基于物聯(lián)網(wǎng)的智能礦山設計研究

任富強

摘 要：本文首先闡述了物聯(lián)網(wǎng)的基本概念，然后分析我國智能礦山發(fā)展現(xiàn)狀，最后結合平頂山天安煤業(yè)股份有限公司八礦自動化、信息化建設的實際情況，設計了一套基于物聯(lián)網(wǎng)的智能礦山建設方案。該方案能實現(xiàn)全礦井數(shù)據(jù)采集、生產調度、經(jīng)營管理、決策指揮的網(wǎng)絡化、信息化、科學化，有效提高礦山的智能化水平和企業(yè)競爭力，對其他礦山的智能化建設具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);智能礦山;智能化

中圖分類號：TD672文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）28-0031-02

Abstract： This paper first expounded the basic concept of the Internet of Things， and then analyzed the development status of intelligent mines in China. Finally， combining with the actual situation of automation and information construction in No. 8 Mine of Pingdingshan Tian'an Coal Mining Co.， Ltd.， a set of intelligent mine construction scheme based on the Internet of Things was designed. The scheme can realize the networking， informationization and scientization of data collection， production dispatch， operation and management， decision-making and command in the whole mine， effectively improve the intelligence level of mine and enterprise competitiveness， and has certain reference significance for the intelligent construction of other mines.

Keywords： Internet of Things;intelligent mine;intellectualization

近年來，國內一些礦井雖然進行了數(shù)字化改造，但還停留在單機自動化、信息化階段，沒有實現(xiàn)信息融合，未達到智能化水平。目前，關于物聯(lián)網(wǎng)智能礦山建設的實際例子較少，因此，將物聯(lián)網(wǎng)技術應用于煤礦生產實際，對提高礦山的智能化水平和企業(yè)競爭力都具有重要的現(xiàn)實意義。

1 物聯(lián)網(wǎng)的概念

物聯(lián)網(wǎng)是將智能感知、識別技術和普適計算等通信感知技術應用于網(wǎng)絡融合中，形成物物相連的智慧網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)核心的四大技術基礎是傳感網(wǎng)絡技術、物對物的信息交換技術（M2M）、兩化融合技術和傳感技術（RFID）。物聯(lián)網(wǎng)基本架構可分為三層：感知層、網(wǎng)絡層和應用層[1，2]。

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能礦山建設是將地質地理、采礦生產、安全監(jiān)測、產品運輸和生態(tài)環(huán)境等信息緊密聯(lián)系起來，形成人與物、物與物全面聯(lián)系的礦山網(wǎng)絡，確保整個礦山的智能、安全、高效、綠色。

2 智能礦山建設現(xiàn)狀

隨著我國煤炭產業(yè)的高速發(fā)展和國家對兩化融合的要求，各煤礦的自動化、信息化水平得到提高，礦井安全避險六大系統(tǒng)已基本建成，但還存在一些問題，例如：①各系統(tǒng)之間的信息融合程度較低，智能化水平不高;②各系統(tǒng)的建設缺乏整體性規(guī)劃，沒有統(tǒng)一的標準和規(guī)范;③對采集的大量數(shù)據(jù)資源缺乏有效利用;④沒有實現(xiàn)礦井生產的透明化管理。例如：平頂山天安煤業(yè)股份有限公司八礦在國內率先建設了井上下千兆環(huán)網(wǎng)，以及工業(yè)電視系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)和單機自動化系統(tǒng)，部分子系統(tǒng)實現(xiàn)了PLC遠程控制，但各子系統(tǒng)之間相互獨立，無法實現(xiàn)統(tǒng)一的智能監(jiān)控。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能礦山設計方案

制定子系統(tǒng)接入規(guī)范，將已建成的子系統(tǒng)接入智能礦山管控平臺，并建設智能綜合自動化平臺和智能管理信息化平臺，解決各子系統(tǒng)之間的“信息孤島”問題，實現(xiàn)四個統(tǒng)一，即統(tǒng)一的二維、三維GIS管理和組態(tài)軟件平臺，統(tǒng)一的管理平臺，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)倉庫，從而真正實現(xiàn)采煤、掘進、機電、運輸、通風、安全的協(xié)同設計、信息化管理與智能分析，提高礦井智能化水平和綜合實力。該平臺的總體架構如圖1所示。

3.1 智能礦山管控平臺設計

3.1.1 煤礦安全生產工況監(jiān)測一張圖系統(tǒng)。對煤礦安全生產數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一收集，分系統(tǒng)進行展示，包括生產工況系統(tǒng)圖、采掘工況系統(tǒng)圖、運輸工況系統(tǒng)圖、安全監(jiān)測工況系統(tǒng)圖、排水工況系統(tǒng)圖和大型設備在線監(jiān)測系統(tǒng)圖。通過人機交互方式，實時查看各系統(tǒng)詳細的實時工況，包括運行、報警和故障等。

3.1.2 三維可視化管控平臺?；贑/S和B/S架構，利用三維可視化技術全面構建煤礦的采煤、掘進、機電、運輸、通風、安全各專業(yè)子系統(tǒng)仿真模擬系統(tǒng)，使用戶在任何地方都可以實現(xiàn)輕松快捷的三維交互式體驗，以獨特的場景視角展現(xiàn)地貌特征、地層、井下場景的關系等。

3.2 基礎設施平臺設計

該平臺包括工業(yè)網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)集控中心和調度控制中心三大模塊，部分內容如下。

3.2.1 工業(yè)網(wǎng)絡建設。對現(xiàn)有工業(yè)網(wǎng)絡實現(xiàn)萬兆升級，為后期自動化系統(tǒng)的建設和網(wǎng)絡高清視頻的擴展提供快速穩(wěn)定的網(wǎng)絡傳輸平臺;建設TD-LTE無線專網(wǎng)（4G通訊），實現(xiàn)井上下、礦內外的移動通信。

3.2.2 云存儲和數(shù)據(jù)挖掘。建設服務器集群，將煤礦日常生產經(jīng)營產生的結構化、半結構化和非結構化數(shù)據(jù)統(tǒng)一進行云端存儲，依托云計算的分布式處理、數(shù)據(jù)庫、虛擬化等技術，實現(xiàn)對海量數(shù)據(jù)的分布式挖掘。

3.2.3 區(qū)域集控中心建設。建設幾個采區(qū)區(qū)域集控中心，把皮帶、變電所、水倉、軌道運輸、風水瓦斯等數(shù)據(jù)集中到采區(qū)區(qū)域控制中心，并進行遠程監(jiān)測與控制，實現(xiàn)調度下移。

3.3 智能綜合自動化平臺設計

該平臺包括原煤生產、生產輔助和安全監(jiān)控三大模塊。其中，原煤生產包括綜采自動化系統(tǒng)、井下皮帶集群自動化系統(tǒng)、計量系統(tǒng)、主井提升自動化系統(tǒng)、地面儲裝運自動化系統(tǒng)和選煤廠監(jiān)控系統(tǒng);生產輔助包括主通風機系統(tǒng)、壓風系統(tǒng)、副井提升系統(tǒng)、主排水系統(tǒng)、鍋爐房監(jiān)控系統(tǒng)、軌道運輸信集閉系統(tǒng)、斜巷運輸系統(tǒng)、架空乘人運輸監(jiān)控系統(tǒng)、局部通風機自動化系統(tǒng)和礦井供電監(jiān)控系統(tǒng);安全監(jiān)控包括瓦斯抽放系統(tǒng)、煤礦頂板管理系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、煤礦井下人員及礦車定位系統(tǒng)、火災防塵檢測系統(tǒng)、五合一應急廣播系統(tǒng)、礦區(qū)安防系統(tǒng)和皮帶光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)。

3.4 智能管理信息化平臺設計

該平臺包括安全管理、生產管理、經(jīng)營管理、圖紙管理和協(xié)同辦公五大模塊，部分內容如下。

3.4.1 生產管理。生產管理包括生產計劃管理系統(tǒng)、生產調度管理系統(tǒng)和作業(yè)規(guī)程管理系統(tǒng)，實現(xiàn)煤礦生產調度、安全監(jiān)測、生產運行等信息集中監(jiān)控，全面反映礦井生產、安全、經(jīng)營狀況。

3.4.2 經(jīng)營管理。經(jīng)營管理包括人力資源管理系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、物資管理系統(tǒng)和設備管理系統(tǒng)，實現(xiàn)企業(yè)的報表統(tǒng)計、多維分析，為管理人員提供準確、實時的統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)和決策支持信息，并指導企業(yè)進行經(jīng)營管理。

3.4.3 圖紙管理。圖紙管理系統(tǒng)是基于煤礦地理信息系統(tǒng)以統(tǒng)一格式、統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫在“一張圖”上實現(xiàn)生產礦井圖紙的管理，包括采掘工程平面圖、井上下對照圖、巷道布置圖、礦井水文地質圖、通風系統(tǒng)圖、井下運輸系統(tǒng)圖、安全監(jiān)測裝備布置圖、管理系統(tǒng)圖、井下通信系統(tǒng)圖、井上下配電系統(tǒng)圖、井下避災路線圖和礦井瓦斯抽放系統(tǒng)圖。不同專業(yè)的工作人員能對同一張圖上各自的專題內容進行在線處理和協(xié)同工作，達到生產信息與基礎圖形的高度融合，提高礦井管理層的綜合分析能力和應急響應速度。

4 結語

本文引入物聯(lián)網(wǎng)和基于物聯(lián)網(wǎng)的智能礦山建設的基本概念，闡述了我國智能礦山建設的現(xiàn)狀和存在的問題，并詳細介紹了基于平頂山天安煤業(yè)股份有限公司八礦實際情況設計的智能礦山建設方案。該方案正在逐步實施中，平頂山天安煤業(yè)股份有限公司八礦將被建設成為一個安全、高效、綠色、和諧的智能化礦山。

參考文獻：

[1]解海東，李松林，王春雷，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能礦山體系研究[J].工礦自動化，2011（3）：63-66.

[2]張科利，任長忠.基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧礦山的智能生產系統(tǒng)展望[J].中國礦業(yè)，2012（8）：76-79.