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面向煤炭精准开采的物联网架构及关键技术

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资料介绍

在剖析煤矿生产物流系统存在问题的基础上,围绕煤炭精准开采科学构想和矿山物联网发展现状,提出了面向煤炭精准开采的物联网概念及内涵,凝练出其5种关键技术,即多源信息智能感知、多网融合传输、多参量信息分析处理、基于云技术的灾害监控预警、矿井灾害应急救援;指出基于透明地球的煤炭精准开采和基于物联网的智能感知是实现未来无人矿山的两大技术体系,其中精准开采是技术核心,物联网是技术保障;以煤矿动力灾害精准预警物联网为例,阐述了其包含感知层、网络层、应用层和公共技术的体系架构,并介绍了其工程应用,为实现煤炭精准开采科学构想提出了技术路径.

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工

化

第43卷第10期

2017年10月

矿

自

and Mine Automation

动

v01．43 No．10

Oct．2017

Industry

文章编号：167卜251X(2017)10—0001—07

DOI：10．13272／j．issn．1671—251x．2017．10．001

面向煤炭精准开采的物联网架构及关键技术

袁亮1’2’3

100083；

(1．中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室，北京

100083；

2．中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院，北京

3．安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南232000)

摘要：在剖析煤矿生产物流系统存在问题的基础上，围绕煤炭精准开采科学构想和矿山物联网发展现

状，提出了面向煤炭精准开采的物联网概念及内涵，凝练出其5种关键技术，即多源信息智能感知、多网融合

传输、多参量信息分析处理、基于云技术的灾害监控预警、矿井灾害应急救援；指出基于透明地球的煤炭精准

开采和基于物联网的智能感知是实现未来无人矿山的两大技术体系，其中精准开采是技术核心，物联网是技

术保障；以煤矿动力灾害精准预警物联网为例，阐述了其包含感知层、网络层、应用层和公共技术的体系架

构，并介绍了其工程应用，为实现煤炭精准开采科学构想提出了技术路径。

关键词：煤炭精准开采；矿山物联网；煤矿生产物流系统；煤矿动力灾害；智能感知；多网融合；精准

预警；应急救援

13：38

网络出版时间：2017一09—27

中图分类号：TD76／82

文献标志码：A

网络出版地址：http：／／kns．cnki．net／kcms／detail／32．1627．TP．20170927．1338．001．html

Framework and

of Internet of

for

coal

precision mining

key techn0109ies

things

YUAN

Lian91· 2· 3

and

Resources，China

UniVersity

for Precise

Key Laboratory

Mining

Intergrown Energy

(1．Beijing

of Resource and

and

Safety

Engineering，

100083，China；2．School

Mining

Technology(Beijing)，Beijing

100083，China；3．School

and

China

and

University

Mining

Techn0109y(Beijing)，Beijing

of Science and

Mining

232000，China)

Techn0109y，Huainan

University

Safety Engineering，Anhui

the basisof

of coal mine

production

Abstract：on

logistics system，concept

and five

were

proposed

analyzing existing problems

of Internet of for

things(IoT)

by summarizing

coal

and connotation

precision

mining

key

and

were condensed

scientific

coal

precision mining

conception

deVelopment

technologies

multi—network fusion

and

mine

which were

of multi—source information，

intelligent perception

IoT，

information

analysis

and

processing，disaster

monitoring

early warning

transmission，multi-parameter

was

out that

coal

and mine disaster

rescue．

based

cloud

emergency

pointed

precision

techn0109y

transparent

on IoT

two

were

or technical

earth and

based

intelligent perception

maj

mining

收稿日期：2017一09一01；修回日期：2017一09一14；责任编辑：李明。

基金项目：国家重点研发计划资助项目(2016YFc0801400)；中国工程院重点咨询资助项目(z015一xz_15)；国家自然科学基金资助项目

(51427804)。

作者简介：袁亮(1960一)，男，安徽金寨人，中国工程院院士，E_mail：．com。

引用格式：袁亮．面向煤炭精准开采的物联网架构及关键技术[J]．工矿自动化，z017，43(10)：1—6．

of Internet of

key techn0109ies

for

coal

and Mine AutomationI

mining[J]．Industry

YUAN

and

things

precision

Liang．Framework

2017。43(10)：卜6．

万方数据

2017年第43卷

IoT was

core，

工矿自动化

coal

was

techn0109y

and

to realize future unmanned

mining， precision

warning ^{of coal}

disaster

precision early

mining

systems

mine as an

IoT for

technical

example，

and

layer， application layer

guarantee． Taking

dynamic

was

network

which

its

framework

layer，

system

expounded including perception

directed

route for

technology

and its

was

introduced，

public technology，

coal

engineering application

precision

mining．

coal

Internet of

mine

production logistics system；coal

things；coal

Key words：precision

mining；mine

mine

multi—network fusion；

disaster；

precision early warning；

dynamic

intelligent perception；

rescue

emergency

2。，

接导致了动力灾害预警的盲目性和不确定性[2卜2

但不容回避的是目前矿山物联网仍普遍存在信息孤

岛、系统封闭、异构融合、标准滞后等问题[2引，亟待

协同攻关，开展煤矿动力灾害监控预警方面的研究。

本文在剖析煤矿生产物流系统存在问题的基础

上，结合煤炭精准开采科学构想和矿山物联网发展

方向，论述了面向煤炭精准开采的物联网概念及内

涵，并以煤矿动力灾害精准预警物联网为例，阐述了

其架构及关键技术，并介绍了其工程应用，为实现智

能无人矿山开采提出了技术路径。

引言

近年来，随着德国“工业4．O”、美国“AMP2．O

(先进制造伙伴计划)”和“中国制造2025”战略n1的

提出，一种新型的工业发展模式初露端倪，并将引导

全球工业与信息技术的深度融合，给工业发展带来

新一轮的产业革命。作为“工业粮食”的煤炭行业，

信息化的发展极为重要。自20世纪80年代以来，

中国煤矿在机械化、自动化、信息化和数字化等方面

取得了举世瞩目的成就，特别是在矿井灾害预警与

防控、煤与瓦斯共采、煤与共伴生资源精准协调开发

等领域取得了重大突破[2’6]，为煤炭安全高效开采做

出了巨大贡献。

1煤矿生产物流系统存在问题

煤炭生产主要包括采掘、运输、通风、排水、洗选

及其他辅助工作。从本质上讲，煤炭生产全过程就

是一个完整的物流系统，物流系统的效率直接影响

煤矿企业的整体效益。虽然中国煤矿综合机械化水

平得到了大幅度提高，但生产物流系统仍存在以下

问题。

随着信息技术在中国矿山领域应用范围的不断

扩大[7]，1999年吴立新等[8呻3提出了“数字矿山”的

概念，2010年张申、丁恩杰等[1叩提出了“感知矿山”

的概念，指出感知矿山是数字矿山、矿山综合自动化

等概念的升华，感知矿山的核心问题是通过对矿山

灾害征兆、矿工周围环境和矿山设备状况的“3个感

知”，实现减灾保安全。随后又有人提出“智能矿

(1)系统效率低，安全可靠性差。中国煤矿平

均生产效率远低于发达产煤国家。据统计，美国

2014年煤矿生产效率为5．96 t／(人· h)，澳大利亚

2013—2014年为4．5 t／(人· h)，而中国国有重点

煤矿不到1 t／(人· h)，且中国煤矿生产物流系统事

故占煤矿事故总数的40％，远高于瓦斯事故。在煤

炭生产中，物流成本约占总成本的30％～80％，辅

助运输工人人数约占井下总人数的30％～50％。

可见，煤矿生产物流系统的低效率严重制约着煤矿

企业的经济效益。

山”、“智慧矿山”等概念[1卜12]。许多学者对矿山物

联网的应用开展了深入研究，中国矿业大学物联网

(感知矿山)研究中心在该领域取得了诸多研究进

展[13‘1“，为实现矿山信息化、保障矿山安全高效开

采奠定了一定基础。笔者结合煤炭开采面临的挑战

和现代信息技术发展方向[1}17]，于2017年1月提出

了煤炭精准开采科学构想[181，2017年8月国内矿业

类相关高校、著名企业及研究机构，共同发起成立了

“煤炭安全智能精准开采协同创新组织”，为实现煤

炭精准开采从科学构想变为理论和技术迈出了坚实

的步伐。

(2)传统辅助运输方式仍占主体地位。煤矿辅

助运输方式主要有轨道运输和无轨运输两大类，运

输设备主要有电机车、单轨吊车、卡轨车、无极绳绞

车、齿轨车、无轨胶轮车等。矿井的运输监控系统基

本实现了车辆运行状态监测，但运输设备未实现辅

助(无人)驾驶，对矿用物资流的管理信息化水平低。

目前辅助运输仍以多段分散落后的运输方式为主，

然而，随着煤炭资源开采深度和开采强度的增

加，冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害已成为国内

外煤矿开采领域面临的主要灾害之一[1^9’20|。灾害

前兆信息采集传感、传输、挖掘辨识技术的落后，直

万方数据

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