基于物联网的煤矿井下监测网络平台关键技术研究

张涛

摘 要：物联网在现代网络中的应用比较广泛，其主要在物品识别、定位以及跟踪监控等方面被广泛应用。煤炭行业是物联网应用领域之一，其对煤矿生产有着积极的作用，本文就基于物联网的煤矿井下监测网络平台展开研究，重点研究了矿山系统架构、应用模型以及监测平台等内容，希望能够为煤矿井下作业的智能监控奠定基础。

关键词：物联网;煤矿井下监测网络平台;关键技术

【中图分类号】TD76 【文献标识码】A 【文章编号】1674-3733（2020）02-0205-02

不同地区的煤矿开采情况不同，使得煤矿生产中存在一些安全隐患。对此，煤矿生产开始加大力度建设安全生产监测系统，利用物联网技术建立全面的煤矿安全生产感知系统，用于感知矿区人员、周边环境和设备运行等情况，实现自动化监控，确保煤矿开采的安全和高效。

1 物联网下智能矿山系统架构概述

智能矿山系统主要用于感知矿山，感知矿山是利用传感器、计量器以及摄像头等设备监控矿区内的人员、设备淤环境，凭借物联网实现全面覆盖监控，建立以网络、感知和应用三个层次为一体的感知矿山系统。系统结合了信息感知技术、信息传输技术以及信息处理技术等多个技术，实现全面的感知矿山目的[1]。对于感知矿山物联网平台而言，其实现了井上和井下的网络全覆盖，对矿山的设备、人员以及环境、工况等进行感知，随着感知应用的扩大，各种技术也逐渐规范、标准。

2 感知矿山应用模型

物联网的目的就在于应用，作为物联网在煤炭企业的应用表现，感知矿山使得物联网的应用更加具体。数字矿山、煤矿综合自动化等应用，使得感知矿山的物联网建立势在必行。感知矿山应用模型如图1所示。

2.1 感知和控制层

该部分是由感知网络与主要传输网络共同构成的。其中主要网就是煤矿井下监测控制系统中涉及的数据、视频和通信语音信息通道，基于此，建设煤矿安全生产调度指挥和综合信息集成系统，实现井下安全作业的统一指挥监控。煤炭综合自动化中的主要网络一般运用的是防爆1000M的环网或以太网，受到感知和控制层主要网络使用者的影响，该网络形式也可以被作为主要网络，但是其在运用时需要注意遵循协议数据、语音以及视频等信息要在主要网络内传输，并凭借特定的诊断工具在最短时间内对网络故障点进行诊断确定，进而重新建立网络，确保网络能够正常运行[2]。

而感知网络则是各种无线网络，其用于风险感知预警、生产设备感知监控、人员安全环境感知保障等方面。煤矿生产中所面临的灾害比较多，尤其是有害气体瓦斯会引发爆炸，进而引发一系列的灾害，造成严重的事故。而这些灾害无法使用固定传感器检测，需要御用移动分布传感器对各种物理量进行及时准确的监测，进而实现提前感知预警。同时，感知网络还能够对煤矿生产中设计的巷道挖掘、煤矿开采等移动轨迹、地点、工作情况的感知。

2.2 信息集成和MES层

信息集成平台集合了高端服务器、数据库、集群系统以及音频、视频服务器，并利用宽带网络中的通信技术构成的网络系统平台，其主要用于信息收集整理，并实现信息共享。MES层则属于信息管理系统，内部包含多个管理员站，各个管理员都会进行瓦斯监控、采煤监测、运输监控、通风排水等监控，同时掌握系统中与生产相关的信息，为生产决策的发布起到参考作用[3]。MES提高了煤矿的自动化生产和管理，同时也提高了生产中的异常事故反映能力。

2.3 决策和应用层

该部分采用了计算机、网络以及通信等技术，利用企业信息门户以及知识管理等关键技术集成手机平台系统，使煤矿安全生产信息实现了数字化、信息化以及标准化，并建立了安全生产的综合监控信息平台，综合集成各子系统，凭借腺癌技术收集各种信息，将信息集成，加工整理各种信息，以满足管理需求。

3 基于物联网的煤矿监测网络平台

3.1 网络平台开放

煤矿井下自动化系统、分布式传感器与执行器的接入十分明确，如图2所示，使用1000M的以太网，系统各环节监控传感器与执行器经由监控站与工业总线主要网络连接起来，该网络通过固定布置实现相对集中的监控，对于井下的变电所、水泵房以及主媒流胶带运输等地方实现了集中监控。

3.2 井下感知平台

井下环境复杂，涉及的设备和建设比较多，受感知对象众多，需要构建全面的井下感知平台，其依托1000M主要网络，将无线基站和交换机设备连入到以太网，但是，受到巷道恶劣环境和条件的影响，网络延伸通过延长器与分支交换机相连，交换机利用光线与井下骨干网相连接，之后与井上骨干网相连接，将生产过程、设备检测等信息传输到地面指挥中心。如图3所示。

3.3 无线覆盖设计

井下无线覆盖需要使用本安交换机、网络延长器以及光纤耦合器、无线基站等设备。无线基站主要布置在井下巷道和采煤工作面地区，交换机与网络延长器或光纤耦合器连接，将接收的信息传输到交换机中，之后利用光纤耦合器与井下网络连接，实现信息传输[4]。井下网络收集的数据用于井上网络设计，依据应用选用服务器，利用无线定位和无线数据控制这两个服务器通过核心交换机与地面骨干网络连接，实现井下系统的管控，确保信息能够实现实时传输。如图4所示。

結束语：煤矿安全生产对企业而言是十分重要的，企业为了降低煤矿安全事故发生率，采取了各种措施提高煤矿安全生产。通过本文研究可以发现，物联网对煤矿安全监控而言起着重要的作用，基于物联网构建的井下矿山煤矿井下监测网络平台能够实现井下作业的全面监控，保证煤矿安全生产。

参考文献

[1] 宋婧.基于物联网的矿井机电设备状态监测关键技术探究[J].电子测试，2015（11）：99-100.

[2] 靳伟峰.煤矿安全监测系统物联网技术研究[J].山西煤炭管理干部学院学报，2018，031（004）：46-48.

[3] 宋婧.基于物联网的矿井机电设备状态监测关键技术探究[J].电子测试，2015（11）：99-100.

[4] 梁建辉，陈彦涛，左旭堃.基于物联网的智慧矿山综合监控系统应用研究[J].能源技术与管理，2013（01）：149-150+171.