物联网技术在煤矿应急管理中的应用研究

摘 要：目前，我国煤炭安全生产形势依然严峻，煤矿企业应急管理水平普遍较低，物联网技术在煤矿应急管理中的应用将大大提升安全生产水平。文章结合物联网的技术特点和应急管理的客观规律，以“感知——预警层、网络——信息传递层、应用——应急处置层”三个层次为基本组织架构，探讨了基于物联网技术的煤矿应急管理主要内容。

关键词：物联网 煤矿 应急管理

中图分类号：F407.21 文献标识码：A

文章编号：1004-4914（2013）01-257-02

一、引言

煤炭作为我国最重要的能源之一，其安全生产状况备受社会关注。通过持续不懈的努力，煤矿的安全生产状况呈现出总体稳定、持续好转的发展态势。煤炭百万吨死亡率从2002年的4.94下降到2011年的0.56，下降幅度接近90%，但和欧美国家百万吨死亡率0.03左右的水平还有很大差距，安全生产形势依然严峻。如何加强煤炭生产事故预防，提高事故应急处理能力，实现应急管理的现代化和信息化，已成为煤炭生产企业迫切需要解决的问题。

物联网技术的出现，为煤矿应急管理水平的提升提供了契机。“物联网”也称为“传感网”，是指通过一系列技术手段如射频识别、传感、全球定位等，按照实际需要，不间断地采集物、人、环境的实时信息，通过各类可利用的网络和特定程序接入实现信息的有效传输和实时处理，实现智能定位、识别、监测、预警等功能的新兴网络技术，从而完成物与物、物与人、人与人之间的信息交互，最终实现人对生产全过程的智能化管理。目前，物联网已经在多种行业开始运用，在煤炭生产行业，已有许多煤矿引入了各类物联网应用系统，并取得了令人满意的效果。如2010年，黑龙江省龙煤集团七台河分公司运用物联网技术对物流仓贮中心进行管理，使物资管理实现了“实时化、可视化、透明化和一体化”，与2009年同期相比，生产材料新品投入减少6000万元，回收复用增加3000万元，储备金减少1290万元，周转天数减少10天，使企业产生了巨大的经济效益。

目前，已有一些专家学者对物联网在煤炭行业中的应用进行了研究，如吴立新、汪云甲等对如何运用物联网建设数字矿山的发展方向进行了探讨；张锋国、林曙光等对如何构建矿区物联网网络架构进行了研究；施祖建、汪丽莉等从行政执法、重大危险源、移动危险源等角度分析了物联网在政府监管上的应用，但如何运用物联网技术提升煤矿企业的应急管理水平方面的研究很少，应该引起广大专家学者的关注。

二、基于物联网的煤矿应急管理平台组织架构

根据物联网的主要技术功能和应急管理的主要构成阶段，形成技术层面与管理层面的相互对应，分为感知——预警层、网络——信息传递层、应用——应急处置层，如图1所示。

1.感知——预警层。感知层主要由各种传感器组成，可以准确采集人员、设备、环境等的实时数据，如人员位置、有害气体浓度、煤尘浓度、设备运行状况、煤炭开采情况、地下水位变化、顶板压力等。根据实际需要，各类传感器可以有效地分布在各个工作面，从而构建一个巨大的传感网络层，将采集到的数据通过网络层的通信模块传送至控制计算机，进行数据整理，为全面感知提供基础保证。预警是应急管理的首要阶段，指在危害发生之前，根据监测数据对比危险发生的临界值，判断灾害或事故发生的可能性前兆，向相关部门发出报警信号，以避免危害在不知情或准备不足的情况下发生，从而最大限度地降低危害所造成的损失的行为。物联网“感知技术”的发展可以使应急管理的预警能力大大提升，能够有效降低预警阶段人的失误率，提高对危险源监测的连续性和准确度，切实提升预警功能。

2.网络——信息传递层。物联网的网络层一般是指无线传感网络，是一种网络化信息系统，将分布式信息采集、传输、处理技术溶于一体，能够将各类传感器实时采集的信息通过无线通信网络传送到用户终端的数据库。随着云计算技术的快速发展，网络信息流畅传递、海量数据存储和快速信息处理能够以较低的成本得以实现，这也加快了物联网技术应用于应急管理的普遍推广。信息的全面、快速、准确传递和处理是应急信息管理平台建设的重中之重，是提高应急反应速度和科学决策的关键，是应急管理成功与否的决定性因素。

3.应用——应急处置层。应用层是对所收集的各类信息进行分析处理利用的各类平台和软件，是完成从“数据——信息——知识——决策”的智能演化。对于应急管理来说，有助于进行科学的应急处置。一般包含视频监控系统、设备监测系统、环境监控系统、人员管理系统、应急物资调动系统、应急通信系统、应急指挥系统、应急预案系统等。

三、基于物联网的煤矿应急管理主要内容

1.煤矿生产事故危机预警。从目前我国煤炭生产企业总体事故预测水平来看，总体水平较低，事故预测的及时性、连贯性、准确性较差，事故预警的临界参考基础数据缺乏或数据处理能力，事故预警的功能并没有切实实现。随着物联网技术和云计算技术的发展，上述问题将得到改变。第一，物联网技术解决了预警基础数据连续、全面、准确采集和传递的问题。丰富的各类信息，能及时发现事故发生的前兆，判断可能的发展趋势，为科学决策提供基础，提高预警的可靠性；第二，云计算技术的发展和普及，解决了对大量的信息的存储、计算及成本费用问题。

技术的发展使事故应急预警启动条件和临界变量阈值问题有望得以解决，预警变量阈值可以综合多方面因素，一是井下各种有毒有害气体含量，如甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氧气等；二是设备运行情况，如采煤机、水泵、风扇、等；三是各类生产环节状态，如电压、煤仓煤位、地下水位、空气温度、风速、负压、顶板压力等；四是人员工作状况，如违章操作、离岗等。预警的准确性、及时性会大大提高，突发事件的发生率会大大降低。这使企业事故应急管理工作的重心前移，从事故救援逐步转移到以防为主的感知预警。这对企业和社会都具有重大意义，大大降低了事故发生率，从被动应急救援逐渐转向主动的预警防灾。

2.井下人员定位及身份识别。目前，我国的多数煤矿生产设备落后，安全技术水平低，加之井下生产环境及其复杂，对井下人员的工作状态达不到实时掌握，经常出现事故发生后无法及时明确井下人员所处位置及身份的情况。这给应急预案的选择、救援决策制定及救援行为等工作都造成了严重障碍，导致错过救援的黄金时间，造成重点生命和财产损失。

通过基于物联网技术研制的各种煤矿人员定位系统可以很好地解决上述问题。功能上能够实现人员升降井考勤、限制区域报警、人员定位监控等，为井下人员的安全提供保证。一般人员定位及识别系统的硬件设计主要由计算机信息处理中心、基站和矿工所带的射频识别卡组成；软件设计主要包括基站与计算机信息处理中心，基站与射频识别卡的软件设计。系统的基本工作流程是井下基站会自动收集井下工作人员随身携带的射频识别卡信息，该卡具有唯一性，信号经过微控制器处理后，通过各类无线或有线网络将信息发送到地面计算机信息处理中心，通过相应软件平台使井上管理人员实时地了解井下人员状态，一旦发生危机事件，可以及时确定井下受困人员数量、位置及快速识别遇难人员身份，为提高应急救援效率、妥善进行应急善后处理打下良好基础。系统运行基本流程如图2所示。

2.应急救援物资科学调度。一旦煤矿事故发生，科学调度应急救援物资便成为应急管理现场处理阶段的核心工作之一，大量的煤炭生产事故应急救援经验表明，能否及时、合理、科学地对应急救灾物资进行企业内、部门间、地区间的调度，直接影响最终救援效率和效果，导致应急救援结果的巨大差别，应该成为煤炭企业应急救援工作研究的重点。

以射频识别技术（RFID）为核心的物联网技术已经进入了成熟发展期，它集成了无线通信、芯片研发与制造、标签封装、系统集成等技术，能大大提高应急救援物资调度的科学性，特别是在事故应急救援中的各类救灾物资、车辆、道路实施动态调度、数量监测、标准核实、实时监控、运筹管理等方面有重要的应用价值。为事故救援提供强有力的后勤保障。

4.应急救援辅助决策。事故的发生、演变存在着错中复杂的逻辑关系。要对危机事件进行快速有效应对，使损失最小化，就必须建立智能决策辅助系统。这类系统以各种信息为基础，以预警分析、事件分类分级、预案评估、预案选择、预案优化、资源调度等问题为对象，利用各种模型、分析方法、模拟技术等对有关数据进行科学处理，实现分析和预测功能，为决策部门提供依据。利用物联网技术及时获取事故相关信息并向管理部门快速报送，准确研判事故发展趋势和救援需求，可以使救援指挥决策人员及时掌握事故现场基本情况，实现事故一线救援与指挥中心的实时联络，改变决策者依靠自身经验和判断做出决策的现状，大大提高决策的科学性和有效性。

四、结束语

我国煤炭生产百万吨死亡率与发达国家相比仍然很高，原因之一在于我国的煤炭生产企业应急管理水平低下，物联网技术在煤矿企业应急管理中的应用让我们看到了改变这一状况的希望。通过物联网技术对各类信息的连续的感知、获取、传递和处理，使应急管理的预防、预警、现场处理和事后完善各个阶段的效率大大提升，对我国煤矿企业实现安全生产具有重大意义。

参考文献：

1.吴立新等.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（3）

2.张锋国，王宏岳.感知矿山——物联网在煤炭行业的应用[J].学术研究，2011（7）

3.施祖建，汪丽莉.物联网在安全生产领域的应用研究[J].能源技术与管理，2010（6）

4.张登宏.煤矿安全检测系统的物联网技术研究[J].煤炭技术，2011（12）

5.闫涛，吕丽民.物联网技术在企业安全生产中的应用[J].计算机技术与发展，2012（2）

6.高昆，马林艺，王丽.基于物联网技术的应急管理平台研究[J].产业与科技论坛，2011（10）

7.邹国辉，纪彬.物联网在煤矿安全上的应用[J].黑龙江科学，2010（1）

8.王昕，周廷振，赵端.基于物联网的井下人员实时定位系统研究与实现[J].煤矿机械，2011（12）

（作者单位：黑龙江科技学院 黑龙江哈尔滨 150027）

（责编：贾伟）