摘要:随着信息化的进程,基于物联网对煤矿进行全面管理具有重大的意义。对比分析了世界主要产煤国百万吨死亡率,我国井工煤矿百万吨死亡率约是美国的13.5倍、南非的7.9倍、俄罗斯的2.1倍、印度的0.97倍。分析了我国煤炭百万吨死亡率高于美国等其他主要产煤国的原因:井工开采高达95%、赋存条件差、灾害严重、小煤矿多、机械化、信息化程度低等。提出了煤矿物联网特点:电气防爆、无线传输衰减大、GPS信号不能覆盖煤矿井下、无线发射功率小、抗干扰能力强、抗故障能力强、宜采用树形结构、传输距离远、不宜采用中继器、设备体积小、电网电压波动适应能力强、防护性能好等。提出了煤矿物联网需解决的关键技术问题:煤矿物联网信息编码、传输、处理等标准;矿用安全标志准用产品生产、运输、仓储、使用、维护等全过程管控;矿用安全炸药生产、运输、储存、领退、使用等全过程管控;矿用重大关键设备生产、运输、仓储、使用、维护等全过程管控;煤矿井下人员精确定位、自动识别与培训监管;瓦斯检查员、安全检查员、电钳工、放炮工、绞车司机、采煤机司机、水泵操作工等及其操作设备、作业环境人机环闭锁控制;无人工作面地面遥控;煤炭产、运、销、用全程管控;应急救援装备与救护队等管理;煤炭地质勘探、设计、建井施工、安全生产、经营管理等。
关键词：矿业 物联网系统集成建设 感知层 网络层 应用层
正文：矿业是我们国家不可缺少的产业，因为矿物可为人类提供能源，如光、热、动力等，矿物能源，指赋存于地表或者地下，由地质作用形成，呈固态、气态和液态，具有提供现实意义或潜在意义能源价值的天然富集物。主要包括煤、石油、天然气、石煤、油页岩、铀、钍、油砂、天然沥青、煤层气、地热、可燃冰等。能源矿产是矿产资源的重要组成部分，也是世界经济发展和国家安全的重要物资保证。
其次，各种矿物质也是人体组成的重要元素，如钙，镁，铁等，虽然人体对这些物质的需要量较少，但缺少任何一种，都会对人体健康构成严重威胁。
矿产资源是重要的自然资源，是社会生产发展的重要物质基础，现代社会人们的生产和生活都离不开矿产资源。
物联网信息化建设遵循总体规划与分步实施的措施进行设计，需要骨干网络和无线网络作为支撑，建立一套能对全矿井各类数据进行有效采集、科学分析、准确传输、智能预测、及时管理和反馈的综合信息化网络系统，最终达到生产决策、设备控制和安全管理等信息的有机融合，全面提升矿井信息整合水平。
利用物联网、自动化、计算机网络、数据库等技术，为集团信息一体化建设提供支撑。实施中，信息集中地是调度室，各种系统采集的信息都通过千兆传输网络传送到调度室。由此组成的信息高度融合，解决老旧系统相互独立造成信息孤岛的问题，异构系统接口不兼容性得到了突破性进展。
解决方案
感知层
感知层依赖分布于井下的传感设备，此类节点的特征是布置灵活、数量大、体积小、不需专人维护。通过ＲFID、二维码等技术标识特定的对象，其中ＲFID射频识别系统主要由射频卡(Tag)和读卡器(Ｒeader)2个部分构成，读卡器分为手持式和固定式。传统方法是给对象配备一个射频卡进行跟踪，射频卡发出的射频信号代表对象，读卡器收到后，通过数据传输网络上传到地面跟踪软件系统进行统计分析。每个ＲFID射频卡大概几元钱，而读卡器则几千到上万，如果在井下安装部署多套读卡器费用相当昂贵。基于经济方面考虑，首次将射频卡安装部署在巷道出入口或安装部署到需要跟踪的物资上，不同级别的人员通过携带经过定制的便携式读卡器对巷道、物资等射频卡进行自动识别。
网络层
集团通信由井下环网、井上网络、远程接入网络组成。
井下环网井下通信基本是有线方式，但由于煤炭生产的特殊环境，综采面等不易布线的工作面会出现通信盲区，物联网的应用充分利用无线节点的多样性和网络覆盖的广泛性，不仅摆脱了有线网络介质的束缚，还能填补现有系统的许多监控盲区，发挥无线技术带宽高、传输速率快和网络可靠性高等特点，为现场视频、VOIP等技术的实现创造了条件。物联网传感设备通过无线网关分段接入骨干网，矿业通信网络有Wi－Fi网络、ZigBee网络、Mesh网络、集成ＲFID技术的无线传感网、3G等。对于无法直接连接到骨干环网的信息采集网络可以通过接受分站、现场总线、无线根基站等方式统一汇集，最终通过有线形式连接到骨干环网。物联网延伸到井下，采用有线加无线的方式接入井下1000M骨干环网，实现信息点全面覆盖。
井上网络井下信息通过千兆骨干环网中核心交换机上传到井上千兆骨干环网核心交换机。对矿区各子系统根据本矿区生产发展而决定是否需要接入井上环网。
远程接入网其各个部分的作用如下:(1)远程终端。由各种PC机、PDA(个人数字助理)等设备组成，可以是固定设备，也可以是移动设备，它们通过Modem或专用接口接入通信。(2)通信网:通信网是连接终端和服务器的中介，可以是PSTN、ISDN、有线电视网、Internet或无线通信网中的一种或几种。(3)ＲAS。远程接入服务器，实现将远程终端接入本地信息服务器的通信功能，ＲAS往往是通过一个Modem池或专用接口接入通信网。
应用层
各分控中心将信息上传至集团公司数据中心，集团公司通过云计算、模式识别等智能分析方式。以实现智能分析决策、安全生产监控、动态成本跟踪、物资全生命周期管理等应用系统开发。
物联网数据整合是指将不同系统独立的数据以兼容的统一展现方式提供给用户。两种数据整合方法是目前为止最为常用的:物理化的数据整合和虚拟化的数据整合。数据仓库(DataWarehouse)是一种最为常见的物理化数据整合方法。根据应用来分，集团信息化建设中有安全生产模块、经营管理模块两大模块。由于这两个模块及模块内部不同的数据格式、特点、来源，这些不同的数据需要使用数据仓库和虚拟整合两种方式在物理上或逻辑上有效地收集，这样为企业提供全方位的共享数据。
集团可对矿井人员、生产过程及设备实时自动监管，并可通过网络把实时信息传输给集团领导，在办公地点领导随时可了解矿井人、物、环境等对象的信息，实现统一管理、统一部署。将为煤炭企业构建一个“安全可靠、性能卓越、管理方便”的“高品质”信息化体系。
参考文献<<物联网概论>>卢建军
<<现代煤矿安全管理书 >>王观昌
<<矿产资源开发与可持续发展：国家“九五”科技攻关重要成果选编> >
《物联网：技术、应用、标准、安全与商业模式》
《现代无线传感器网络概论》
《短距离无线通讯入门与实战》
《传感器技术》
《现场总线技术及应用教程》
转载请注明来源：吉林农业大学物联网工程2013级 » 物联网对矿业安全的影响——吕梦棋