1前言

　　煤礦安全生產關系到人民群眾的生命和財產安全，各級政府一貫重視煤礦安全生產問題，并采取一系列措施不斷加強安全生產工作。由于煤炭生產系統復雜，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管理模式，實現管理的現代化、信息化成為煤礦企業關心的問題。基于礦區信息化和智能化的“感知礦山”就是物聯網技術成功應用在煤炭行業很好的例證。

　　“感知礦山”通過全面感知，對礦區的人(人員定位、無線通信)、設備(綜合自動化)、環境(安全監控、礦壓監控等)全面感知，并通過高速網絡實現全面覆蓋，同時還具有直觀形象的應用，通過3D GIS礦區全息展示，來全面感知礦山。

　　“感知礦山”可用于煤礦(地面、井下)安全生產、煤炭行業綜合信息化、稅務局、煤炭局、縣區煤炭產量監控，也可用于林業系統監控、電力系統高壓開關監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，所有與礦區安全、生產相關的感知層網絡的接入。因為在礦區建設過程中，不同傳感器的生產廠商不同，協議接口不統一，有些是早期建設項目，沒有智能接口。全面接入傳感網絡，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，如利用信息技術、網絡技術以及傳感網絡對礦區煤運皮帶、煤倉、洗煤廠、水倉、變電站等各個生產相關設備系統的感知和控制，在很大程度上提升了礦區的自動化生產能力，是“兩化”融合的典范。

　　2“感知礦山”系統結構

　　煤礦礦區綜合信息化系統是將先進的自動控制、通信、計算機、信息和現代管理等技術相結合，將企業生產過程的控制、運行與管理作為一個整體，提供整體解決方案，以實現企業的優化運行、控制與管理，從而提高企業核心競爭力。綜合自動化是煤礦實現高產高效的有效手段，對提高煤礦的生產運行狀況、安全水平、事故災害預測預報以及生產業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、安全的自動化網絡系統。本系統以礦井綜合自動化信息平臺為主體，采用礦用光纖工業以太環網和工業現場總線等技術共同構建綜合數字化信息傳輸平臺。

　　感知層設備由大量感知環境、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。這些傳感器在礦區地面、井下構建了一個龐大的傳感網絡層。

　　網絡層設備主要有鋪設在地面、井下的吉比特光環網及網絡交換機設備、光電轉換設備、路由器、防火墻、服務器等，以及用來實現無線覆蓋的PHS網絡或Wi-Fi網絡，共同構建了覆蓋整個礦區的數據網絡。

　　應用層是礦區綜合信息化系統，包含礦區3D GIS系統、綜合自動化系統、人員管理系統、視頻監控系統、短信管理平臺、礦區應急指揮系統、調度系統等。應用層軟件提供各種通用的數據接口，在此之上，可以方便地將提升機監控系統、安全監控系統、礦井通信系統、應急救援通信系統、視頻監控系統、井下調度無線通信系統、大巷運輸系統、選煤廠計算機控制系統、主通風機監控系統、壓風機監控系統、中央泵房監控系統、工業電視系統等進行無縫鏈接，最后經過工業以太網平臺統一傳輸到應用層上進行統一的管理，如圖1所示。真正實現礦井“采、掘、運、風、水、電、安全”等生產環節的信息化和自動化，從而優化生產和管理。

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圖1 感知礦山系統結構

　　3系統特點

　　依托礦井工業以太環網的高速控制網絡，通過推進煤礦礦井生產過程控制，促進企業綜合信息化。即實現數據采集自動化、業務信息集成化、信息管理網絡化，最終實現煤礦管理決策科學化、現代化和智能化。系統建設特點如下：

　　●各生產過程全面實現自動化，并在信息中心對各生產環節分別進行監控，達到高產、高效的目的；

　　●遵循先進、可靠、實用的原則，盡量減少投資，節約成本；

　　●加強自動化系統、信息管理系統在煤炭行業的通用性；

　　●實現生產控制的實時數據庫和信息管理的關系數據庫的接口，能夠實現信息系統對生產數據的無障礙存取；

　　●上位監控系統軟件、網絡管理軟件等均基于Web瀏覽器模式開發，支持遠程監測和維護；

　　●提供有效的網絡管理和系統監控、調試、診斷技術，保證系統維護管理的簡明、方便、有效，在設備發生故障時能夠方便、及時地發現、排除故障。

　　4案例分析

　　針對煤礦的實際情況，本著信息網絡通盤考慮，兼顧煤礦原有建設投資和未來發展需求，在汝箕溝礦建立了一套完整的感知礦山系統。隨著該系統的建設，逐步實現全礦信息化管理，最終全面提升煤礦安全生產和運營管理水平。

　　納入集中監控的主要生產環節覆蓋生產、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、給排水、水處理、主井提升等。需要納入集中監測的主要生產環節有：礦井環境監測、火災束管監測預報、綜掘工作面、注氮、注漿等。網絡結構如圖2所示。

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圖2 汝箕溝礦感知礦山系統結構

　　礦井綜合信息化系統通信網絡平臺為吉比特工業以太網，分為地面吉比特光纖環網和井下吉比特光纖環網，地面和井下的環網以太網交換機分別掛接在環網上，并為監控分站接入提供10 Mbit/s和100 Mbit/s的下聯接口。每個環網有兩個邏輯獨立的單環，傳輸方向相反，且配置成自動切換的自愈環。

　　煤礦綜合自動化利用全集成自動化的思想，將礦井各生產環節的設備監控融為一體，與工業電視監視系統協作，利用工業以太網，在地面中央信息中心控制室實現對全礦井各生產環境和設備的監視和控制；將信息通過網絡傳送給礦級領導，使礦級領導在辦公室通過計算機即可隨時了解安全、生產、財務、人事、運營等各種信息，實現全礦井統一調度、統一管理。

　　煤礦數據中心服務器可以通過專線和集團信息中心聯網，本地中心服務器作為集團中心網絡的數據分站，實現煤礦數據采集和初步分析。經過處理的數據發送給信息中心，信息中心服務器做統一處理或存儲。

　　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，實現統一管理；另一方面實現了煤礦綜合自動化、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。