天地（常州）自动化股份有限公司 汤利平

中国煤炭资源丰富，是产煤大国，同时也是主要煤炭出口国。煤炭在我国工业能源，电力能源占很大比重。在中国经济发展中有着很重要的作用。但目前，我国大部分煤矿产业结构传统，信息化程度低，技术落后，在煤炭生开采生产以及煤炭运输销售过程，不能集中优化管理。物联网作为一种新型信息管理管理监测技术，势必会对煤矿产业起到推动作用，也会在煤炭产业中得到推广和应用。

一、物联网（Internet To Ting）

物联网，是一种基于互联网、传统电信网等信息载体，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，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。其本质意图，就是将物理对象，通过协议标准信息化，实现物理对象信息的互通。

物联网技术架构为，应用层、网络层、信息采集层、编码层。

应用层：是构建在物联网上的应用系统，包括具体应用问题，譬如物流、生产管理、事故处理等等

网络层：是指信息流通网络。可以是光纤网络，无线网络和传统的电信网络。可以是互联网、无线网络以及传统的电信网络。

信息采集层：数据采集指通过条码、射频识别、无线传感等等自动识别，以及近距离通信技术获取物理对象编码信息的过程。

编码层：具体而言就是物理对象数字化表示，将物理对象信息化。这就需要一套特定的基本标准和协议。

二、煤矿物联网的特点

煤炭是我国利用最多的不可再生能源。尽管露天开采是相较安全高效的开采方式。但是大部分的煤矿层都是远离地表，无法直接采用直接露天开采的开采方式。我国采用地下开采占煤矿生产的90%左右，地下开采通常采用房柱法，在矿坑内构建矿井。

煤矿生产方式、生产环境、生产管理具有特殊性。物联网在应用煤矿产业过程中就要与煤矿的特殊性相匹配。因此煤矿物联网的特点有：

（一）由于煤矿井下有瓦斯等可燃气体以及煤燃料等不安全因素，在电气设备方面有着严格要求，物联网的电气设备需要特别的防爆型设置。并且要求物联网体统中设备电耗功率小，电路中电流电压也不能超过最大允许值。

（二）煤矿井下，空间结构呈树形分布，空间结构复杂，有大量的遮掩体，巷道弯曲、分支等等，导致电磁波传输衰耗大，无线网络不能覆盖全部覆盖，信息传输需要依靠大量布线实现。

（三）煤矿井下环境特点不同，电机设备相对集中，电压、功率变动大，有严重的电磁干扰，传感器要抗干扰能力强。

（四）物联网的网络结构要与矿坑空间结构相匹配，多采用树形结构。由于矿井长度大，物联网井下电缆，光缆需要敷设很多，需要很大的前期投入。此外物联网系统维护成本也会上升。

（五）煤矿井下，工作环境相对较差，同时电气防爆和减少维护成本角度考虑，信息传输中间装置数量有限制，当传输距离较远时，要保证信息传输质量，需要相应技术配置。

（六）矿井事故率相较很高，巷道的破坏，顶板冒落等等会造成局部电气设备损毁，此时要求煤矿物联网系统要有稳定性能，在部分故障时，其余功能继续使用，不会发生系统瘫痪，造成生产事故。

（七）煤矿井下，除瓦斯等爆炸性气体危害外，还有腐蚀性气体、煤粉、潮湿等状况，物联网系统设备要有良好的防护手段，以及设备自身恶劣环境抗性。尤其在信息采集层，各传感器的防护能力要保质保量

（八）煤矿井下作业空间有限，煤矿物联网辅助生产，不能占用过多的生产资源和空间，设备体积质量要小，方便使用安装，不能妨碍正常生产工作。

（九）煤矿物联网是信息的采集加工处理于一身的安全生产、管理生产系统，需要有一套明确的、行之有效的标准制定，包括物理对象信息数字化、评判标准建立、以及逻辑判断模式的构建。并且基于不同矿井条件，应有一套柔性可调的系统软件配备。

综上所述，由于煤矿地下开采的特殊性，制约着物联网的发展。需要根据煤矿具体要求，配置合适的物联网系统。

三、煤矿物联网的关键技术

物联网系统的关键技术主要包括标示物理对象的射频（RFID）技术及技术标准，感知物理对象的传感技术，判断物理对象的逻辑功能开发，和整个物联网系统集中优化管理的模型开发。

针对具体的煤矿井下条件，无线传输衰减强，电气防爆要求高等。物联网系统也要与之相匹配。并且根据煤矿井下的特殊性和煤矿安全生产的要求。要地具体技术进行攻关。煤矿物联网的关键技术有以下几个方面：

（一）煤矿井下设备多，处理逻辑复杂，信息编码，传输，处理等需要标准指导。生产中采煤设备、电气设备、传输设备、井下通风系统、安全监测设备、生产管理设备、人员定位系统等等，众多的信息需要一套信息编码、传输、逻辑分析标准的建立。

（二）煤矿生产中，大型设备，例如掘进机、采煤机、传输机、通风机、移动电站等等，其正常运行是煤矿生产的基础。煤矿物联网系统需要对关键大型设备生产使用全程监控，高效实用设备。并建立设备档案，做好设备维护保养。

（三）煤矿安全问题一直存在，物联网的井下人员定位系统，可以有效的管理井下作业，在事故发生也可以有效预警，帮助被困人员定位，减少救援时间，并且系统监控为是事故分析总结提供了依据。

（四）自动井下作业技术的开发。目前采煤工作面不能做到无人化，需要工作人员的实际井下操作。物联网为自动化无人作业提供了机遇，在信息采集、可视化的基础上，需要研究煤矿识别技术以及掘进机、采煤机、传输机协同精确作业技术。以实现地面操作，井下自动作业的技术。

（五）煤矿事故，危及人员生命安全和生产安全，会造成重大损失，急需有一套预警机制。物联网煤矿事故预警机制主要能针对瓦斯、火灾、漏水等灾害预警。这就是要求对于灾害预警方面，物联网安全监控方面的提高。

（六）煤矿物联网系统扩展型建设的研究。煤矿物联网系统模型是固定的，但是煤矿在生产过程中，不断伸延，物联网系统也要随之硬件扩展。目前有三维造型等手段，极为适合煤矿生产应用，在生产过程中积累的数据也可不断丰富数据，这种研究会使生产方便，对于事故处理等等也会极为有益。

中国的物联网技术发展有一段时间了，在煤矿中的应用也不乏实例，但是目前还比较单一，系统应用层扩展不足。物联网基础是网络技术，但是应用的核心是集中优化管理。在煤矿物联网系统中，切实的提高煤矿安全生产，提高生产效能是关键标准。

四、结束语

目前，我国物联网技术标准不完善，相关的技术及技术衍生还没发展起来。煤矿物联网还停留在数据采集的应用扩展，没有达到集中优化的自动化管理的程度，但是物联网理念的优越性是想而易见的。创新是指把一种新的生产要素和生产条件的“新结合”引入生产体系。煤矿物联网就是这样的一个创新，其通过物联网新科技手段，最终使煤矿行业管理和生产得到优化，为煤矿的效率管理、安全生产、高效生产打下基础。这也将为煤矿产业添加新的助力，同时为煤矿产业带来一场新的科技浪潮。

[1]孙继平.煤矿物联网特点与关键技术研究[J].煤炭学报,2011,36(1):167-171.

[2]袁清国,于忠阳,魏民.物联网技术在煤矿的应用研究[J].山东煤炭科技,2011(5):138-139

[3]孙彦景,钱建生,李世银,窦林名.煤矿物联网络系统理论与关键技术[J].煤炭科学技术,2011(02):15-17.

[4]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(02):22-25.