浅谈煤矿信息化技术的发展

2022-10-26 11:55:08| 浏览次数：

摘要：从网络数据传输、底层子系统数据采集、上层数据处理3方面分析了煤矿信息化技术发展的成果及存在问题，探讨了综合自动化、数字矿山和感知矿山的关系，重点讨论了物联网技术的概念、发展进程及其在煤炭行业的应用。

关键词：煤矿；信息化；物联网；综合自动化；数字矿山；感知矿山

中图分类号：TD67文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)21-5234-02

Brief Talk about Development of Informatization Technology of Coal Mine

HU Xian, WANG Shu-qiang

(Changzhou Automation Research Institute of CCTEG., Changzhou 213015, China)

Abstract: The paper analyzed achievements and problems of development of informatization technology of coal mine from data transmis sion of network, data collection of underlying subsystem and upper data processing, discussed relationship of integrated automation, digital mine and perception mine, and focused on the concept, development process of internet of things and its application in coal industry.

Key words: coal mine; informatization; internet of things; integrated automation; digital mine; perception mine

世界经济发展实践证明，进入信息时代，企业成败的关键之一是对信息的开发和利用能力。煤炭行业的信息化实质上是利用计算机、网络等先进的信息化技术对对矿井地理、生产、安全、设备、管理和市场等方面的各种数据进行采集（传感器与检测）、传输（通信）、处理（计算机）、应用和集成（自动化），实现信息的共享和互联互通，达到信息增值的目的，从而促进煤矿发展，提高煤矿安全生产能力和竞争力的过程。目前，我国煤矿已广泛将信息化技术用于生产、安全、管理、市场等各个领域。随着计算机、网络、数据库等技术的发展，煤矿信息化技术正向信息扩展、高度集成、智能决策的方向发展。

1煤矿信息化技术现状

1.1已有成果

网络数据传输方面，大多煤矿已经搭建了采用光纤作为传输信道的井下千兆工业以太环网，用于传输各子系统的生产设备数据（运行状态、电机温度、轴承温度等）、工艺参数（水位、流量、压力、煤位等）及环境监测数据（安全监测数据、束管监测数据等）。煤矿地面计算机管理网络得到普遍应用，为企业办公人员处理各类文件、业务（OA、MES、ERP）和共享相关信息提供了平台。这些都是煤矿企业实现信息化管理的物质基础。

底层子系统数据采集方面，所有煤矿全部安装了瓦斯监测监控系统和井下通信联络系统，井下人员定位系统以及其它应急避险系统正在全面建设。此外各种单一功能的监控系统也得到较为广泛的应用，如风机在线监测监控（通风安全环境监测）系统、瓦斯抽放监测（管道瓦斯抽放监测与控制）系统、火灾预报束管监测（煤层自然发火实时分析）系统、工业电视监视系统、电力监测系统、带式输送机监测系统、主副（斜）井提升监测系统、矿压监测（矿井冲击地压实时分析及专家诊断预测与控制）系统、矿用自动防尘撒水控制（皮带机头自动喷水降尘）系统、机车调度系统、考勤系统、电话通讯系统、电视会议系统、计算机办公系统等等。

上层数据处理方面，矿井地质信息的计算机管理和综合分析处理技术，如数据仓库技术、数据挖掘技术、知识发现技术，三维可视化与虚拟现实技术，矿山GIS、OA、CDS三位一体技术，动态模拟和人工智能技术等也正逐步得到应用。

1.2存在问题

煤炭企业信息化技术存在的主要问题[1]：1）感知手段传统单一，缺乏传感层面的信息融合。2）缺乏泛在感知网络，即存在感知盲区，不能实现安全感知的全覆盖。3）重硬集成，轻软集成，即信息孤岛问题，没有统一的数据平台，各监测监控子系统缺乏统一的数据格式和接口协议，难以进行信息集成与共享。4）缺乏应用层面的信息融合，缺乏有效的数据分析和挖掘工具，各子系统之间不能联动。5）多学科交叉不够。矿山信息化过程需要地质、测量、水文、采矿、安全、监测监控、通信、计算机、智能信息处理、管理等多学科交叉研究。6）缺乏标准建设，第三方服务提供商不能方便地将服务提供到网络里来。

2综合自动化、数字矿山和感知矿山的关系

我国煤炭行业信息化建设历经了综合自动化、数字矿山和感知矿山三种建设模式。其中综合自动化基于工业以太环网，强调统一的网络平台，目的是将煤炭生产全过程建成一个以工业以太环网+现场总线为网络平台的矿井综合自动化系统，实现信息的连通与共享。数字矿山以矿山空间数据与模型为中心，强调统一的时空框架，目的是利用信息技术、现代控制理论与自动化技术动态、详尽地描述及控制矿山安全生产与运营的全过程。感知矿山基于物联网，强调物与物的互联，目的是对矿山的人(人员定位、无线通信)、设备(综合自动化)、环境(安全监控、矿压监控等)全面感知，并利用直观形象的应用，来全面展现和管理矿山。三者的最终目标都是实现信息的整合、利用，实现矿山的管控一体化。

3物联网技术及其在煤炭行业的应用

从煤矿信息技术的发展来看，以矿山生产管理为主体的矿山信息化分为计算机控制的单机自动化、基于以太网络技术的集成自动化和物联网/云技术3个发展阶段[2]。

3.1物联网技术概述

物联网又称传感网，是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[3]。物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮。国际电联报告提出物联网主要有四个关键性的应用技术：标签事物的RFID技术、感知事物的传感网络技术（Sensor technologies）、思考事物的智能技术（Smart technologies）、微缩事物的纳米技术（Nanotechnology）。

目前，物联网还没有一个广泛认同的体系结构，最具代表性的物联网架构是欧美支持的EPCGlobal物联网体系架构和日本的Ubiquitous ID(UID)物联网系统。我国也积极参与了上述物联网体系，正在积极制定符合我国发展情况的物联网标准和架构。

3.2我国物联网发展进程

物联网作为一个庞大的信息化工程，必须行进在标准化轨道之上。2006年，由中国机械工业联合会、中国仪器仪表行业协会、机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、工信部软件与集成电路促进中心和标旗集团五方联合发起了《中国仪器仪表信息化推进计划》，该计划旨在全面推进中国各类仪器仪表、相关传感器探头通讯化改造，从而利用信息化带动工业化的进程。中国物联网核心网络是《中国仪器仪表信息化推进计划》的具体实施体现。目前在统一接口规范和数据属性标识分类编码等技术上已实现了突破，使统一物联网建设成为可能。具体而言：一是首次规范了仪器仪表等各类数据源设备的统一接口规范，依托相应的芯片技术可完成现有仪表各类输出接口的一致性转换；二是推出了在全球居于领先地位的数据属性分类编码系统[4]。

3.3物联网技术在煤炭行业的应用

将物联网技术应用于煤炭行业，即利用集成、互联、泛在的多元传感器（如γ射线、红外线、紫外线、同位素、微震、视觉、超声波、无线电波、激光、雷达等）及时检测出随采掘推进而变化的采场环境参量（应力、位移、结构、裂缝、流体、温度、湿度、瓦斯、粉尘、电磁等）；并利用多模式时空综合认知及空间数据挖掘理论与方法，借助云计算技术，实时进行数据融合、综合诊断、智能感知与隐患识别，以便及时进行灾害预警。利用云存储与云计算模式建立大型分析处理中心，还可进一步为全国各地的煤矿集中提供高效可靠的采矿安全分析、模拟计算、实时预警等信息服务[2]。

4结束语

分析了煤矿信息化技术存在的问题及其发展趋势，讨论了物联网技术及其在煤炭行业的应用。矿山物联网是一个开放的网络平台和应用平台，它应该尽可能地建立在现有矿山信息化建设的基础上，合理利用资源，并着力解决目前信息化建设存在的主要问题，为煤矿企业提供实实在在的帮助。

参考文献：

[1]张申,赵小虎.论感知矿山物联网与矿山综合自动化[J].煤炭科学技术,2012,40(1): 83-86,91.

[2]吴立新,汪云甲,丁恩杰,等.三论数字矿山——借力物联网保障矿山安全与智能采矿[J].煤炭学报,2012,37(3):357-363.

[3]王保云.物联网技术研究综述[J].电子测量与仪器学报,2009(12):1-7.

[4]马健.我国取得两大物联网关键性技术突破[J].物联网技术,2011(4):13.

[5]孙继平.煤矿自动化与信息化技术回顾与展望[J].工矿自动化,2010(6):27-30.

[6]钱建生,马姗姗,孙彦景.基于物联网的煤矿综合自动化系统设计[J].煤炭科学技术,2011(2): 73-76.

[7]沈苏彬,范曲立,宗平,等.物联网的体系结构与相关技术研究[J].南京邮电大学学报:自然科学版, 2009, 29(6):1-11.

[8]张申,丁恩杰,徐钊,等.物联网与感知矿山专题讲座之一——物联网基本概念及典型应用[J].工矿自动化,2010 (10):104-108.

[9]张申,丁恩杰,徐钊,等.物联网与感知矿山专题讲座之二——感知矿山与数字矿山、矿山综合自动化[J].工矿自动化,2010 (11): 129-132.