基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧礦山安全生產(chǎn)模型研究

陳志華

摘要：礦山單位安全有效生產(chǎn)，能夠?yàn)閲医?jīng)濟(jì)發(fā)展提供強(qiáng)有力的物質(zhì)支撐和能源保障。與此同時，礦山也是國家生存發(fā)展必不可少的物質(zhì)保證，但是以往我國對礦山進(jìn)行過度的開采，導(dǎo)致礦山資源已經(jīng)嚴(yán)重枯竭，因此需要國家提高對其的重視度。文章對基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧礦山安全生產(chǎn)模型進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智慧礦山；安全生產(chǎn)模式；礦山開采；礦產(chǎn)資源 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TD76 文章編號：1009-2374（2016）35-0202-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.35.099

導(dǎo)致煤礦資源枯竭的主要原因包含高強(qiáng)度的開采、政府部門缺少對其的管理、不重視環(huán)境保護(hù)等，由此導(dǎo)致礦區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)遭受嚴(yán)重的破壞。與此同時，國際間的綠色貿(mào)易壁壘在逐漸擴(kuò)大，我國的礦山單位即將迎接巨大的壓力。針對于此，要在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上創(chuàng)建智慧礦山安全生產(chǎn)模型。

1 智慧礦山的系統(tǒng)概述

隨著通信科技、網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)、傳感等技術(shù)的飛速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的提倡，為創(chuàng)建煤礦安全生產(chǎn)和預(yù)警救援系統(tǒng)奠定了全新的思想。1999年提出物聯(lián)網(wǎng)概念，其具體的含義是，將一切物品借助RFID等信息傳感配置和互聯(lián)網(wǎng)相互連接，構(gòu)成管理功能與智能化辨別的網(wǎng)絡(luò)。在歷經(jīng)多年發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的概念也在逐漸的向外擴(kuò)展。2010年，物聯(lián)網(wǎng)在國家政府工作報告中，是這樣被定義的：物聯(lián)網(wǎng)指的是借助信息傳感配置，參照規(guī)定的協(xié)議，將每一件物品與互聯(lián)網(wǎng)相互連接，實(shí)施信息交換與通信，以此完成智能化的定位、跟蹤監(jiān)控及管理的一種網(wǎng)絡(luò)，是在互聯(lián)網(wǎng)的背景下擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)。

在礦山物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，融合多網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能融合探究技術(shù)等，應(yīng)用超級計算機(jī)與云計算對巨大數(shù)據(jù)實(shí)施探究與整理，實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的配置、人員、信息、機(jī)器等自動控制與管理，以此形成智慧礦山。其主要的目的是，可以準(zhǔn)確預(yù)測煤礦井下的重大災(zāi)害的預(yù)警及合理解決綜采面的感知協(xié)作狀況，最后構(gòu)建成無人開采、災(zāi)害有效預(yù)警、綠色礦山的智慧安全模式。就煤礦監(jiān)控與安全生產(chǎn)來說，合理應(yīng)用寬帶無線科技術(shù)、現(xiàn)代傳感器技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)科技?；诿旱V光纖以太環(huán)網(wǎng)的主要網(wǎng)絡(luò)，滿足煤礦井下復(fù)雜氛圍中對基礎(chǔ)配置、工作人員、配置與根本裝置的有效管理與控制，并且對環(huán)境實(shí)施科學(xué)合理的監(jiān)督與檢測。

2 智慧礦石模型系統(tǒng)構(gòu)造規(guī)劃探究

2.1 整體設(shè)計

創(chuàng)建基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧礦山，不是要摒棄以往大范圍使用的工業(yè)以太網(wǎng)，而是與現(xiàn)代傳感器技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、寬帶無線技術(shù)相融合，創(chuàng)建有線和無線混合的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造。與此同時，綜合應(yīng)用智能計算、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分步式計算方式，更加智慧地解決煤礦生產(chǎn)中每個環(huán)節(jié)存在的不足與弊端，促使大眾在任何環(huán)境、任何地點(diǎn)之下獲得諸多細(xì)致可靠的數(shù)據(jù)。

2.2 模型設(shè)計目標(biāo)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧礦山模式，需要符合下面五種設(shè)計目標(biāo)：其一，借助物聯(lián)網(wǎng)，能夠完成跨行業(yè)、跨地區(qū)、跨部門的巨大數(shù)據(jù)整合與探究，把具有獨(dú)特性的知識應(yīng)用到特定的解決方案、特定情境中，更有效地解決礦山開采過度、廢物二次利用、生態(tài)重建與環(huán)境保護(hù)等諸多問題；其二，在物聯(lián)網(wǎng)的背景之下，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的機(jī)器、裝備、人員等有效控制和管理，解決企業(yè)內(nèi)部信息孤立狀況，實(shí)施更具動態(tài)與精細(xì)化的生產(chǎn)管理方法；其三，應(yīng)用當(dāng)前先進(jìn)的技術(shù)，以此更好地處理繁瑣的信息數(shù)據(jù)，更加精準(zhǔn)地綜合聯(lián)動與安全預(yù)警，及時找到和解除存在的安全隱患，減少出現(xiàn)安全事故的概率，降低人員安全事故傷亡；其四，創(chuàng)建礦山物聯(lián)網(wǎng)，將井下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)等實(shí)施無縫連接，促使大眾能夠時刻獲得諸多信息數(shù)據(jù)；其五，完成井下精準(zhǔn)定位，與此同時，應(yīng)用實(shí)時視頻與另外控制數(shù)據(jù)信息，完成采掘面遙測遙控，最后完成無人采礦。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 應(yīng)急救援與災(zāi)后重構(gòu)技術(shù)。探究與規(guī)劃基于物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的集人員考勤、救援、定位與救援于一體的煤礦井下工作人員安全管理和救援信息體系；探究礦井探險機(jī)器人構(gòu)造、通訊技術(shù)、災(zāi)害礦井氣體分析技術(shù)；探究與開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)信息根本，通信線路故障的迅速復(fù)原技術(shù)和配置，創(chuàng)建應(yīng)急救援通信體系；探究與開發(fā)集井下工作者特性收集與辨別、間、氧氣呼氣器、應(yīng)急照明為一個整體的多功能災(zāi)難救援應(yīng)急便攜式配置；探究在出現(xiàn)礦井災(zāi)害時網(wǎng)絡(luò)的迅速構(gòu)建和有序連接與串通。

2.3.2 電磁波的傳播特征與抗干擾技術(shù)。探究繁瑣環(huán)境對無線信號傳輸特點(diǎn)的影響與具備感知水平的適于礦井多樣環(huán)境的認(rèn)知無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；探究借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)探究法、頻譜探究法、相關(guān)探究法及小波探究法等信號處理方式；復(fù)雜因素下具備非常強(qiáng)衍射、多徑與散射狀況的“有限異質(zhì)可變”空間變化前后不會出現(xiàn)無線傳送的規(guī)律。

2.3.3 智能探究綜合控制技術(shù)。具體包含多傳感器補(bǔ)償，應(yīng)用多天線接收電磁波，使電磁輻射監(jiān)測定位狀況得到有效解決；探究應(yīng)用灰色理論、模糊數(shù)學(xué)等數(shù)學(xué)探究方式、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)探究法，相關(guān)探究法等信號處理方式，創(chuàng)建諸多耦合作用下，多瓦斯和參數(shù)突出綜合辨別模型，明確級別多樣的預(yù)警發(fā)布的原則與方式，這有助于完成煤和瓦斯突出預(yù)兆信息特點(diǎn)的災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警；探究應(yīng)用聲發(fā)射陳列傳感器和分布監(jiān)測方式，以此完成定位和干擾抑制的狀況。借助系統(tǒng)自動化體系完成項(xiàng)目各個監(jiān)控體系的綜合集成、集中操作、權(quán)限控制、分析處理、聯(lián)動控制等，井下危險地區(qū)的運(yùn)動目的是，檢測和聯(lián)動掌控體系。

2.3.4 在復(fù)雜環(huán)境之下構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是為完成更透徹感知與“隨處都在”不可缺少的重要技術(shù)之一。將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的探究范圍延伸到礦井，就礦井長直崗道、采空區(qū)、采煤工作面、順槽、掘進(jìn)工作面等諸多工作面和特殊環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，探究科學(xué)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作方式、網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)、移動節(jié)點(diǎn)攜帶的自組織問題與網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、射頻識別技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)等，其主要的目的是降低監(jiān)控盲區(qū)，優(yōu)化覆蓋規(guī)模，更加快速和智能化的辨別節(jié)點(diǎn)，與此同時迅速組建網(wǎng)絡(luò)。針對有線通信網(wǎng)絡(luò)，要解決諸多環(huán)網(wǎng)互相聯(lián)通的自動拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)與重新組建的問題；全面應(yīng)用STP、RTCP等諸多技術(shù)，探究合適礦井工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)施控制方案；應(yīng)用時分復(fù)用與編碼技術(shù)，探究和普通千兆以太網(wǎng)，具備獨(dú)特的實(shí)時通道的網(wǎng)路傳輸配置；探究礦井安全事故通信故障的自恢復(fù)方式，為礦井信息傳送平臺奉獻(xiàn)基礎(chǔ)；探究硬件、軟件緊密相連的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)體制。

3 結(jié)語

綜上所述，“智慧礦山”借助形式多樣的傳感網(wǎng)絡(luò)作為感知方式，對礦山實(shí)時的生產(chǎn)過程和與之關(guān)聯(lián)繁瑣環(huán)境的數(shù)字化、智能化、可視化處理的具體探究，把現(xiàn)代感知技術(shù)、智能技術(shù)、信息技術(shù)、現(xiàn)代采礦技術(shù)等密切融合，構(gòu)建人和人、物和人、物和物相關(guān)聯(lián)的礦山物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，在有效的時間內(nèi)細(xì)致描繪并且掌握好礦山生產(chǎn)與運(yùn)營的整體過程，完成對礦井信息的感知及掌握好體系內(nèi)各個子系統(tǒng)的有效控制，將綠色、安全作為煤礦開采的最大目標(biāo)，確保礦山企業(yè)經(jīng)濟(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)化發(fā)展、礦區(qū)生態(tài)體系更具穩(wěn)定性、可靠性，礦山建設(shè)邁向更大的發(fā)展空間。

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（責(zé)任編輯：秦遜玉）