物联网技术在煤矿安全中的应用
摘 要：本文主要介绍了物联网技术的概念，阐述了什么是物联网;简单介绍了我国煤矿安全的现状，并与发达国家做了比较;物联网技术已广泛应用于煤矿安全，为解决煤矿安全问题带来了极大的帮助，预防了事故的发生，保证了煤矿的安全生产;虽然煤矿物联网技术已有很大的发展，但是仍然存在一些制约煤矿物联网技术进一步发展的问题;本文根据仍存在的问题提出了煤矿物联网技术下一步的发展规划和意见建议。
关键词：煤矿安全;物联网技术;发展规划
Abstract：This paper mainly introduces the concept of Internet of things (IOT) technology and explains what the concept of things is;It briefly describes the status of coal mine safety in China, and was compared with the developed countries;IOT has been widely used in mine safety technology，which brings a lot of help to solve the problems of coal mine safety,prevents accidents and ensures the safety of coal production. Although the IOT technology has a greatly development，but there are still some constraints to prevent further development of coal Things technology; According to the existing problems，this paper puts forward the next development plans and suggestions of coal IOT technology.
Key words： Mine safety; Internet of Things technology; Development Plan
1、引言
煤炭行业在我国经济发展中占据着举足轻重的地位。虽然煤矿安全生产已取得不小进步，但是较发达国家煤矿安全生产水平还有一定差距，尤其是特大安全事故还时有发生。物联网技术的发展为解决煤矿安全问题带来了希望。物联网技术能够保证煤矿安全生产，预防事故发生，而且在事故发生后能快速、准确定位，进行应急抢救。
物联网技术还为煤矿安全监督管理引入了新的理念、新的技术和新的方法。把感应器嵌入到煤矿安全监控系统中,感知煤矿“人员、机械、环境”方面的各种状态信息,将现有分散、独立、单一的网络监管平台提升为系统、开放、多元的综合网络监管平台,实现人与机械、环境等物理系统的整合,物与物、人与物的互联互动,从而保证煤矿的安全生产,实现安全监督管理中“物物互联、智能感知、物物互动、智慧处置”的设想[2]。
2、物联网的概念
物联网(Internet of Things)又称传感网，是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。物联网是一个比Internet更为庞大的网络。物联网的核心和基础是互联网，物联网是在互联网基础上延伸和扩展的一种网络，其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间进行信息交换和通信[3]。物联网实现了“物-物通信”、“物-物联动”，使连接到物联网上的所有物品、设备能够自由地互相通信、共享信息、互通状态[2]。
3、物联网技术在煤矿中的应用
目前世界各国都相继出台了与物联网相关的信息化政策,我国也已将物联网列为重点培育和发展的新兴产业。随着物联网技术快速发展,物联网技术也可应用到煤炭行业，可以有效地对煤矿机房硐室、井下设备、人员进行监控管理，减少事故的发生，最大限度的减少人员财产的损失。中国矿业大学成立了感知煤炭研究所;中国移动山东分公司运用物联网技术与移动通信技术，针对煤矿安全生产研发的物联网应用项目—“E矿山综合管理系统”[6]。
其中，“E矿山综合管理系统”是将通过射频定位、环境监测传感器、重量传感器采集到的井下瓦斯、人员、风速等参数通过各种通用的数据接口传输至监控中心，再将煤矿监控、通信、运输等多个系统进行无缝链接，并将管理平台中大量的重要信息提取出来，通过无线网络进行远程数据通信，利用中国移动网络覆盖面广的特点，通过监测设备发送至手机终端，提供给煤矿相关管理人员。“E矿山综合管理系统”已实现人员管理定位、出煤量查询、视频监控、报表发送、人员定位、安全信息报警、信息管理等功能。煤矿管理人员不在现场的情况下，可实现对企业运行情况的实时了解和掌握，对生产过程中极易发生事故的危险源及时发现和清除，大大提升了企业工作效率，实现优化生产、优化管理。
在煤矿中，有各种机房硐室、井下电气设备，比如35kV变电所、配电室、主排水泵、扇风机等。它们在煤矿的正常运行及安全中起着至关重要的作用，必须确保其正常运行。利用物联网技术对这些场所、电气设备进行监控可以随时了解它们的运行状况，有利于减少事故的发生，确保煤矿安全生产。
1)35kV变电所运行状况监控。在35kV变电所内装有变压器保护测控装置、线路保护测控装置、厂用变保护测控装置、电容器保护测控装置、火灾报警装置等，通过这些保护测控装置实时监控设备，并将信息传到监控中心，构成变电所监控系统。
2)主排水泵控制系统检测与远控。主排水设备安装可靠的传感器、保护装置、电动闸阀、电磁阀等设备组成矿井主排水自动控制系统，通过智能测控器的接口和光纤适配器与井下以太网联接，将信息传到地面监控中心，构成排水监控系统[4]。
3)扇风机状态显示及远控。风机在运转过程中，对电流、电压、轴承温度、压风流量、风速、压力等参数在线连续检测与保护。在扇风机控制柜上加装状态智能仪表，实时显示每台扇风机的工作状态;在地面主控机上显示电机电流、电压、功率因数;在主控机上设置远近转换开关，通过主控机可实现对每台扇风机的远方控制[4]。
在人员监控方面，大多煤矿都安装了井下人员定位系统，该系统能够实现人员的登记、考勤、定位。井下人员定位系统是矿井地面监控中心工控机在软件数据库的支持下，通过传输接口和井下巷道安装的分站将读卡器采集到的数据信息传输至地面工控机，对井下员工进行实时跟踪，使井下人员位置、动态分布在工控机上得以实时反映，从而实现井下安全状态在井上管理的目的。
在矿井安全监控与矿山安全救护方面，利用物联网技术实时监测井下甲烷浓度、一氧化碳浓度、风速、负压、温度、烟雾浓度、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、工作电压、工作电流等,实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制等;当煤矿发生险情时,监控救护系统可根据事故类型和地点以最快速度选择最佳线路,迅速调配抢险救护队伍和设备，最大限度的减少事故造成的损失[2]。
4、物联网技术在煤矿应用中存在的问题
虽然物联网技术在煤矿安全方面已取得很大的发展，但是仍不能满足煤矿安全生产、灾害预警、应急救援等的需求，需要进一步发展研究煤矿物联网技术，解决煤矿准用产品和矿用关键设备的全程跟踪监管等问题。
中国物联网标准仍在制定中，相关技术并未发展成熟;大部分的业务仍然是数据采集应用的扩展，要想在安全生产中实现更加“智能”和“物与物对话”，还需要解决以下几方面的问题[3]：
1)必须生产大量性能可靠、精度较高、适合煤矿井下环境和规范的智能传感器件。
2)建设分布式、可移动、自组网的信息采集平台，研究矿山复杂环境下无线传感网技术、局部地区发生灾害后的网络重构技术。
3)开展适用于煤矿的安全信息获取技术与处理技术、矿井灾害预警等关键前沿技术的研究。
4)对人员安全环境感知技术与终端设备、生命探测技术进行研究，预防预警灾害。
5)统一物联网技术中涉及的技术标准，制定真正适合于煤炭行业安全发展的技术标准。
5、煤矿物联网技术发展规划及意见建议
为使物联网技术能够更好的应用于煤矿安全，减少事故的发生，针对还存在的一些问题，提出煤矿物联网技术下一步发展规划及建议意见。
第一，煤矿环境复杂，机房硐室、设备繁多，为更好保证煤矿安全生产，下一步需要做以下工作，将所有可能发生会安全事故的机房硐室、电气设备全部纳入监控检测系统，监控中心就可以通过系统实时监控这些场所设备。
第二，煤炭行业要开展物联网技术人才培养与技术交流活动，研究开发物联网新技术，促进煤矿物联网技术的发展。
第三，煤矿物联网技术要想发展必须有统一的技术标准，要制定真正适合煤炭行业安全发展的煤矿物联网技术标准。成立专门研究煤矿物联网技术的组织机构，定期举办交流会议，汇总各矿发展煤矿物联网技术的经验及研究成果，供组织会员单位分享。大家集思广益加强交流有利于促进煤矿物联网技术的发展。
第四，物联网又名传感网，因此组建煤矿物联网系统需要大量性能可靠、价格低廉、能耗较低、精度较高、适合煤矿井下环境和规范的智能传感器件。所以下一步就是鼓励传感器行业研发此类传感器件。
第五，煤矿环境复杂，井下人员、设备移动频繁，给人员、设备的监控检测以及系统的建立带来很大的困难。因此要建设分布式、可移动、自组网的信息采集平台;大力研究无线传感网技术，以便克服复杂的煤矿坏境给系统建立带来的困难;研究局部地区发生灾害后的网络重构技术，在发生煤矿安全事故时系统能够重构、恢复功能，为救援提供可靠帮助，最大限度的降低事故灾害带来的损失。
第六，保证检测监控数据的可靠和安全，确保煤矿安全，要研究矿山复杂环境下的安全信息获取技术与处理技术、矿井灾害预警预报等关键前沿技术。拓展物联网技术在煤矿安全上的应用，因此一方面要研究人员安全环境感知技术与终端设备，预防预警灾害事故的发生;另一方面要研究生命探测技术，在灾害发生时能够以最快速度确定被困人员的具体位置以最佳解救路线解救被困人员，减少人员的伤亡。
6、总结
我国煤矿安全形势依然严峻，物联网技术的发展为煤矿安全带来了契机。现物联网技术已广泛应用于煤矿安全方面，也已初见成效，但是煤矿物联网技术还存在很多问题。为使物联网技术更好的服务于煤矿，我们必须大力研究并加强交流合作，共同解决还存在的问题。针对存在的问题应制定下一步发展规划，保证煤矿物联网技术快速持续发展。
参考文献：
[1]解海东，李松林，王春雷，周亮.基于物联网的智能矿山体系研究[J].工矿自动化，2011年3月第3期：63-66
[2]李敬兆，詹林，许家昌.煤矿多功能物联网读写器的设计[J].工矿自动化，2010年9月第9期：146-148
