物联网与煤矿安全.doc

物联网给煤矿安上“智慧眼”记中国矿业大学感知矿山技术助力安全矿山建设 编者按：温家宝总理在视察国土资源部座谈会上一语中的地指出，世界科技创新正在为改善资源利用创造新的空间，而我国的国土资源工作却面临着科技创新能力不强的重大压力。对此，温总理也明确地向地质科研工作提出要求，要大力推进科技创新，加强科技支撑能力。地质事业，特别是煤炭开采工作是一项技术密集型工作。因为，煤炭生产的安全与否直接决定着矿井工作人员的生命安危。面对频发的矿难悲剧，科研工作者更该谨记总理的话，加强科技创新，推进地质工作信息化建设。本文介绍的中国矿业大学物联网感知矿山技术，正是顺势而生，在矿业科研工作中为同行们树立起了一座值得学习的标杆。走进徐矿集团夹河煤矿调度室，打开感知矿山物联网GIS3.0系统，11个子项目就像树枝一样弹了出来。人在哪，物在哪，电机的温度、流量、压力等各种信息数据，都可以通过拖动鼠标看到。9月中下旬开始至今，在中国矿大物联网（感知矿山）研究中心和中矿智慧物联网科技公司的努力下，感知矿山物联网示范工程一期项目已经成功试运行近20天。物联网催生感知矿山矿难、矿难、又是矿难！令全国人民揪心的矿难更令一所因矿而生、依矿而强的大学中国矿业大学感到了莫大的压力与责任感！“煤矿出事故，我们很内疚，从校领导到普通老师，从院士、教授到学生，最近几年，大家都在思考和研究怎么将矿难系数降到最低这个问题。”一见面，中国矿业大学校长葛世荣就告诉记者。而2009年国务院总理温家宝在无锡视察时的讲话则给中国矿业大学一个很大的契机。当时，温总理指出：“每一次大危机都会催生新技术，而新技术诞生也是使经济、特别是工业走出危机的一个巨大推动力。计算机和互联网产业大规模发展时，我们因为没有掌握核心技术而走过一些弯路。在传感网发展中，要早一点谋划未来。”“温总理的话给了我们学校很大启示，我校长期对煤矿传感技术及自动化有着深入研究，当时我们想，如果我们把物联网技术应用于矿山，不就等于给煤矿安装了一双智慧眼吗？不就可以解决目前煤矿生产与管理的监测、监控、调控等一揽子问题吗？”葛世荣告诉记者。很快，中国矿业大学集中8个学院相关的科研力量并联合徐州市政府进行了科研攻关。2010年3月14日，徐州市和该校签订了中国矿业大学感知矿山工程研究中心协议并成立了中国矿大物联网（感知矿山）研究中心。依托这个中心，8月10日，中矿智慧物联网科技股份有限公司成立。11月14日，国家安全总局和煤监局通过了感知矿山的物联网示范工程的技术方案，这是国际上第一个相关的技术方案。今年9月，在徐州煤矿局的夹河煤矿建立起第一个感知矿山的示范中心，并于20日正式运行。2013的6月，感知矿山的技术将在全国煤矿推广。感知能力服务环境检测相关人士告诉记者，只要拥有终端设备，任何人在任何一个地方都可以随时知道煤矿中每个人所处的环境、每台设备的运行状况，只需轻点鼠标，就可以完成一个煤炭开采的全过程；只需一个耳机，不需时时查看也能提前得知灾害预报信息。这是中国矿大物联网（感知矿山）研究中心的核心目标，也是中国矿大集中力量科研攻关怎样集成矿山自动化、信息化和数字化于一体的关键所在。“和传统的矿山自动化和数字化相比，我们主要是增加了一个感知层网络。这层网络的增加，从表面来看只是结构的简单变化，但是实际内容却发生了巨大的变化。通过一种物联网关键技术微机械传感器，这个感知会像人体的神经系统一样，使得井下各个独立的结构能够连接起来。”中国工程院院士、中国矿业大学副校长、中国矿大物联网（感知矿山）研究中心主任刘炯天向我们介绍。“当然，光有这样的感知还不行，所有的信息必须经过云处理，才能输出一个管理的指令，才能将周围的其他个体与环境协调起来。”他还向我们播放了效果展示视频。画面中，煤矿工作人员每人都随身携带一个小巧的个人安全信息终端，这是感知个人周围安全环境、构成主动安全的重要设备，它综合人员定位、安全环境监测的共同信息终端，实现对人员的实时跟踪和信息联络，遇到紧急情况，随身携带的仪器及时显示出合理的逃生路线。多个传感探头对矿井综采工作面、主运输、通风、提升、井下排水、光电、选煤等关键设备的运行情况、健康状态、共存状态进行实时感知，还可以对设备进行检测，显示采煤机运行速度、采高、位置等参数以及液压支架的前柱、后柱、前梁情况。这些数据在地面任何一个有网络传输的地方随时都可以查看。刘炯天在实验中心调取了徐州夹河煤矿井下的皮带运输机和操作台的工作情况和安徽淮北煤矿各个探测点的瓦斯含量情况，机器和矿工的工作状况，环境参数比如温度、湿度、瓦斯浓度都清晰地显示在屏幕上。但是，刘炯天告诉我们，深入地下的感知并不是我们想象的那么容易，因为从测量或者从地质这方面讲的话，一深入到地层它就变成一种模糊的、不确切的信息。所以从煤矿安全的角度出发，中国矿大物联网（感知矿山）研究中心目前着眼于人、机器、环境即感知灾害、感知人员、感知设备。“感知矿山灾害风险，实现各种灾害事故的预警预报；感知矿工周围安全环境，实现主动式安全保障；感知矿山设备健康与环境状况，实现预知维修，这是我们的目标。”刘炯天说。感知矿山重在智慧目前，示范工程一期项目在地面就可以知道井下人员、矿车、温度、湿度、一氧化碳含量、甲烷含量、矿井气压、风速等相关信息。井下的水泵何时开启、变电所如何工作，煤矿机电科工作人员都能在地面以无线远程遥控操作，做到无人值守，但这不是最终目标。“我们现在仅仅在示范工程内安装了72个节点，最终我们要安装200多个节点，我们的感知不仅仅为矿山安眼睛、耳朵，更重要的是安脑子，这就是智慧处理，形成智慧矿山，这是物联网技术在煤矿应用的终极意义。目前，最突出的表现就是不但要能对灾害做提前报警，还要能根据矿井情况指导工作人员逃生。”中国矿大物联网（感知矿山）研究中心副主任丁恩杰介绍。他还给我们举了一个例子。他说：“现在煤矿机器设备往往都是定期检修，或者在一个部件出现不良状况之后就拆卸设备进行检修。而我们提出的概念是一种健康状态的感知，其意思可以用人做体检来形容，我们的智慧系统通过机器的一些外部工作状况的体现，加以数据分析，就可以知道这个设备是否处在健康状态，哪个部件可能会出现一些问题，特别是设备的什么部件需要更换，什么部件需要检修等等。”目前，中国矿大物联网（感知矿山）研究中心努力构建的智慧系统包括：1个智慧化的监督体系；2个突破性技术，就是井下人员的定位技术和井下网络；3个安全自动系统包括排水、通风和井下应急救援；4个无人化的操作装备，就是采煤、掘进、运输和供电都要实行无人化。“在煤矿井下，原来设备主要是由人操作，将来通过智慧手段，我们实现让智慧眼监督设备，让智慧脑指挥设备，说白了就是让设备指挥设备。这样，原来井下也许需要几百人，但现在只需几十人。原来，工作人员要经常深入矿井一线检查，现在在地面上就可以了解得清清楚楚。”丁恩杰解释到。“当然，面对大量的信息，没有人或者单个终端会有能力处理，我们也引进云处理的概念，特别是当这项技术在全国煤矿推广时，我们需要的是云处理，因为这个网络上每个处理器都是我们共享的对象，我们会在这些数据上经过筛选最终给决策者以最为简短和精确的信息，这是智慧矿井非常重要的一点。”丁恩杰说。感知矿山赢在实用基于物联网，美国提出建立“智慧的地球”，我国在上海、无锡等一些地方也推广了智能家居、智能医疗等，但这些似乎是叫好不叫座。很重要的一个原因就是推广成本太高，用户兴趣并不大。但是，恰恰从这一点看，感知矿山物联网可能要比这些应用更好。丁恩杰说：“这其中有两个原因，第一，感知矿山在煤矿井下，空间有限，覆盖的网络投资不大。第二，在地面应用物联网往往是市场工程，政府行为，实际用户并不感兴趣。但感知煤矿不一样，从安全角度来讲是国家发展的需要，是保障人民生命财产安全的需要，从市场的角度讲，是企业安全生产、高效生产的需要，这是企业的刚性需求。所以，感知矿山和感知地面相比，从发展前景来看，前者可能会走在前面。”江苏中矿智慧物联网科技股份有限公司董事长张福生也告诉记者，感知矿山物联网将打破物联网应用初期那种功能单一、网络独立、数据私有、缺乏标准的现状，真正按物联网所要求的开放、标准、物与物互联的方式，采用适当的矿山物联网模型架构，规范应用模式，统一数据描述方式，加强标准建设，按照统一规划、整体设计、分步实施的原则进行。此外，中国矿业大学党委书记邹放鸣告诉记者，感知矿山物联网应用层将对各种不同系统的数据进行信息融合，除用于对矿山各种生产与安全子系统的监测与