團(tuán)有限公司井工一礦黨委書記）

中煤平朔集團(tuán)有限公司井工一礦是我國露井聯(lián)采技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際的首座大型現(xiàn)代化礦井，自2005 年投產(chǎn)以來， 堅(jiān)持 “先行先試、敢闖敢試”，持之以恒致力于自動(dòng)化、 信息化方面的探索與實(shí)踐，經(jīng)過多年的建設(shè)，順利實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)全過程的自動(dòng)化監(jiān)控，并依托覆蓋全礦的有線、無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的統(tǒng)一上傳、集中處理，使得各級(jí)管理人員可以迅速而全面地獲取各類生產(chǎn)過程信息，并依靠信息化平臺(tái)及時(shí)發(fā)出各種指令、遠(yuǎn)程操作各類設(shè)備，極大地提高了礦井的安全保障能力和現(xiàn)代化水平。

一、信息的高速傳輸通道

物聯(lián)網(wǎng)的重要基礎(chǔ)和核心是互聯(lián)網(wǎng)，通過各種有線和無線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)融合，將物體的信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳遞出去。由于在物聯(lián)網(wǎng)上傳遞的信息數(shù)據(jù)量大、 實(shí)時(shí)性要求高， 所以需要強(qiáng)大的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)做支撐，以保障數(shù)據(jù)的正確性和及時(shí)性。

中煤平朔集團(tuán)井工一礦現(xiàn)有千兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，采用徐州中礦大華洋公司的KJJ112 系統(tǒng)， 內(nèi)部使用德國赫斯曼的高端交換機(jī)，主干網(wǎng)絡(luò)采用千兆光纜，地面主干網(wǎng)組成一個(gè)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。井下主干網(wǎng)組成一個(gè)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，分散的地點(diǎn)采用節(jié)點(diǎn)交換機(jī)以支線的方式接入，覆蓋了井下所有的變電所、 水泵房、主運(yùn)機(jī)頭、工作面順槽等地。 地面監(jiān)控中心的服務(wù)器和核心交換機(jī)實(shí)現(xiàn)了雙機(jī)熱備冗余，并通過硬件千兆防火墻接入公司局域網(wǎng)，形成了整個(gè)信息化的高速公路，且運(yùn)行高效、可靠、安全，故障率低。

在千兆骨干網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上建設(shè)了無線網(wǎng)絡(luò)，采用Z-NET 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了千兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)無線延伸覆蓋、wifi 手機(jī)通信等。無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)，達(dá)54Mbps， 支持無線上網(wǎng)和無線通訊功能， 單臺(tái)分站同時(shí)支持12路以上話音，可連接多種應(yīng)用終端（廣播、視頻、數(shù)據(jù)），實(shí)現(xiàn)了多位一體規(guī)劃和應(yīng)用。

有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)的緊密結(jié)合， 為物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)建立了一座高速、平穩(wěn)、流暢的信息傳輸通道，確保了自動(dòng)化生產(chǎn)信息、 環(huán)境安全、人員等信息的及時(shí)上傳以及上層指令的快速下達(dá)和執(zhí)行。

二、人員、設(shè)備及環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

人員定位系統(tǒng)采用深圳哲揚(yáng)的Z-NET 系統(tǒng)， 含ZigBee 人員定位和無線通訊功能。 系統(tǒng)采用250Kbps 速率ZigBee 無線射頻識(shí)別定位技術(shù)、GIS 技術(shù)、無線組網(wǎng)、以太網(wǎng)等技術(shù)， 結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)、圖形處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下人員虹膜考勤管理和與定位數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)的人卡唯一性檢測(cè)通過管理、實(shí)時(shí)跟蹤區(qū)域定位、區(qū)域定位加精確定位（20 米）、安全警示、突發(fā)情況報(bào)警、應(yīng)急快速搜尋等功能于一體，為用戶提供豐富的數(shù)據(jù)、圖表、打印信息，讓用戶迅速了解井下人員的當(dāng)前位置分布情況、 行走路徑，提高對(duì)井下人員的監(jiān)測(cè)，增強(qiáng)發(fā)生事故時(shí)井下人員的快速反應(yīng)能力，以改善煤礦的安全生產(chǎn)管理。

管理人員平時(shí)可利用系統(tǒng)進(jìn)行日常的人員考勤管理，督促相關(guān)工作人員及時(shí)到位，避免職工的敷衍瀆職，盡量減少事故中的人為因素；另一方面，在發(fā)生安全事故時(shí)，工人可通過標(biāo)識(shí)卡報(bào)警按鈕及時(shí)將事故報(bào)警信息發(fā)送至地面，并為事故調(diào)查提供重要的依據(jù)，取得第一手資料。 事故發(fā)生后，地面管理人員也可通過聲光報(bào)警將緊急撤離信息及時(shí)通知到每位井下工人，與此同時(shí)，地面事故搶險(xiǎn)人員可以及時(shí)掌握人員的動(dòng)態(tài)分布及人員姓名、位置、數(shù)量，可以第一時(shí)間找到被困人員的位置，為事故搶險(xiǎn)提供重要依據(jù)和導(dǎo)向。

當(dāng)前自動(dòng)化智能生產(chǎn)設(shè)備已基本覆蓋了全礦生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)：運(yùn)輸、綜采、掘進(jìn)、通風(fēng)、排水、壓風(fēng)、供水、供電等，先進(jìn)的自動(dòng)化智能設(shè)備本身的固有特性，在很大程度上保證了生產(chǎn)的高效性和安全性，而且通過工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，井上工作人員可24 小時(shí)持續(xù)不斷地采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的開停狀態(tài)、實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)、實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和運(yùn)行時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)等， 并通過計(jì)算機(jī)的匯總、統(tǒng)計(jì)和分析給出相應(yīng)的提示信息和參考意見，以便對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行及時(shí)必要的調(diào)整、維護(hù)、更新管理等，不但確保了設(shè)備可以始終在安全、穩(wěn)定、高效的狀態(tài)下運(yùn)行，保證安全和生產(chǎn)，而且延長了設(shè)備的使用年限，減少了生產(chǎn)成本。

通過對(duì)井下環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以確保井下人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。 一旦監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)發(fā)生異常，系統(tǒng)將發(fā)出警報(bào)并給出合理化意見或最佳解決方案，提示相關(guān)人員優(yōu)先處理，大幅減少井下事故、災(zāi)難的發(fā)生。通過先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件及硬件設(shè)備充分統(tǒng)計(jì)分析礦井水文、頂板壓力、安全監(jiān)控、束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等的實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)， 推演出井下環(huán)境的變化趨勢(shì)和變化幅度，及早解決潛在問題和危險(xiǎn)。

三、三維可視化礦山

系統(tǒng)利用礦井實(shí)際數(shù)據(jù)，采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和實(shí)體建模技術(shù)，構(gòu)建三維可視化應(yīng)用，并能夠通過與其他系統(tǒng)的接口 （如瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、人員定位系統(tǒng)等），顯示環(huán)境監(jiān)測(cè)及設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，瀏覽、查詢井下設(shè)備的各種參數(shù)和實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，從而達(dá)到無需下井亦可掌握礦井最新生產(chǎn)信息的目的。主要包括工業(yè)廣場(chǎng)三維可視化、巷道三維可視化、煤層三維可視化、三維井上下對(duì)照、基于三維巷道井下監(jiān)測(cè)信息、井巷工程進(jìn)度可視化、基于三維巷道井下設(shè)備三維可視化與管理、 三維漫游、三維剖切、 三維線路展示以及與MES 系統(tǒng)對(duì)接等功能。

四、遠(yuǎn)程無人集控

在主要生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)控基礎(chǔ)之上，通過計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析對(duì)比，可以集中管理、遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)。這樣可以使井上的監(jiān)控中心根據(jù)各種參數(shù)指標(biāo)直接控制井下設(shè)備進(jìn)行設(shè)備的報(bào)警、斷電等處理,從而有針對(duì)性地調(diào)節(jié)設(shè)備，以適應(yīng)濕度、溫度、風(fēng)壓、瓦斯等環(huán)境因素，不僅實(shí)現(xiàn)了固定大型設(shè)備如皮帶機(jī)、 壓風(fēng)機(jī)、主通風(fēng)機(jī)、排水泵等的遠(yuǎn)程集中控制，還實(shí)現(xiàn)了采掘工作面主要設(shè)備的遠(yuǎn)程集中控制。

五、信息集中處理平臺(tái)

井工一礦建設(shè)有MES 系統(tǒng)，集應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)、智能技術(shù)和煤礦生產(chǎn)工藝技術(shù)于一身，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)營、生產(chǎn)決策、安全生產(chǎn)管理和設(shè)備控制等信息的有機(jī)集成。通過應(yīng)用軟件， 實(shí)現(xiàn)經(jīng)營管理科學(xué)化，生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)安全調(diào)度、生產(chǎn)過程控制最優(yōu)化。

通過數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、同步上傳和集中處理，MES 系統(tǒng)能對(duì)各種監(jiān)測(cè)參數(shù)進(jìn)行歷史存儲(chǔ)、對(duì)比分析等, 以直觀易懂的方式將生產(chǎn)信息、安全信息等呈現(xiàn)出來，方便管理和規(guī)劃。平臺(tái)根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝流程和特點(diǎn)，從大量的信息中篩選出影響生產(chǎn)安全的關(guān)鍵因素，通過與歷史數(shù)據(jù)的對(duì)比和分析，優(yōu)化生產(chǎn)及工藝流程，并提供人性化的信息查詢及管理方式。

信息處理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了井下各種設(shè)備信息的自動(dòng)實(shí)時(shí)錄入，準(zhǔn)確記錄每個(gè)設(shè)備工作的環(huán)節(jié)，減少事故的發(fā)生。不僅可以將井下各種設(shè)備的工作狀態(tài)等反饋給井上的監(jiān)控中心,以便能更好地控制設(shè)備的運(yùn)行,還可以及時(shí)地和遠(yuǎn)程的廠家聯(lián)系，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行跟蹤、檢修、排除故障等。

作為全國礦山物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)發(fā)展較快的企業(yè)之一，中煤平朔集團(tuán)井工一礦始終瞄準(zhǔn)國內(nèi)一流，向世界看齊，高起點(diǎn)定位、大手筆運(yùn)作，致力于成為全國礦山物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的典范，通過不懈的努力，正一步步向 “世界一流智能安保型礦井”的發(fā)展目標(biāo)邁進(jìn)。