1、引言
煤炭行業(yè)在我國經濟發(fā)展中占據著舉足輕重的地位。雖然煤礦安全生產已取得不小進步，但是較發(fā)達國家煤礦安全生產水平還有一定差距，尤其是特大安全事故還時有發(fā)生。物聯(lián)網技術的發(fā)展為解決煤礦安全問題帶來了希望。物聯(lián)網技術能夠保證煤礦安全生產，預防事故發(fā)生，而且在事故發(fā)生后能快速、準確定位，進行應急搶救。
物聯(lián)網技術還為煤礦安全監(jiān)督管理引入了新的理念、新的技術和新的方法。把感應器嵌入到煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中,感知煤礦“人員、機械、環(huán)境”方面的各種狀態(tài)信息,將現(xiàn)有分散、獨立、單一的網絡監(jiān)管平臺提升為系統(tǒng)、開放、多元的綜合網絡監(jiān)管平臺,實現(xiàn)人與機械、環(huán)境等物理系統(tǒng)的整合,物與物、人與物的互聯(lián)互動,從而保證煤礦的安全生產,實現(xiàn)安全監(jiān)督管理中“物物互聯(lián)、智能感知、物物互動、智慧處置”的設想[2]。
2、物聯(lián)網的概念
物聯(lián)網(Internet of Things)又稱傳感網，是通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡概念。物聯(lián)網是一個比Internet更為龐大的網絡。物聯(lián)網的核心和基礎是互聯(lián)網，物聯(lián)網是在互聯(lián)網基礎上延伸和擴展的一種網絡，其用戶端延伸和擴展到任何物品與物品之間進行信息交換和通信[3]。物聯(lián)網實現(xiàn)了“物-物通信”、“物-物聯(lián)動”，使連接到物聯(lián)網上的所有物品、設備能夠自由地互相通信、共享信息、互通狀態(tài)[2]。
3、物聯(lián)網技術在煤礦中的應用
目前世界各國都相繼出臺了與物聯(lián)網相關的信息化政策,我國也已將物聯(lián)網列為重點培育和發(fā)展的新興產業(yè)。隨著物聯(lián)網技術快速發(fā)展,物聯(lián)網技術也可應用到煤炭行業(yè)，可以有效地對煤礦機房硐室、井下設備、人員進行監(jiān)控管理，減少事故的發(fā)生，最大限度的減少人員財產的損失。中國礦業(yè)大學成立了感知煤炭研究所;中國移動山東分公司運用物聯(lián)網技術與移動通信技術，針對煤礦安全生產研發(fā)的物聯(lián)網應用項目—“E礦山綜合管理系統(tǒng)”[6]。
其中，“E礦山綜合管理系統(tǒng)”是將通過射頻定位、環(huán)境監(jiān)測傳感器、重量傳感器采集到的井下瓦斯、人員、風速等參數(shù)通過各種通用的數(shù)據接口傳輸至監(jiān)控中心，再將煤礦監(jiān)控、通信、運輸?shù)榷鄠€系統(tǒng)進行無縫鏈接，并將管理平臺中大量的重要信息提取出來，通過無線網絡進行遠程數(shù)據通信，利用中國移動網絡覆蓋面廣的特點，通過監(jiān)測設備發(fā)送至手機終端，提供給煤礦相關管理人員?！?/FONT>E礦山綜合管理系統(tǒng)”已實現(xiàn)人員管理定位、出煤量查詢、視頻監(jiān)控、報表發(fā)送、人員定位、安全信息報警、信息管理等功能。煤礦管理人員不在現(xiàn)場的情況下，可實現(xiàn)對企業(yè)運行情況的實時了解和掌握，對生產過程中極易發(fā)生事故的危險源及時發(fā)現(xiàn)和清除，大大提升了企業(yè)工作效率，實現(xiàn)優(yōu)化生產、優(yōu)化管理。
在煤礦中，有各種機房硐室、井下電氣設備，比如35kV變電所、配電室、主排水泵、扇風機等。它們在煤礦的正常運行及安全中起著至關重要的作用，必須確保其正常運行。利用物聯(lián)網技術對這些場所、電氣設備進行監(jiān)控可以隨時了解它們的運行狀況，有利于減少事故的發(fā)生，確保煤礦安全生產。
1)35kV變電所運行狀況監(jiān)控。在35kV變電所內裝有變壓器保護測控裝置、線路保護測控裝置、廠用變保護測控裝置、電容器保護測控裝置、火災報警裝置等，通過這些保護測控裝置實時監(jiān)控設備，并將信息傳到監(jiān)控中心，構成變電所監(jiān)控系統(tǒng)。
2)主排水泵控制系統(tǒng)檢測與遠控。主排水設備安裝可靠的傳感器、保護裝置、電動閘閥、電磁閥等設備組成礦井主排水自動控制系統(tǒng)，通過智能測控器的接口和光纖適配器與井下以太網聯(lián)接，將信息傳到地面監(jiān)控中心，構成排水監(jiān)控系統(tǒng)[4]。
3)扇風機狀態(tài)顯示及遠控。風機在運轉過程中，對電流、電壓、軸承溫度、壓風流量、風速、壓力等參數(shù)在線連續(xù)檢測與保護。在扇風機控制柜上加裝狀態(tài)智能儀表，實時顯示每臺扇風機的工作狀態(tài);在地面主控機上顯示電機電流、電壓、功率因數(shù);在主控機上設置遠近轉換開關，通過主控機可實現(xiàn)對每臺扇風機的遠方控制[4]。
在人員監(jiān)控方面，大多煤礦都安裝了井下人員定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)人員的登記、考勤、定位。井下人員定位系統(tǒng)是礦井地面監(jiān)控中心工控機在軟件數(shù)據庫的支持下，通過傳輸接口和井下巷道安裝的分站將讀卡器采集到的數(shù)據信息傳輸至地面工控機，對井下員工進行實時跟蹤，使井下人員位置、動態(tài)分布在工控機上得以實時反映，從而實現(xiàn)井下安全狀態(tài)在井上管理的目的。
在礦井安全監(jiān)控與礦山安全救護方面，利用物聯(lián)網技術實時監(jiān)測井下甲烷濃度、一氧化碳濃度、風速、負壓、溫度、煙霧濃度、饋電狀態(tài)、風門狀態(tài)、風筒狀態(tài)、局部通風機開停、工作電壓、工作電流等,實現(xiàn)甲烷超限聲光報警、斷電和甲烷風電閉鎖控制等;當煤礦發(fā)生險情時,監(jiān)控救護系統(tǒng)可根據事故類型和地點以最快速度選擇最佳線路,迅速調配搶險救護隊伍和設備，最大限度的減少事故造成的損失[2]。
4、物聯(lián)網技術在煤礦應用中存在的問題
雖然物聯(lián)網技術在煤礦安全方面已取得很大的發(fā)展，但是仍不能滿足煤礦安全生產、災害預警、應急救援等的需求，需要進一步發(fā)展研究煤礦物聯(lián)網技術，解決煤礦準用產品和礦用關鍵設備的全程跟蹤監(jiān)管等問題。
中國物聯(lián)網標準仍在制定中，相關技術并未發(fā)展成熟;大部分的業(yè)務仍然是數(shù)據采集應用的擴展，要想在安全生產中實現(xiàn)更加“智能”和“物與物對話”，還需要解決以下幾方面的問題[3]：
1)必須生產大量性能可靠、精度較高、適合煤礦井下環(huán)境和規(guī)范的智能傳感器件。
2)建設分布式、可移動、自組網的信息采集平臺，研究礦山復雜環(huán)境下無線傳感網技術、局部地區(qū)發(fā)生災害后的網絡重構技術。
3)開展適用于煤礦的安全信息獲取技術與處理技術、礦井災害預警等關鍵前沿技術的研究。
4)對人員安全環(huán)境感知技術與終端設備、生命探測技術進行研究，預防預警災害。
5)統(tǒng)一物聯(lián)網技術中涉及的技術標準，制定真正適合于煤炭行業(yè)安全發(fā)展的技術標準。
5、煤礦物聯(lián)網技術發(fā)展規(guī)劃及意見建議
為使物聯(lián)網技術能夠更好的應用于煤礦安全，減少事故的發(fā)生，針對還存在的一些問題，提出煤礦物聯(lián)網技術下一步發(fā)展規(guī)劃及建議意見。
第一，煤礦環(huán)境復雜，機房硐室、設備繁多，為更好保證煤礦安全生產，下一步需要做以下工作，將所有可能發(fā)生會安全事故的機房硐室、電氣設備全部納入監(jiān)控檢測系統(tǒng)，監(jiān)控中心就可以通過系統(tǒng)實時監(jiān)控這些場所設備。
第二，煤炭行業(yè)要開展物聯(lián)網技術人才培養(yǎng)與技術交流活動，研究開發(fā)物聯(lián)網新技術，促進煤礦物聯(lián)網技術的發(fā)展。
第三，煤礦物聯(lián)網技術要想發(fā)展必須有統(tǒng)一的技術標準，要制定真正適合煤炭行業(yè)安全發(fā)展的煤礦物聯(lián)網技術標準。成立專門研究煤礦物聯(lián)網技術的組織機構，定期舉辦交流會議，匯總各礦發(fā)展煤礦物聯(lián)網技術的經驗及研究成果，供組織會員單位分享。大家集思廣益加強交流有利于促進煤礦物聯(lián)網技術的發(fā)展。
第四，物聯(lián)網又名傳感網，因此組建煤礦物聯(lián)網系統(tǒng)需要大量性能可靠、價格低廉、能耗較低、精度較高、適合煤礦井下環(huán)境和規(guī)范的智能傳感器件。所以下一步就是鼓勵傳感器行業(yè)研發(fā)此類傳感器件。
第五，煤礦環(huán)境復雜，井下人員、設備移動頻繁，給人員、設備的監(jiān)控檢測以及系統(tǒng)的建立帶來很大的困難。因此要建設分布式、可移動、自組網的信息采集平臺;大力研究無線傳感網技術，以便克服復雜的煤礦壞境給系統(tǒng)建立帶來的困難;研究局部地區(qū)發(fā)生災害后的網絡重構技術，在發(fā)生煤礦安全事故時系統(tǒng)能夠重構、恢復功能，為救援提供可靠幫助，最大限度的降低事故災害帶來的損失。
第六，保證檢測監(jiān)控數(shù)據的可靠和安全，確保煤礦安全，要研究礦山復雜環(huán)境下的安全信息獲取技術與處理技術、礦井災害預警預報等關鍵前沿技術。拓展物聯(lián)網技術在煤礦安全上的應用，因此一方面要研究人員安全環(huán)境感知技術與終端設備，預防預警災害事故的發(fā)生;另一方面要研究生命探測技術，在災害發(fā)生時能夠以最快速度確定被困人員的具體位置以最佳解救路線解救被困人員，減少人員的傷亡。
6、總結
我國煤礦安全形勢依然嚴峻，物聯(lián)網技術的發(fā)展為煤礦安全帶來了契機?，F(xiàn)物聯(lián)網技術已廣泛應用于煤礦安全方面，也已初見成效，但是煤礦物聯(lián)網技術還存在很多問題。為使物聯(lián)網技術更好的服務于煤礦，我們必須大力研究并加強交流合作，共同解決還存在的問題。針對存在的問題應制定下一步發(fā)展規(guī)劃，保證煤礦物聯(lián)網技術快速持續(xù)發(fā)展。