讓煤礦生產(chǎn)更安全

馬小平

如今，煤炭企業(yè)為了保證安全生產(chǎn)，不僅提出了各種管理方法，制定了多項管理制度，還投入了大量資金裝備來提升了其安全生產(chǎn)水平，但并沒有形成有機(jī)的煤礦安全生產(chǎn)保障系統(tǒng)，還帶來了邏輯上和功能上的條塊分割。

由于歷史原因和煤礦井下環(huán)境復(fù)雜性的約束，相比于其他行業(yè)，我國的煤炭行業(yè)綜合自動化建設(shè)起步相對較晚。直到本世紀(jì)初，中國煤炭行業(yè)才掀起了煤礦綜合自動化建設(shè)的高潮。

發(fā)展中的煤礦信息化技術(shù)

目前，綜合自動化的說法尚未得到統(tǒng)一，不同研究人員提出了不同的看法，例如綜合自動化、自動化、信息化、數(shù)字化等。但綜合自動化的實踐工作概況而言都相類似，即各個子系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)及遠(yuǎn)程控制改造，建設(shè)一個覆蓋全礦井的骨干通信網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建一個能實現(xiàn)全礦井各個系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入及顯示的軟件平臺。

在煤礦綜合自動化階段中，各研究人員利用PLC/單片機(jī)實現(xiàn)各個子系統(tǒng)設(shè)備的遠(yuǎn)程自動控制，軟件平臺也大都以國內(nèi)外先進(jìn)的組態(tài)軟件為基礎(chǔ)進(jìn)一步開發(fā)定制。而在如何建設(shè)覆蓋全礦井的骨干通信網(wǎng)絡(luò)上，不同研究人員及企業(yè)進(jìn)行了深入探索，總線技術(shù)、EPON（以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)以及工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)均被用來構(gòu)建過全礦井通信網(wǎng)絡(luò)與井下骨干通信網(wǎng)絡(luò)。

而物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)恰好是以以太網(wǎng)技術(shù)為核心的互聯(lián)網(wǎng)，因此從網(wǎng)絡(luò)角度而言，綜合自動化階段正好是礦山物聯(lián)網(wǎng)的前期階段。煤礦綜合自動化的建設(shè)提高了煤礦的自動化水平，改善了井下工人的工作環(huán)境。

煤礦自動化水平的提高，一方面可降低部分由于人為誤操作造成的事故，一定程度地減少井下工作人員數(shù)量；另一方面，由于軟件平臺實現(xiàn)了各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入，生產(chǎn)管理人員可同時獲得更多、更全面的實時、歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，從而能夠更準(zhǔn)確、更精細(xì)地進(jìn)行生產(chǎn)指揮調(diào)度。

但目前的煤礦綜合自動化建設(shè)基本還是停留在各個系統(tǒng)硬件互通、信息簡單集中的層次。因此，煤礦綜合自動化建設(shè)對煤礦安全生產(chǎn)水平的提升有限，同時各個系統(tǒng)互通聯(lián)網(wǎng)后所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也未得以充分利用。此時物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)的提出則為煤礦綜合自動化建設(shè)的后續(xù)建設(shè)思路和方法指引了方向。

提升安全性生產(chǎn)的種種思考

進(jìn)一步提升煤礦安全生產(chǎn)水平，本質(zhì)上就需要將礦井建設(shè)成一個礦山物聯(lián)網(wǎng)。眾所周知，煤礦生產(chǎn)是一個礦工、環(huán)境、設(shè)備緊密結(jié)合的活動，礦工的采掘生產(chǎn)改變和影響煤礦的井下環(huán)境，而環(huán)境的變化則影響著設(shè)備的運行方式，與此同時環(huán)境變化與設(shè)備的運行狀態(tài)間接影響著礦工的生產(chǎn)活動和安全。因此，如果將安全生產(chǎn)看作一個控制目標(biāo)，就只有將礦工、環(huán)境、設(shè)備作為一個系統(tǒng)來加以控制，才可能達(dá)到和實現(xiàn)安全生產(chǎn)的目的，這就需要物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與云計算共同助力實現(xiàn)。

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來構(gòu)建礦山物聯(lián)網(wǎng)，可以充分利用煤炭行業(yè)之外的大量研究成果，減少探索的時間和代價。例如，煤礦骨干網(wǎng)絡(luò)到底是采用以太網(wǎng)技術(shù)還是總線技術(shù)，井下無線網(wǎng)絡(luò)到底采用WiFi還是LTE，這些問題都可以借鑒通用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究成果。

當(dāng)各個煤礦的綜合自動化建成后，就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)爆炸的問題。在煤礦綜合自動化前，一般礦井只配置了環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、提升機(jī)等重要設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)及模擬式工業(yè)電視，所采集和保留的數(shù)據(jù)不多。而礦井進(jìn)行綜合自動化改造后，除了對環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)擴(kuò)容、工業(yè)電視數(shù)字化之外，大量的數(shù)據(jù)被監(jiān)視和記錄。例如井上、井下變電所各個開關(guān)的電壓、電流、功率數(shù)值，通風(fēng)的運行監(jiān)控值，井下泵房中泵和水位的運行值，井下膠帶運輸?shù)谋O(jiān)控參數(shù)等。這些數(shù)據(jù)都具有大數(shù)據(jù)的“4V”特征?？梢灶A(yù)見，當(dāng)?shù)V山物聯(lián)網(wǎng)所覆蓋的子系統(tǒng)越來越多，數(shù)據(jù)規(guī)模必將進(jìn)一步膨脹。因此，提升安全水平需要使用大數(shù)據(jù)技術(shù)來應(yīng)對礦山物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)所帶來的挑戰(zhàn)。

煤礦綜合自動化對煤礦安全生產(chǎn)水平提升作用有限的最主要原因，就是只對數(shù)據(jù)進(jìn)行了顯示和歸類，對數(shù)據(jù)的內(nèi)在聯(lián)系與內(nèi)在價值挖掘不足。而礦山物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)后，數(shù)據(jù)越來越豐富，讓機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存。因為數(shù)據(jù)越多，數(shù)據(jù)所隱含的內(nèi)在關(guān)系也就越清晰、越容易發(fā)掘。特別是對煤礦井下環(huán)境、災(zāi)害、人員活動高度耦合的大系統(tǒng)而言，數(shù)據(jù)越多，災(zāi)害預(yù)警模型維數(shù)也就可以更高，預(yù)警預(yù)報也就越準(zhǔn)確，而高維的災(zāi)害預(yù)警模型需要計算能力高且具有彈性的云計算技術(shù)提供計算支撐。

除了關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及云計算技術(shù)自身所需要研究的問題外，還不可忽視統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定。云計算的美好前景讓傳統(tǒng)IT廠商紛紛向云計算方向轉(zhuǎn)型，但是由于缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，尤其是接口標(biāo)準(zhǔn)，各廠商在開發(fā)各自產(chǎn)品和服務(wù)的過程中各自為政，這會為將來不同服務(wù)之間的互連互通帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

建設(shè)礦山物聯(lián)網(wǎng)，利用云計算對大數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和處理的最終目的是提高煤礦安全生產(chǎn)水平。而對數(shù)據(jù)的建模、分析、挖掘直至安全預(yù)警不可能僅僅依靠計算機(jī)程序完成，而是需要眾多理論實踐經(jīng)驗豐富的實踐參與到過程中。因此，是否需要專門從事煤礦安全的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)運營商，以及是否可以在全煤炭行業(yè)建立一個類似淘寶網(wǎng)一樣的提供煤礦數(shù)據(jù)分析服務(wù)的運營商，這些問題將是目前急需解決的方向性問題。

物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及云計算技術(shù)作為時下互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域最熱點，在各行各業(yè)均得到突出的重視與積極的應(yīng)用，在不遠(yuǎn)的將來應(yīng)該也必將成為提升煤礦安全生產(chǎn)水平的重要技術(shù)手段之一。與其他行業(yè)相比，煤炭行業(yè)的綜合自動化階段稍稍落后，因此，煤炭行業(yè)更應(yīng)該抓住時機(jī)讓技術(shù)發(fā)展愈發(fā)成熟。

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以太網(wǎng)技術(shù)指的是由Xerox公司創(chuàng)建并由Xerox，Intel和DEC公司聯(lián)合開發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范。使用CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問及沖突檢測技術(shù)）技術(shù)，并以10M/S的速率運行在多種類型的電纜上。確切說以太網(wǎng)不是一種具體的網(wǎng)絡(luò)，是一種技術(shù)規(guī)范。

以太網(wǎng)是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了在局域網(wǎng)（LAN）中采用的電纜類型和信號處理方法。以太網(wǎng)在互聯(lián)設(shè)備之間以10～100Mbps的速率傳送信息包，雙絞線電纜10 Base T。以太網(wǎng)由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成為應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一。

直擴(kuò)的無線以太網(wǎng)可達(dá)11Mbps，許多制造供應(yīng)商提供的產(chǎn)品都能采用通用的軟件協(xié)議進(jìn)行通信，開放性最好。