前言

    煤礦安全生產(chǎn)關系到人民群眾的生命和財產(chǎn)安全，各級政府一貫重視煤礦安全生產(chǎn)問題，并采取一系列措施不斷加強安全生產(chǎn)工作。由于煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)復雜，工作場所黑暗狹窄，人員集中，采掘工作面隨時移動，地質條件的變化會使移動的采掘工作面不斷出現(xiàn)新情況和新問題，如不及時采取相應的有效措施，可能會導致重大災害事故，這就給安全工作帶來了困難。如何加強煤礦安全生產(chǎn)管理模式，實現(xiàn)管理的現(xiàn)代化、信息化成為煤礦企業(yè)關心的問題。基于礦區(qū)信息化和智能化的“感知礦山”就是物聯(lián)網(wǎng)技術成功應用在煤炭行業(yè)很好的例證。
    “感知礦山”通過全面感知，對礦區(qū)的人(人員定位、無線通信)、設備(綜合自動化)、環(huán)境(安全監(jiān)控、礦壓監(jiān)控等)全面感知，并通過高速網(wǎng)絡實現(xiàn)全面覆蓋，同時還具有直觀形象的應用，通過3D GIS礦區(qū)全息展示，來全面感知礦山。
    “感知礦山”可用于煤礦(地面、井下)安全生產(chǎn)、煤炭行業(yè)綜合信息化、稅務局、煤炭局、縣區(qū)煤炭產(chǎn)量監(jiān)控，也可用于林業(yè)系統(tǒng)監(jiān)控、電力系統(tǒng)高壓開關監(jiān)視和控制等多個場景，目前在全國有很多成功案例。“感知礦山”實施的重點是，所有與礦區(qū)安全、生產(chǎn)相關的感知層網(wǎng)絡的接入。因為在礦區(qū)建設過程中，不同傳感器的生產(chǎn)廠商不同，協(xié)議接口不統(tǒng)一，有些是早期建設項目，沒有智能接口。全面接入傳感網(wǎng)絡，是全面“感知”礦山的基礎。
    “感知礦山”不僅提高礦山的安全管理水平，更多的是涉及到生產(chǎn)，如利用信息技術、網(wǎng)絡技術以及傳感網(wǎng)絡對礦區(qū)煤運皮帶、煤倉、洗煤廠、水倉、變電站等各個生產(chǎn)相關設備系統(tǒng)的感知和控制，在很大程度上提升了礦區(qū)的自動化生產(chǎn)能力，是“兩化”融合的典范。

 “感知礦山”系統(tǒng)結構

    煤礦礦區(qū)綜合信息化系統(tǒng)是將先進的自動控制、通信、計算機、信息和現(xiàn)代管理等技術相結合，將企業(yè)生產(chǎn)過程的控制、運行與管理作為一個整體，提供整體解決方案，以實現(xiàn)企業(yè)的優(yōu)化運行、控制與管理，從而提高企業(yè)核心競爭力。綜合自動化是煤礦實現(xiàn)高產(chǎn)高效的有效手段，對提高煤礦的生產(chǎn)運行狀況、安全水平、事故災害預測預報以及生產(chǎn)業(yè)務管理具有重要的作用。
    本方案就是針對目前煤礦的實際需求，推出高效、可靠、安全的自動化網(wǎng)絡系統(tǒng)。本系統(tǒng)以礦井綜合自動化信息平臺為主體，采用礦用光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)和工業(yè)現(xiàn)場總線等技術共同構建綜合數(shù)字化信息傳輸平臺。
    感知層設備由大量感知環(huán)境、機電、人員等的傳感器構成，例如，風速、風量、溫度、轉速、振動、電壓、電流、功率等傳感器，甲烷、CO、CO2 、O2、錨桿壓力、鉆孔應力、頂板離層環(huán)境等傳感器，跑偏、堆煤、煙霧、皮帶打滑等傳感器，煤倉料位計、水位計等傳感器以及攝像機、RFID人員定位等。這些傳感器在礦區(qū)地面、井下構建了一個龐大的傳感網(wǎng)絡層。
    網(wǎng)絡層設備主要有鋪設在地面、井下的吉比特光環(huán)網(wǎng)及網(wǎng)絡交換機設備、光電轉換設備、路由器、防火墻、服務器等，以及用來實現(xiàn)無線覆蓋的PHS網(wǎng)絡或Wi-Fi網(wǎng)絡，共同構建了覆蓋整個礦區(qū)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。
    應用層是礦區(qū)綜合信息化系統(tǒng)，包含礦區(qū)3D GIS系統(tǒng)、綜合自動化系統(tǒng)、人員管理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、短信管理平臺、礦區(qū)應急指揮系統(tǒng)、調度系統(tǒng)等。應用層軟件提供各種通用的數(shù)據(jù)接口，在此之上，可以方便地將提升機監(jiān)控系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、礦井通信系統(tǒng)、應急救援通信系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、井下調度無線通信系統(tǒng)、大巷運輸系統(tǒng)、選煤廠計算機控制系統(tǒng)、主通風機監(jiān)控系統(tǒng)、壓風機監(jiān)控系統(tǒng)、中央泵房監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)等進行無縫鏈接，最后經(jīng)過工業(yè)以太網(wǎng)平臺統(tǒng)一傳輸?shù)綉�用層上進行統(tǒng)一的管理，如圖1所示。真正實現(xiàn)礦井“采、掘、運、風、水、電、安全”等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的信息化和自動化，從而優(yōu)化生產(chǎn)和管理。

圖1 感知礦山系統(tǒng)結構

系統(tǒng)特點

    依托礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的高速控制網(wǎng)絡，通過推進煤礦礦井生產(chǎn)過程控制，促進企業(yè)綜合信息化。即實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集自動化、業(yè)務信息集成化、信息管理網(wǎng)絡化，最終實現(xiàn)煤礦管理決策科學化、現(xiàn)代化和智能化。系統(tǒng)建設特點如下：
    ●各生產(chǎn)過程全面實現(xiàn)自動化，并在信息中心對各生產(chǎn)環(huán)節(jié)分別進行監(jiān)控，達到高產(chǎn)、高效的目的；
    ●遵循先進、可靠、實用的原則，盡量減少投資，節(jié)約成本；
    ●加強自動化系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)在煤炭行業(yè)的通用性；
    ●實現(xiàn)生產(chǎn)控制的實時數(shù)據(jù)庫和信息管理的關系數(shù)據(jù)庫的接口，能夠實現(xiàn)信息系統(tǒng)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的無障礙存取；
    ●上位監(jiān)控系統(tǒng)軟件、網(wǎng)絡管理軟件等均基于Web瀏覽器模式開發(fā)，支持遠程監(jiān)測和維護；
    ●提供有效的網(wǎng)絡管理和系統(tǒng)監(jiān)控、調試、診斷技術，保證系統(tǒng)維護管理的簡明、方便、有效，在設備發(fā)生故障時能夠方便、及時地發(fā)現(xiàn)、排除故障。

案例分析

    針對煤礦的實際情況，本著信息網(wǎng)絡通盤考慮，兼顧煤礦原有建設投資和未來發(fā)展需求，在汝箕溝礦建立了一套完整的感知礦山系統(tǒng)。隨著該系統(tǒng)的建設，逐步實現(xiàn)全礦信息化管理，最終全面提升煤礦安全生產(chǎn)和運營管理水平。
    納入集中監(jiān)控的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)覆蓋生產(chǎn)、安全整個過程，包括：主煤流運輸、井下供排水、35 kV變電所、地面變電所、井下變電所、礦井通風、壓風系統(tǒng)、給排水、水處理、主井提升等。需要納入集中監(jiān)測的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)有：礦井環(huán)境監(jiān)測、火災束管監(jiān)測預報、綜掘工作面、注氮、注漿等。網(wǎng)絡結構如圖2所示。
圖2 汝箕溝礦感知礦山系統(tǒng)結構
    礦井綜合信息化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡平臺為吉比特工業(yè)以太網(wǎng)，分為地面吉比特光纖環(huán)網(wǎng)和井下吉比特光纖環(huán)網(wǎng)，地面和井下的環(huán)網(wǎng)以太網(wǎng)交換機分別掛接在環(huán)網(wǎng)上，并為監(jiān)控分站接入提供10 Mbit/s和100 Mbit/s的下聯(lián)接口。每個環(huán)網(wǎng)有兩個邏輯獨立的單環(huán)，傳輸方向相反，且配置成自動切換的自愈環(huán)。
    煤礦綜合自動化利用全集成自動化的思想，將礦井各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的設備監(jiān)控融為一體，與工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)協(xié)作，利用工業(yè)以太網(wǎng)，在地面中央信息中心控制室實現(xiàn)對全礦井各生產(chǎn)環(huán)境和設備的監(jiān)視和控制；將信息通過網(wǎng)絡傳送給礦級領導，使礦級領導在辦公室通過計算機即可隨時了解安全、生產(chǎn)、財務、人事、運營等各種信息，實現(xiàn)全礦井統(tǒng)一調度、統(tǒng)一管理。
    煤礦數(shù)據(jù)中心服務器可以通過專線和集團信息中心聯(lián)網(wǎng)，本地中心服務器作為集團中心網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)分站，實現(xiàn)煤礦數(shù)據(jù)采集和初步分析。經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)發(fā)送給信息中心，信息中心服務器做統(tǒng)一處理或存儲。
    該方案技術起點高、針對性強。一方面充分利用煤礦現(xiàn)有自動化設備，將不同時期、不同廠家、不同自動化水平的設備綜合在一起，實現(xiàn)統(tǒng)一管理；另一方面實現(xiàn)了煤礦綜合自動化、綜合信息化的目標，達到了國內先進技術水平。該方案的實施必將為其他老礦的綜合信息化、自動化改造提供示范和借鑒意義。