基于物联网的数字式煤矿安全监测监控技术问题的研究与探讨

基于物联网的数字式煤矿安全监测监控技术问题的研究与探讨

任延川

摘要我国煤矿井下作业环境比较复杂，瓦斯、煤尘、水、火、顶板等自然灾害严重，存在较多的安全隐患，所以改善煤矿安全生产技术水平是目前煤矿需要重点解决的问题，本文基于物联网数字煤矿安全监测监控技术问题进行探讨和研究，介绍物联网煤矿综合监控系统构架，实现数字式煤矿安全生产监测监控技术，最后介绍物联网技术在数字式煤矿安全监测监控中的应用。

关键词：物联网；数字式煤矿；安全监控监测技术

1、引言

我国煤矿地质条件比较复杂，煤矿主要以井下开采方式为主，井下矿井的数量比较多，也极易诱发各种灾害事故，灾害防治的难度也比较大，现代化矿井的建设方向是实现信息化、数字化矿井的建设，通过物联网技术来打造数字式化矿井的建设，有助于实现煤矿全面感知环境、移动目标以及将控制、运行与管理统一化，从而使煤矿可以更好生产和决策。

2、物联网的相关概念与系统架构

2.1物联网概念

物联网是利用红外感应器、射频识别、全球定位系统激光扫描、物理化学传感器等信息传感器设备，将各种物品通过互联网联系起来，按照约定的协议规程制度，实现信息之间的交换和通信，最终实现智能化识别、跟踪、定位、监控和管理。

2.2物联网应用服务模式

物联网应用服务模式主要包括5种，分别为（1）行业或企业客户智能控制类应用；（2）行业或企业客户的数据采集和动态监测类应用；（3）个人用户智能控制类应用；（4）政府客户数据采集和动态监测类应用；（5）行业或者企业客户的定位跟踪类应用。

2.3物联网系统架构

物联网系统构架主要包括感知层、系统层和应用层三类，如图1所示。感知层主要是利用总线通信和传输技术来实现双向数字通信、方位识别、自动识别和智能提示功能，通过结构优化和抗干扰的设计，可以有效提高系统的稳定性和可靠性。在此技术的基础上，对这些手段进行综合利用，从而实现故障闭锁功能、在线诊断功能和预知维护等功能，减少维护工作量，通过开发多种类和多功能的有线、无线低功耗的传感器，可以实现安全信息的全覆盖。传输层可以支持有线、无线的混合组网模式，有线主要用于关键节点间、核心节点以及骨干网络间的信息传输，目前采用的技术主要是有源、无源的矿用工业以太网和相关数据总线技术。无线网络主要在传感器设备间、取电不便或空间环境比较复杂的地方，无线网络作为有线网络的补充，其传输网可以采用WiFi、ZIGBEE等方式，传输层主要解决长距离、自愈、自组网、宽带、多跳、稳定性、可靠性以及低功耗等问题。应用层是整个系统架构的大脑，具有数据高效实时采集、矢量化图形显示、实时报警、远程多级监控以及结合专家模型与决策支持的分析预警功能。

3、数字式煤矿的主要内容

数字式煤矿的主要内容是结合计算机和各种网络技术来自动控制井下各种设备，在网络平台上将煤矿井下各种环境信息和设备工况信息进行统一的呈现。物联网的核心技术是互联网，新型煤矿安全监控系统的主要特点是数字化、智能化、模块化和网络化。实现数字化煤矿的基础是剪力一套完整的煤矿四维地理信息系统，从而实现煤矿三维地质模型、井巷工程、二维电子矿图以及数字化地面物理模型的构建，然后按照时间顺序、空间信息等对煤矿实现可视化和透明化的管理。通过建立数字化煤矿，可以创造更加安全、舒适的工作环境，有利于管理人员更加全面的毒生产过程进行监管，另外结合虚拟设备可以实现现场作业的实时指挥，提高了煤矿安全生产的效率，提高了煤矿生产的安全系数。

4、物联网技术在数字式煤矿安全监测监控系统中的应用

4.1物联网对矿井环境进行实时安全监控

对井下煤矿各个采空区的各种环境参数进行监测主要是基于物联网封闭墙在线监测系统的功能，井下环境参数主要包括瓦斯、一氧化碳、温度、正压、负压以及封闭墙外的环境瓦斯等，在完成这些数据的采集后，再送到地面中心站，然后进行控制和超限报警等。利用物联网安全监控系统，对井下空气中的瓦斯、一氧化碳等浓度进行监测，所以可以对煤矿生产进行实时监控，实现连续的、实时的和远程的管理。

4.2物联网对井下人员进行实时监控

在识别卡中保存着约定格式的电子数据，利用读卡器和识别卡通过无线射频的方式来实现非接触双向数据的传送，射频信号是通过发射天线进行发射的，读卡器的天线信号有一定的有效区域范围，所以读卡器可以实现对接收到的信号进行解码和调解，然后借助工业总线将信息传输到各个分站。通过读卡器传送来的识别信息最终要传送到地面传输接口或者环网交换机中，经过数据采集程序，处理写入数据库的服务器。人员定位系统可以对人员信息进行全面采集，该系统主要包括无线信息采集网络和以太网有线网络，无线网络可以在整个巷道中覆盖，有线网络只可以对数据进行进一步的传输和处理。

4.3物联网对生产环节进行实时安全监控

工业电视监控网络系统是数字化煤矿生产的重要组成部分，利用先进的、程度较高的各种监控设备，通过在井下安装摄像头，对采煤工作面、带式输送机、煤仓以及地面重要区域进行全面监控，然后将这些监控信息传输到各个调度室，各岗位的监控管理人员对各生产环节进行动态监控，如果发现问题，可以及时进行处理。

此系统是在互联网的基础上建立起来的，同时还可以通过非接触的方式对煤矿产量进行计量的一种装置，这种系统主要在井下煤矿瓦斯高或具有煤尘爆炸危险的场所使用，另外可以对输送机上散装物料的流量和累计重量进行连续自动化的监测。物联网数据上传系统主要借助计算机网络、数据库和通信等技术来实现数据的处理，可以实现对瓦斯数据和人员定位系统的采集，然后将人员信息数据上报和传送到上级管理部门，上级管理部门就可以根据相关信息及时作出处理，实现对下属各煤矿生产情况和安全生产形势的直接、快速的掌控，并且提出解决措施，及时进行处理，实时预测煤矿生产过程中潜在的危险，及时发现隐患然后进行排查和整改，为管理决策者提供数据支持。

5、结语

基于物联网数字式煤矿安全监控监测系统是一门新兴技术，煤矿物联网技术可以更好的对煤矿井下移动目标进行安全监控和精确定位。结合相关应用技术，实现煤矿的数字化建设，加强物联网技术在数字式煤矿安全监控监测系统中的应用，可以实时监控矿井的生产环境、井下人员信息情况以及生产情况，随着煤矿信息化技术的发展，将物联网应用在数字化矿山的建设中是实现煤矿综合自动化、智能化发展的最终趋势。

参考文献

[1]温良.基于物联网的数字式煤矿安全监测监控技术研究[A].中国煤炭学会，第九届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C].中国煤炭学会.2014：7.

[2]孟庆勇.基于物联网的数字式煤矿安全监测监控技术研究[A].第十届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集.[C].2016：8.