基于物联网的绿色矿山建设技术研究与应用

张森森

（建平县自然资源局，辽宁 朝阳 122400）

绿色矿山建设代表着先进生产力的发展方向，是实现煤炭工业高质量发展的重要支撑，已经在煤炭行业形成广泛共识。绿色矿山是基于现代智慧理念，将物联网、大数据、人工智能、机器人、智能装备、5G等与现代煤炭开发利用深度融合，形成矿山全面感知、实时互联、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统，全面打通“人、机、环、管”之间的障碍，实现矿井开拓、采掘、安全、运输、通风、洗选、经营管理、绿色环保等全过程智能化运行。

1 基于物联网的绿色矿山建设技术

1.1 无线射频识别技术

这种技术主要是基于识别芯片的非接触式自动识别技术，可以直接的通过无线电信号对数据进行识别以及读写，不需要人员进行接触。在2012年，由Rabaey等人提出鲁棒定位算法，并引入置信度等来提高定位的精确性，之后，由王亚琴等人根据RFID技术作为核心，结合了物联网技术与井下人员监测定位系统。该技术经过多年的发展，成功实现了对工作人员进行定位、监测和预警。在绿色矿山中，下井的工作人员必须佩戴相应的远距离作业卡，该卡每隔一段时间就会向中心发送佩戴人员的位置信息等，使得井下工作人员的地理位置被随时监测，从而保证工作人员的安全。虽然无线射频识别技术的成本比较低，但是它所受的限制也比较大，比如说环境对其的影响较大，并且定位的精度相对来说比较低。

1.2 到达时间差定位技术

矿山产业是一种较为特殊的产业，其井下充满了复杂性，所以保证井下工作人员的安全是首要的重点。为了确保对井下的情况进行实时掌握，必须对井下进行精确的定位，从而保证工人的安全。而到达时间差定位技术主要是指在各个接收站搜集信号点发出的信号，从而对时间到达进行数据搜集，最后再汇总到定位处理中心，中心再对信号点的位置进行计算，也就是说利用信号点发送的信号到不同接受点的时间差的方法来对信号进行测距和定位。将这种技术应用于井下定位，可以很好控制井下的突发状况，在井下工作的过程中，能够及时地发出指令，从而方便安全作业。在危机发生之前，可以有效的组织人员进行撤离，从而最大程度的保证井下人员的生命安全。

1.3 D-SCDMA系统定位技术

该技术主要是在原有的基础上，利用信号点的时间提前量TA来测量信号点与基站之间的距离。这种定位的方法主要是利用现有的参数，计算信号点与 接受点之间的距离，在将最终的数据汇总到检测中心，然后再通过算法得出最终端的确切位置。这种技术的成本相对来说比较低，并且精确度与上文几种相比较高。如今，物联网的发展较为迅速，使得现代传感器得到了很大的进步。随着传感网络在矿山中的应用，相关领域的专家将其应用于矿山工作人员定位中。这种技术可以解决无线信号冲突的问题，利用信号侦测器等实现对工作人员的精准定位。

2 基于物联网的绿色矿山建设措施

2.1 加强顶层设计

一是投入产出同步，促进质量变革。要加强规划指导，进一步优化绿色矿山建设投资结构，从建设理念、系统架构、综合管理、智能技术和装备等方面入手，根据煤矿不同地质条件，建设一批具有代表性的示范煤矿，提炼出可再生的智能开采技术和设备、生产模式、管理经验等，推广到其他煤矿。二是坚持宏观与微观并重，推进效率改革。煤炭企业要着力补短板，研究制定煤矿智能化发展的行动方向、实施路径和政策措施，科学引导煤矿智能化发展的进度和规模，从注重数量和效率转向注重结构和效率。同时，要提高全要素生产率，加强科技创新，促进成果有效转化，提高煤矿智能装备稳定水平。

2.2 建立智能煤矿技术标准

煤矿智能化标准体系是建设煤矿绿色矿山的引导性纲领，一方面国家应该加快开展煤矿专项智能化标准体系建设工作，包括技术纲要、技术规范、管理规范，覆盖技术标准、应用架构、基础设施、信息安全与治理等，实现流程标准化、技术架构标准化、接口标准化、数据标准化，指导智能矿山建设的示范与推广。另一方面加强宣传和解读煤矿智能化发展相关标准和政策，为煤矿智能化发展营造良好氛围。

2.3 加大技术研究

一是加强先进技术的整合。推进云计算、大数据、物联网、人工智能、移动互联网等新一代信息技术与煤矿智能融合，实施新技术应用示范工程，推进军民融合；二是加强关键技术攻关。充分结合煤矿智能技术发展，组织开展人工智能和大数据前沿技术研究，组织实施重大专项和重点研发计划，营造创新氛围，支持科技成果应用转化。

2.4 物联网系统的运行与管理

物联网技术在绿色矿山的应用，将使矿山经营模式发生重大变化，使矿山经营模式由组织化向具体化转变，使传统的矿山管理模式向更先进的管理模式转变。每个子系统的运行一开始是由不同地点的团队来完成的，比如磁带的运行由磁带团队来处理，物联网生产的智能化管理最终由监控室来操作。对于各区域团队的职能和工作管理，需要基于物联网进行综合考虑，相关企业需要定期召开会议进行讨论，从而找到最适合各区域团队管理的方式。

2.5 着力培养矿山高素质人才

一方面支持和鼓励煤炭类高等院校加快煤矿智能化相关专业学科的建设，培育一批具备矿业工程、信息工程、人工智能等不同技能的复合型人才。另一方面鼓励企校合作，不断优化煤矿管理型、知识型、技能型的人才体系，创新煤矿智能化人才培养模式，积极开展在职人员智能化与信息化培训活动，为煤矿智能化发展提供智力支撑。

3 结束语

随着时代的发展，煤炭能源成为我国的重要能源，是我国能源的主要支柱之一。为了贯彻安全生产的目标，物联网技术的应用非常重要。物联网技术被应用于矿山中，一方面使得矿山的开采趋于智能化，从而提升开采的效率；另一方面，能够实现对井下生产工作人员实时定位，准确了解他们的位置信息，很大程度的保证了井下工作人员的生命安全。企业还应该提升员工的物联网意识，使得物联网技术可以得到有效的应用，从而提升矿山的智能管理水平，为创建绿色矿山打下坚实的基础。