让煤矿生产更安全

如今，煤炭企业为了保证安全生产，不仅提出了各种管理方法，制定了多项管理制度，还投入了大量资金装备来提升其安全生产水平，但并没有形成有机的煤矿安全生产保障系统，还带来了逻辑上和功能上的条块分割。

由于历史原因和煤矿井下环境复杂性的约束，相比于其他行业，我国的煤炭行业综合自动化建设起步相对较晚。直到本世纪初，中国煤炭行业才掀起了煤矿综合自动化建设的高潮。

发展中的煤矿信息化技术

目前，综合自动化的说法尚未得到统一，不同研究人员提出了不同的看法，例如综合自动化、自动化、信息化、数字化等。但综合自动化的实践工作概况都相类似，即各个子系统设备进行联网及远程控制改造，建设一个覆盖全矿井的骨干通信网络，构建一个能实现全矿井各个系统数据接入及显示的软件平台。

在煤矿综合自动化阶段中，各研究人员利用PLC/单片机实现各个子系统设备的远程自动控制，软件平台也大都以国内外先进的组态软件为基础进一步开发定制。而在如何建设覆盖全矿井的骨干通信网络上，不同研究人员及企业进行了深入探索，总线技术、EPON（以太网无源光网络）技术以及工业以太网技术均被用来构建过全矿井通信网络与井下骨干通信网络。

而物联网的网络基础恰好是以以太网技术为核心的互联网，因此从网络角度而言，综合自动化阶段正好是矿山物联网的前期阶段。煤矿综合自动化的建设提高了煤矿的自动化水平，改善了井下工人的工作环境。

煤矿自动化水平的提高，一方面可降低部分由于人为误操作造成的事故，一定程度减少井下工作人员数量；另一方面，由于软件平台实现了各个系统的数据接入，生产管理人员可同时获得更多、更全面的实时、历史生产数据，从而能够更准确、更精细地进行生产指挥调度。

但目前的煤矿综合自动化建设基本还是停留在各个系统硬件互通、信息简单集中的层次。因此，煤矿综合自动化建设对煤矿安全生产水平的提升有限，同时各个系统互通联网后所产生的数据也未得以充分利用。此时物联网、大数据、云计算技术的提出则为煤矿综合自动化建设的后续建设思路和方法指引了方向。

提升安全性生产的种种思考

进一步提升煤矿安全生产水平，本质上就需要将矿井建设成一个矿山物联网。众所周知，煤矿生产是一个矿工、环境、设备紧密结合的活动，矿工的采掘生产改变和影响煤矿的井下环境，而环境的变化则影响着设备的运行方式，与此同时环境变化与设备的运行状态间接影响着矿工的生产活动和安全。因此，如果将安全生产看作是一个控制目标，就只有将矿工、环境、设备作为一个系统来加以控制，才可能达到和实现安全生产的目的，这就需要物联网、大数据与云计算共同助力实现。

利用物联网技术来构建矿山物联网，可以充分利用煤炭行业之外的大量研究成果，减少探索的时间和代价。例如，煤矿骨干网络到底是采用以太网技术还是总线技术，井下无线网络到底采用WiFi还是LTE，这些问题都可以借鉴通用的物联网技术的研究成果。

当各个煤矿的综合自动化建成后，就会出现数据爆炸的问题。在煤矿综合自动化前，一般矿井只配置了环境监测监控系统、提升机等重要设备监控系统及模拟式工业电视，所采集和保留的数据不多。而矿井进行综合自动化改造后，除了对环境监测监控系统扩容、工业电视数字化之外，大量的数据被监视和记录。例如井上、井下变电所各个开关的电压、电流、功率数值，通风的运行监控值，井下泵房中泵和水位的运行值，井下胶带运输的监控参数等。这些数据都具有大数据的“4V”特征。可以预见，当矿山物联网所覆盖的子系统越来越多，数据规模必将进一步膨胀。因此，提升安全水平需要使用大数据技术来应对矿山物联网大数据所带来的挑战。

煤矿综合自动化对煤矿安全生产水平提升作用有限的最主要原因，就是只对数据进行了显示和归类，对数据的内在联系与内在价值挖掘不足。而矿山物联网建设后，数据越来越丰富，让机遇和挑战并存。因为数据越多，数据所隐含的内在关系也就越清晰、越容易发掘。特别是对煤矿井下环境、灾害、人员活动高度耦合的大系统而言，数据越多，灾害预警模型维数也就可以更高，预警预报也就越准确，而高维的灾害预警模型需要计算能力高且具有弹性的云计算技术提供计算支撑。

除了关注物联网、大数据及云计算技术自身所需要研究的问题外，还不可忽视统一技术标准的制定。云计算的美好前景让传统IT厂商纷纷向云计算方向转型，但是由于缺乏统一的技术标准，尤其是接口标准，各厂商在开发各自产品和服务的过程中各自为政，这会为将来不同服务之间的互连互通带来严峻挑战。

建设矿山物联网，利用云计算对大数据进行挖掘和处理的最终目的是提高煤矿安全生产水平。而对数据的建模、分析、挖掘直至安全预警不可能仅仅依靠计算机程序完成，而是需要众多理论实践经验丰富的实践参与到过程中。因此，是否需要专门从事煤矿安全的数据网络运营商，以及是否可以在全煤炭行业建立一个类似淘宝网一样的提供煤矿数据分析服务的运营商，这些问题将是目前急需解决的方向性问题。

物联网、大数据及云计算技术作为时下互联网领域最热点，在各行各业均得到突出的重视与积极的应用，在不远的将来应该也必将成为提升煤矿安全生产水平的重要技术手段之一。与其他行业相比，煤炭行业的综合自动化阶段稍稍落后，因此，煤炭行业更应该抓住时机让技术发展愈发成熟。

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以太网技术指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范。使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测技术）技术，并以10Mbps的速率运行在多种类型的电缆上。确切说以太网不是一种具体的网络，是一种技术规范。

以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10～100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆10 Base T。以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的技术之一。直扩的无线以太网可达11Mbps，许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信，开放性最好。