互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下煤礦信息化建設(shè)的技術(shù)

董振楠

（陜西陜煤韓城礦業(yè)有限公司 陜西省韓城市 715400）

1 引言

我國(guó)是煤炭生產(chǎn)與消費(fèi)的大國(guó)，伴隨產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和經(jīng)濟(jì)變革，煤炭行業(yè)步入到需求增長(zhǎng)速度放緩期，然而由中長(zhǎng)期而言，煤炭仍舊是我國(guó)的主要能源。由國(guó)家安監(jiān)組織網(wǎng)站統(tǒng)計(jì)信息看，我國(guó)煤礦安全情況逐步有所改觀，死亡率每年降低，然而煤礦安全生產(chǎn)工作還必須作為一項(xiàng)長(zhǎng)期工作一直保持不松懈。在煤炭開(kāi)采領(lǐng)域，眾多企業(yè)為了降低生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，減少管理成本，逐漸將管理方向放在了生產(chǎn)信息化建設(shè)上。山西作為國(guó)內(nèi)的煤炭大省，加速進(jìn)行安全生產(chǎn)信息化建設(shè)成為了推動(dòng)行業(yè)安全發(fā)展、和諧發(fā)展的必由之路。

2 煤礦信息化的內(nèi)涵與關(guān)鍵類別

煤礦信息化是最近在煤礦等能源產(chǎn)業(yè)中提及的一個(gè)新的定義，其關(guān)鍵的內(nèi)涵即以現(xiàn)代對(duì)比完善的信息化技術(shù)來(lái)與煤礦安全生產(chǎn)、管理工作予以全面的聯(lián)系，借助現(xiàn)代信息技術(shù)軟硬件實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦生產(chǎn)的穩(wěn)定、精準(zhǔn)、高效管理。而煤礦信息化的重要類型與改進(jìn)對(duì)象涉及下述幾個(gè)層面：

2.1 現(xiàn)場(chǎng)管理

現(xiàn)場(chǎng)管理，即針對(duì)煤礦開(kāi)采、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的管理。利用信息化技術(shù)，可快速排查安全風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。利用現(xiàn)代化高科技設(shè)備，由接受過(guò)信息化培訓(xùn)的人員監(jiān)控開(kāi)采、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，可起到預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)，消除隱患的作用。

2.2 管理設(shè)備

煤礦的運(yùn)營(yíng)關(guān)聯(lián)到各種大小型的采礦、加工設(shè)備，井下交通設(shè)備，安全維護(hù)的工程系統(tǒng)等。設(shè)備的信息化管理，即在確保設(shè)備關(guān)鍵功能不被影響的前提下，通過(guò)安裝各類傳感器的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備工況、人員操作、安全級(jí)別的實(shí)時(shí)監(jiān)控與評(píng)估。

2.3 生態(tài)管理

受現(xiàn)代環(huán)保意識(shí)的影響，社會(huì)各行業(yè)都在尋求低碳、節(jié)能的生產(chǎn)路徑。煤礦生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)土壤、水源、植被會(huì)造成明顯破壞，只有堅(jiān)持生態(tài)管理理念，利用各類環(huán)境檢測(cè)裝置全天候監(jiān)測(cè)煤炭生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)大氣、地質(zhì)的破壞情況，方能將生態(tài)破壞風(fēng)險(xiǎn)降到最低。依托專門(mén)開(kāi)發(fā)的信息系統(tǒng)，也能對(duì)收集的各項(xiàng)資料進(jìn)行研究，掌握空氣污染、地質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)狀。生態(tài)管理是保護(hù)自然環(huán)境、職工健康的必然要求，能夠降低煤礦開(kāi)采對(duì)外界的破壞，滿足國(guó)家環(huán)境法的相關(guān)要求。

2.4 人員管理

人員管理是煤礦安全監(jiān)管的重點(diǎn)，包括人員工作規(guī)范、人身安全的管理。大型煤礦企業(yè)人員眾多，管理難度大。利用信息化手段可以簡(jiǎn)化人員管理工作，例如，制作數(shù)據(jù)檔案，記錄職工工作情況，記錄職工進(jìn)出情況。

3 互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的煤礦安全生產(chǎn)信息化建設(shè)技術(shù)

3.1 煤礦物聯(lián)網(wǎng)

煤礦物聯(lián)網(wǎng)就是把頻率識(shí)別結(jié)合定位技術(shù)，使用傳感設(shè)備提取其中的信息，進(jìn)而完成對(duì)這些信息的共享。而煤礦管理職員借助信息的實(shí)時(shí)報(bào)告，可以及時(shí)掌握井下環(huán)境各個(gè)氣體的成分、工作職員的定位、工作設(shè)備的運(yùn)作現(xiàn)狀等，借助大量數(shù)據(jù)的研究和智能化識(shí)別，得知已有的安全風(fēng)險(xiǎn)，且及時(shí)的得出有關(guān)處理對(duì)策，以促進(jìn)安全生產(chǎn)的最大化。其詳細(xì)作用為：

（1）感知層由各類傳感設(shè)備所組成，應(yīng)用到識(shí)別井下環(huán)境的CH4成分、CO 成分，且檢測(cè)環(huán)境的溫度和濕度，定位工作職員的詳細(xì)位置，感知層所涵蓋的無(wú)線傳感器與RFID 射頻識(shí)別技術(shù)，可以搜集到煤礦生產(chǎn)任務(wù)中各類環(huán)境信息與全面的識(shí)別設(shè)備運(yùn)作現(xiàn)狀。

（2）傳送層的主要功能便是傳送信息和數(shù)據(jù)，借助對(duì)這些信息的了解，使用煤礦企業(yè)的太環(huán)網(wǎng)、3G 等這些網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成共享信息，從而建立起相互連接的通道。傳送層的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)普及層面相對(duì)豐富，可以迅速實(shí)現(xiàn)煤礦物聯(lián)網(wǎng)信息和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互。

（3）連接層是煤礦用戶和煤礦物聯(lián)網(wǎng)的接口，以煤礦物聯(lián)網(wǎng)智能化的應(yīng)用為中心，完成了整個(gè)一體化建設(shè)工作。

3.2 煤礦云計(jì)算

云計(jì)算技術(shù)在學(xué)術(shù)領(lǐng)域和市場(chǎng)環(huán)境的聯(lián)合作用下取得了越來(lái)越寬闊的發(fā)展空間，可以讓人們使用成本低廉提取到信息化服務(wù)，這一新型的云計(jì)算方式改進(jìn)了過(guò)去計(jì)算機(jī)技術(shù)中的缺陷。云計(jì)算是在分布計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算等技術(shù)等這些新技術(shù)的作用下，其在成本上有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，為互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下煤礦的安全生產(chǎn)準(zhǔn)備了重要的基礎(chǔ)。監(jiān)控和預(yù)報(bào)是煤礦安全生產(chǎn)期間的核心環(huán)節(jié)，必須對(duì)數(shù)據(jù)予以搜集與對(duì)井下環(huán)境予以監(jiān)控，例如對(duì)需要實(shí)施信息監(jiān)控和數(shù)據(jù)一氧化碳與有關(guān)氣體成分?jǐn)?shù)據(jù)予以搜集，且監(jiān)控井下環(huán)境的溫度、濕度與風(fēng)力等基本信息，同時(shí)，查看有關(guān)運(yùn)行設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，例如煤倉(cāng)煤位、壓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓等。如今很多礦井所使用的是全礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，然而由于各監(jiān)控接口間互不協(xié)調(diào)，很難滿足使用集成、系統(tǒng)集成與數(shù)據(jù)集成的相關(guān)要求。而把煤礦安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)借助統(tǒng)一化、規(guī)范化的平臺(tái)予以整合，接著輸入預(yù)警系統(tǒng)，便可得到有關(guān)的選擇依據(jù)，而云計(jì)算則是互聯(lián)網(wǎng)集中的平臺(tái)。使用云計(jì)算技術(shù)可以讓生產(chǎn)變得更加的安全。

3.3 煤礦互聯(lián)網(wǎng)

通常而言，高采樣頻率所收集的數(shù)據(jù)容量很大，并且涵蓋各類類別和結(jié)構(gòu)，為進(jìn)一步提取到煤礦生產(chǎn)時(shí)中的價(jià)值信息，便可使用煤礦互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使用此新型架構(gòu)提升監(jiān)控預(yù)報(bào)的質(zhì)量。感知層是煤礦互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)來(lái)源，借助井下物聯(lián)網(wǎng)多個(gè)監(jiān)控設(shè)備所搜集到的數(shù)據(jù)信息與環(huán)境，例如CO、CH4、溫度、濕度、風(fēng)力、壓力等有關(guān)關(guān)鍵信息，借助數(shù)據(jù)分析和處理，及時(shí)引入科學(xué)舉措規(guī)避障礙。其基本特征為：

（1）數(shù)據(jù)容量很大。安全生產(chǎn)期間，會(huì)形成大量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，例如井下環(huán)境現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、工作人員定位數(shù)據(jù)等。特別是在環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)控中，搜集數(shù)據(jù)的時(shí)間比較短，因此，第一時(shí)間管理的監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)大容量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)更新速度很快，在短期內(nèi)便可構(gòu)成大批量的數(shù)據(jù)群。

（2）在短時(shí)間里，數(shù)據(jù)會(huì)大量的變化。煤礦物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)感應(yīng)技術(shù)在煤礦安全生產(chǎn)中獲得了大量應(yīng)用，各種數(shù)據(jù)的來(lái)源層面越大，數(shù)據(jù)增長(zhǎng)速度很快，在大量數(shù)據(jù)中予以挑選和過(guò)濾所存儲(chǔ)的價(jià)值信息數(shù)據(jù)量依舊較大。

（3）數(shù)據(jù)具有關(guān)鍵價(jià)值。煤礦物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)步速度很快，數(shù)據(jù)感知會(huì)滲透到串聯(lián)煤礦生產(chǎn)的各個(gè)流程，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)所感知的大量數(shù)據(jù)，有關(guān)工作者可借助計(jì)算機(jī)算法提煉出這些比較典型的數(shù)據(jù)，為煤礦安全生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)決策，從而開(kāi)展合理的、科學(xué)的抉擇，讓煤礦互聯(lián)網(wǎng)全面發(fā)揮其功能。在開(kāi)展生產(chǎn)期間，出現(xiàn)這些事故的原因很多，人們沒(méi)有辦法通過(guò)經(jīng)驗(yàn)對(duì)這些安全事故的原因進(jìn)行總結(jié)，也沒(méi)有辦法提出可行的對(duì)策，導(dǎo)致安全生產(chǎn)受到了一定的阻礙。所以，深入挖掘互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值便能針對(duì)生產(chǎn)中的地壓、瓦斯爆炸、水害等事故等重大事故的出現(xiàn)形成一定的阻礙。

4 山西煤礦安全生產(chǎn)信息化建設(shè)狀況

作為煤炭大省，山西省境內(nèi)各煤礦企業(yè)都根據(jù)自身實(shí)際建立信息化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)、自動(dòng)化辦公。例如，潞安公司、焦煤公司，在數(shù)字礦山項(xiàng)目上已取得一定進(jìn)展，不僅實(shí)現(xiàn)了信息共享，還建成了實(shí)時(shí)監(jiān)控、系統(tǒng)集成平臺(tái)。

4.1 信息化新科技被普及

在省域各煤礦，都應(yīng)用了提前探測(cè)技術(shù)、井下通訊系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)，并初步建成了物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工作面的動(dòng)態(tài)管理，這不僅可以及時(shí)了解人員、設(shè)備的現(xiàn)狀，還能保障生產(chǎn)安全。

4.2 構(gòu)建了煤礦瓦斯管理監(jiān)控信息網(wǎng)

晉城在轄區(qū)內(nèi)的所有煤礦都推廣使用了“數(shù)字煤礦”安全監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了市、縣、鄉(xiāng)、礦層級(jí)聯(lián)網(wǎng)管理；杜兒坪礦考慮到井下瓦斯危害，引入了CM-20 型礦井瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)。得益于傳感器的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了井下瓦斯早發(fā)現(xiàn)、早治理的可能，有效降低了礦井瓦斯爆炸、人員中毒風(fēng)險(xiǎn)。

4.3 “1+2”系統(tǒng)集成方式得以采用

在工業(yè)組態(tài)軟件指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)了綜合自動(dòng)信息集成平臺(tái)。得益于局域網(wǎng)、工業(yè)控制網(wǎng)的不斷推進(jìn)，加快了企業(yè)信息化網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度，為遠(yuǎn)程監(jiān)控煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)提供了技術(shù)支持。

5 煤礦安全生產(chǎn)信息化實(shí)施過(guò)程中已有的問(wèn)題

盡管山西煤礦安全生產(chǎn)信息化建設(shè)邁出了重要的一步，大體上實(shí)現(xiàn)了子系統(tǒng)的自動(dòng)化控制與監(jiān)控，然而在標(biāo)準(zhǔn)制定、技術(shù)應(yīng)用與建設(shè)內(nèi)容等方面離信息化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)依然有很大差異，詳細(xì)體現(xiàn)在下面的多個(gè)層面。

5.1 技術(shù)策略比較滯后

關(guān)注硬件開(kāi)發(fā)，缺乏對(duì)系統(tǒng)的優(yōu)化。因?yàn)闆](méi)有完善靈活的信息深度的研究與挖掘工具，許多數(shù)據(jù)僅僅是被簡(jiǎn)要地收集、傳送，疏忽了對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)在關(guān)聯(lián)與價(jià)值的深入分析，沒(méi)有辦法按照數(shù)據(jù)結(jié)果找到問(wèn)題所在和影響層面，沒(méi)有辦法對(duì)事故予以及時(shí)預(yù)報(bào)。

5.2 沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)

由于企業(yè)信息化建設(shè)早期未能予以統(tǒng)一規(guī)劃，各個(gè)部門(mén)按照自身業(yè)務(wù)需求構(gòu)建對(duì)應(yīng)的信息系統(tǒng)，造成軟件、硬件接口的標(biāo)準(zhǔn)未能保持統(tǒng)一，各個(gè)系統(tǒng)間難以配合、共享和互動(dòng)，構(gòu)成了一座信息孤島，割裂了生產(chǎn)、安全與管理的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，事故出現(xiàn)時(shí)沒(méi)有辦法及時(shí)掌握更多的信息，有效進(jìn)行救援。

5.3 建設(shè)內(nèi)容有漏洞

煤礦生產(chǎn)活動(dòng)涉及到人員、設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)的管理，內(nèi)容較為繁雜。煤礦安全生產(chǎn)信息化建設(shè)不僅要引入高科技設(shè)備，同時(shí)也要明確管理內(nèi)容，做好風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警工作。而如今山西大部分煤礦公司信息化建設(shè)內(nèi)容相對(duì)單一，只監(jiān)測(cè)而不進(jìn)行控制，技術(shù)潛力還沒(méi)有得到全面的發(fā)揮。

6 “互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代煤礦安全生產(chǎn)信息化建設(shè)路徑

6.1 山西煤礦安全生產(chǎn)信息化建設(shè)目標(biāo)

推進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)信息化建設(shè)，應(yīng)當(dāng)圍繞“互聯(lián)網(wǎng)+”對(duì)各類信息要素進(jìn)行整合；發(fā)揮大數(shù)據(jù)、云技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，積極開(kāi)發(fā)出適合本企業(yè)的管理系統(tǒng)，集成煤礦生產(chǎn)信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦生產(chǎn)狀態(tài)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、人員信息的集成與動(dòng)態(tài)化管理，建成預(yù)防、管控一體化機(jī)制。

6.2 “互聯(lián)網(wǎng)+”的含義

作為兩化融合的升級(jí)，“互聯(lián)網(wǎng)+”突出了體現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)同傳統(tǒng)行業(yè)的融合，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”促進(jìn)了工業(yè)發(fā)展，特別是物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的應(yīng)用，使得工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品研發(fā)發(fā)生了天翻地覆的改變。當(dāng)中，物聯(lián)網(wǎng)是物與物之間的連接，物聯(lián)網(wǎng)在收集到真實(shí)的信息后形成了許多數(shù)據(jù)，而對(duì)大數(shù)據(jù)內(nèi)部?jī)r(jià)值的提取、使用則必須用特大規(guī)模、高可擴(kuò)展的云計(jì)算技術(shù)等手段來(lái)推進(jìn)。

6.3 山西煤礦安全生產(chǎn)信息化建設(shè)路徑

推進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)信息化建設(shè)，必須以煤礦生產(chǎn)特點(diǎn)為依據(jù)，在堅(jiān)持戰(zhàn)略性、時(shí)效性、正確性的原則基礎(chǔ)上，建設(shè)能體現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”優(yōu)勢(shì)的各類信息化平臺(tái)。如實(shí)現(xiàn)預(yù)警系統(tǒng)、移動(dòng)監(jiān)督系統(tǒng)、數(shù)據(jù)檔案系統(tǒng)，為集成化、實(shí)時(shí)化開(kāi)展煤礦安全生產(chǎn)管理提供技術(shù)支持。

6.4 基于物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)煤礦遠(yuǎn)程安全監(jiān)督督察系統(tǒng)

依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，監(jiān)察系統(tǒng)能夠存儲(chǔ)、傳遞物-物數(shù)據(jù)，融合各設(shè)備的信息；利用各類傳感器，可以掌握井下氣體情況，也能定位工作人員，繪制人員的活動(dòng)軌跡。如果發(fā)生井下事故，井上人員也能告知井下人員的逃生路線?？傊?，通過(guò)人機(jī)聯(lián)防，使得生產(chǎn)安全有了巨大的保障。

6.5 基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建煤礦安全生產(chǎn)移動(dòng)監(jiān)督平臺(tái)

平臺(tái)支持移動(dòng)智能終端讓職員能夠借助無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)檢索與了解公司的安全情況，及時(shí)掌握各種安全通知與安全知識(shí)；管理者可實(shí)時(shí)掌握設(shè)備狀態(tài)、職工工作情況、井下環(huán)境，并作出及時(shí)的管理決策。

6.6 基于大數(shù)據(jù)與云計(jì)算建設(shè)煤礦較大禍患預(yù)警系統(tǒng)

構(gòu)建煤礦安全數(shù)據(jù)庫(kù)，不斷引入實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、事務(wù)數(shù)據(jù)；建立實(shí)時(shí)研究學(xué)者知識(shí)庫(kù)，借助對(duì)大數(shù)據(jù)開(kāi)展分析，了解煤和瓦斯突出、影響地壓、火災(zāi)、水災(zāi)等事故產(chǎn)生的規(guī)律，及時(shí)開(kāi)展禍患預(yù)報(bào)，且有重點(diǎn)的做出有效的解決方案。

7 結(jié)束語(yǔ)

煤炭是全球重要的能源，其使用歷史尤為久遠(yuǎn)。在信息社會(huì)，為了提高煤炭生產(chǎn)安全性，各國(guó)都在推進(jìn)煤炭產(chǎn)業(yè)信息化建設(shè)?，F(xiàn)在，“互聯(lián)網(wǎng)+”迎來(lái)了以互聯(lián)網(wǎng)為基本設(shè)施與實(shí)現(xiàn)工具的經(jīng)濟(jì)建設(shè)新形態(tài)，為我國(guó)煤炭安全生產(chǎn)提供了新的建設(shè)思路。山西是國(guó)內(nèi)的煤礦大省，一定要牢牢把握這一機(jī)遇，加速企業(yè)安全生產(chǎn)信息化建設(shè)，促進(jìn)聯(lián)動(dòng)互通、物聯(lián)感知、信息的相互共享，提升煤炭安全生產(chǎn)管理能力。