物联网技术在煤矿的应用研究

物联网技术在煤矿的应用研究
袁清国，于忠阳，魏民
（新汶矿业集团，山东新泰271233）
摘要物联网利用通信技术，将各种传感设备的信息进行交互，实现人与人、人与物、物与物的相互间的通信和协同作业，将物联网技术引入到煤矿行业，对井下的人、机、环境等各个环节进行实时监控，对于提高煤矿安全生产水平，加快煤矿企业信息化建设，改善工作环境，加强事故灾害的预测预报，有着重要意义。

关键词物联网煤矿RFID无线
中图分类号TP393文献标识码A
Abstract The internet of things which uses communication technology to interact the information of sensor devices can realize the communication and col-laboration between people and people，people and things，things and things．By using the technology of the internet of things in coal mine industry to real －time monitor the people，machines and environment underground，it is important to improve the level of safety production in coal mine，accelerate the informatization construction of coal mine，improve the working environment and strengthen the prediction of accident disasters．Keywords：the internet of things，coal mine，RFID，wireless．
物联网（Internet of Things）是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

从技术架构上来看，物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。

感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二维码标签、RFID标签和读写器、摄像头、GPS 等感知终端。

感知层的主要功能是识别物体，采集信息，网络层负责传递和处理感知层获取的信息，应用层是物联网和用户的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。

*收稿日期：2011－08－26
作者简介：袁清国（1966－），男，本科学历，郑州煤炭经济学院毕业，通讯信息中心主任，工程师，通讯和计算机行业，现工作于新汶矿业集团通讯信息中心。

1物联网在煤矿企业的应用现状
1．1人员定位系统
在矿井出入口、重点区域、限制区域等地点设置分站，当员工携带人员定位卡经过时，分站的接收天线接收到定位卡发来的信号，经分站主板接收处理后，提取出目标识别码送到地面监控服务器。

1．2设备点检管理
应用物联网技术在矿井每台设备上安装射频卡，系统接收天线接收从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理，取得设备正常、异常状态信息。

1．3矿井无线通信应用
在井下布置矿用无线基站，接收由基站控制器传来的信号，信号通过基站的射频调制波发射，与定位手机和定位器之间构成无线链路，实现井下的无线通信。

的同时，提高巷道的整体承载能力，先临时支护，后永久支护，根据矿井现场实际情况调整支护参数。

4．2回采工作面顶板控制
4．2．1采煤工作面支护
（1）工作面支护采用单体液压支柱，加大支柱与底板的接触面积，减小由于支架传递压力对底板的破坏程度，防止钻底现象的发生。

（2）加强工作面及两巷超前维护的支护质量，初撑力必须达到规定要求。

（3）采用密集支柱、戗柱等措施加强支护。

4．2．2掘进工作面支护
（1）严格执行敲帮问顶制度，在施工前、打眼前、支护前、爆破后及工作面中进行敲帮问顶。

工作面支护必须严格工程质量，支柱齐全、牢固，迎山有力。

（2）掘进工作面过断层、冒落区时，提前调整工作面方向，加大工作面与断层方向的斜交角度，减少断层暴露面积。

（3）工作面过断层、构造带时，要及时改变支护方式或加强支护，制定专项安全技术措施。

参考文献：
［1］汪理全．煤层（群）上行开采技术［M］北京：煤炭工业出版社，1995［2］建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程．北京：煤炭工业出版社，2000
［3］国家煤矿安全监察局．煤矿安全规程［M］．北京：煤炭工业出版社，2006
［4］中华人民共和国煤炭工业部．煤炭工业矿井设计规范［M］．北京：中国计划出版社，2005。

1．4瓦斯智能巡检
在煤矿井下各瓦斯巡检点处安设射频标识卡，瓦检员通过手持记录仪，在井下射频卡位置采集瓦检数据，上井后将数据自动扫描到计算机中。

2主要经验做法
（1）感知层。

在设备上安装各类传感器或增加RFID射频标签，用来获取井下的甲烷、风速、温度、转速、电压、电流、锚杆压力、钻孔应力、人员定位、设备点检等信息。

（2）网络层。

通过敷设在地面、井下的工业以太环网，以及用来实现无线覆盖的3G网络、WiFi网络，共同构建覆盖整个矿区物联网的传输层，实现物联网数据的交互。

（3）应用层。

应用层实现远程监测和控制，数据上报和信息共享功能，将物联网取得的数据，同信息化系统相结合，实现工业化与信息化的两化融合。

3存在的主要问题
物联网在煤矿应用有一定基础，但主要涉及的仅有RFID射频卡和监测传感网络，应用单一，核心关键技术薄弱，整体技术集成创新能力弱，整体创新实力有待提升。

3．1技术标准统一的问题
物联网发展过程中，传感、传输、应用各个层面会有大量的技术出现，没有统一的技术标准，将会使各种小的物联网应用独立存在，难以实现信息交互。

3．2安全隐私问题
在射频识别系统中，任意一个标签的标识（ID）或识别码都能在远程被任意的扫描，从而获取标签所存储的信息，这就带来了如何确保嵌入有标签的物品的持有者个人隐私不受侵犯的问题。

3．3成本问题
由于没有大规模的应用，电子标签和读写器的成本问题制约着物联网的推广。

而没有大规模的应用，成本高的问题就更难以解决。

3．4传输带宽问题
WiFi和3G无线技术受带宽的影响，使得物联网传输的数据带宽受到制约，无线视频等应用存在传输瓶颈问题。

3．5科研活动活跃但企业参与热情不高
由于物联网发展初期往往投入大、风险高、周期长，产业化应用成熟度较低，因而企业跟进参与的热情不高，大多数企业都只是在做局部的产品研发和小规模的应用实验，还难以形成规模化的产业发展格局。

4下一步的发展规划和重点4．1无线视频监控
掘进头、工作面等特殊地点，由于自身的特点，监控场所会随着采掘进度发生变化，使用有线摄像头会带来诸多的不便，可以通过无线视频来解决工作场所移动带来的问题。

在采掘区覆盖无线信号（3G、WiFi），通过无线摄像头，将视频、图像等信息通过无线传送到井下无线基站，再通过井下工业以太网传输到地面视频监控平台。

4．2电子现金一卡通
对SIM卡进行开发，使职工只需要携带手机便可实现食堂消费、洗澡刷卡、无线充值等功能。

4．3电机车定位系统
在电机车上安装大功率定位标签，在巷道三岔口拐弯处安置读卡器，当车辆通过岔口时，通过红绿灯指示车辆通行的先后顺序，并通过LED牌显示。

4．4无线监测监控应用
将无线网络覆盖的井下的每个巷道及掘进头和工作面，对井下甲烷、氧气、二氧化碳、温度、湿度等环境参数进行监测，通过无线将采集的数据传输到井下无线基站，并通过工业以太网，上传至监控平台。

4．5物流信息化系统平台
感知层采用基于RFID、传感器等等识别与采集信息技术，利用移动通讯技术，包括3G网，甚至4G网等移动无线通讯技术进行传输和交互，在应用层通过机载终端和手持终端等智能终端，实现物流信息化的管理，另外可结合无线视频监控系统，实现对物流视频的调度。

5建议
煤矿企业物联网应用处于刚刚起步状态，需要借鉴国内外物联网的技术标准，结合煤矿企业的实际情况，尽早着手制订煤矿企业物联网的行业标准。

（1）由于煤矿井下有甲烷等可燃性气体和煤尘，因此，物联网系统和设备必须是防爆型电气设备，并宜采用安全性能好的本质安全型防爆措施，输入输出信号必须是本质安全信号。

（2）建立统一的煤矿物联网信息编码、传输、处理等标准，来规范井下设备的基础信息管理，为以后的物联网应用做好基础工作。

（3）通过物联网技术，结合综合自动化系统，实现设备的无人值守功能，减少井下人员。

（4）充分利用通讯行业成熟的3G技术，将其应用于煤矿井下，并结合工业以太网和WiFi技术等加快物联网的传输层建设。

（5）加快物联网技术在煤矿的应用，将矿井的人、机、环的各种数据进行集成并加以综合利用，在矿区地面、井下构建一个庞大的、智能的物联网。

大采高综采工作面应用错层位巷道布置法的探讨
王艳斌，赵景礼
（淮南矿业集团顾桥矿，安徽淮南232131）
摘要为提高煤炭采出率，解决厚煤层大采高综采工作面存在的端头三角煤损和区段煤柱问题，依据相关理论研究和生产实际，根据顾桥矿13－1煤层的实际赋存特点，对厚煤层应用错层位巷道布置法进行无煤柱开采的可行性进行了探讨。

关键词错层位巷道布置法大采高综采端头三角煤损
中图分类号TD822+．2文献标识码A
Discussion of Stagger Arrangement Roadway Layouts Methods Applied
in Fully Mechanized Working Face of Thinner Thick Coal Seam
Wang Yanbin，Zhao Jingli
（Guqiao Coal Mine，Huainan Mining（Group）Co．，Ltd．，Huainan Anhui232131）
Abstract In order to enhance the recovery rate，solve the problem of end triangle coal loss and section pillar existed in the thinner thick seam，this paper According to the related theoretical research and production practice，with the actual occurrence characteristics of13－1coal seam in Guqiao coal mine as the background，discuss the possibility of stagger arrangement Roadway layouts methods without pillar applied in thinner thick coal seam．
Key words stagger arrangement Roadway layouts methods large mining height end triangle coal loss
1顾桥矿厚煤层的开采现状及存在的问题
（1）顾桥矿南翼采区煤层厚度大，平均5．2m。

支架的重量采煤机及输送机的重量必将随着采高的增加而增加，工作面设备的大型化和重型化使成本大幅度增加，大采高综采的经济效益将会因生产成本的大幅度提高而被抵消。

（2）随着采高的加大，工作面高度与顺槽巷道高度的差别随之加大。

工作面两端与巷道衔接处的三角煤损加大，使煤炭回采率下降。

2错层位巷道布置法
中国矿业大学（北京）赵景礼教授主要针对厚煤层的放顶煤开采提出了，“厚煤层错层位巷道布置采全厚采煤法”的专利技术［1］。

根据这项技术，针对大采高综采端头起坡三角煤损和区段煤柱的问题，以及顾桥矿13－1厚煤层的赋存特点，探讨在厚煤层大采高综采工作面中应用错层位巷道布置法的可行性。

2．1错层位巷道布置系统
错层位巷道布置系统，就是将工作面两端的区段
*收稿日期：2010－12－27
作者简介：王艳斌（1980－），男，研究生学历，2006年毕业于中国矿业大学（北京），采矿工程专业。

现工作于淮南矿业集团顾桥矿生产技术科。

进风平巷和区段回风平巷分别布置的厚煤层的不同层位，如图1所示。

当煤层倾角较小时，区段进风平巷1沿底板布置在厚煤层的下部层位，区段回风平巷2沿顶板布置在厚煤层的上部层位。

与工作面两巷通常都布置在厚煤层的同一层位不同，该方式称为错层位巷道布置。

平巷1在上一工作面稳定的采空区下掘进，为方便对比，将大采高综采工作面的典型巷道布置用图2表示。

2．2回采巷道的立体化布置
在平面巷道系统下，相邻工作面之间一般要留设与煤层全厚同高的正常煤柱（如图2右端），煤柱尺寸
参考文献：
［1］凌志浩．物联网技术综述［J］．自动化博览；2010年S1期［2］孙继平．煤矿物联网特点与关键技术研究［J］．煤炭学报；2011，36（1）：167－171。