煤矿物联网技术（孙继平）.ppt

煤矿物联网报告人孙继平博士教授中国矿业大学（北京）副校长中国煤炭学会自动化专业委员会主任中国煤炭工业技术委员会信息与自动化专家委员会主任中国煤炭工业安全科学技术学会安全监控专业委员会主任,煤炭是我国主要能源，约占一次能源70。2013年全国煤炭产量约37亿吨。2013年全国煤矿发生死亡事故604起，死亡1069人，百万吨死亡率0.288，事故总量、较大事故、重特大事故和百万吨死亡率均大幅下降，但仍高于美国等国家。2012年我国煤炭百万吨死亡率是美国的19倍。,我国煤矿机械化、自动化、信息化和智能化程度低，井下作业人员多，是造成百万吨死亡率高于美国等国家的主要原因之一。据统计，我国现有煤矿13158处，共有从业人员525万人，其中井下作业人员304万人。因此，通过自动化、信息化和智能化，减少煤矿井下作业人员，实现瓦斯、水、火、围岩等灾害监测与预警，实现供电、排水、通风、压风、运输、提升、瓦斯抽采等固定岗位无人值守和地面远程控制，实现采掘工作面少人作业和地面远程控制，是安全高效现代化矿井的必然选择。,一、煤矿井下的特殊性煤矿井下环境特殊，有甲烷、一氧化碳等易燃易爆气体；有矿尘；有淋水、环境潮湿；空间狭小；电磁波传输衰减严重；电网电压波动范围大等。煤矿井下的特殊性，制约着地面物联网技术直接在煤矿井下应用。因此，需要针对煤矿井下特殊环境和特殊要求，研究煤矿用物联网技术。,（1）煤矿井下有甲烷、一氧化碳等可燃性气体和煤尘。用于煤矿井下的电气设备必须防爆。矿用监控、通信与监视等小功率设备应优选本质安全型，电缆上传输的信号必须是本质安全型信号。无线通信设备的发射功率应不大于6W，防止引爆瓦斯和电雷管。（2）煤矿井下为受限空间，电磁波传输不同于地面，电磁波传输受巷道截面大小、截面形状、围岩介质、弯曲、分支、倾斜、支护、粗糙度、纵向导体（电缆、水管、铁轨等）、横向导体（工字钢支护等）、阻挡体（风门、机车等）等影响，电磁波传输衰减大。,（3）煤矿井下空间狭小，设备相对集中，机电设备功率大，单台设备功率达数千千瓦，煤矿井下电磁环境复杂。大功率变频设备、大功率电气设备启停、架线电机车火花等，严重影响着监控、通信和监视等设备的正常工作。（4）采掘工作面不断推进变更，需要移动监控、通信与监视终端与之适应。煤矿井下工作场所分散且距离远，矿井无中继无线传输距离难以满足10km需求。（5）瓦斯爆炸、顶板冒落等事故，会造成电缆断缆、设备损毁。煤矿安全监控、有线调度通信等关键系统应具有一定的抗灾变能力，减少事故的影响。,（6）煤矿井下有淋水、空气湿度大，监控、通信与监视等设备应具有较好的防尘、防水、防潮、防腐等性能，防护性能应不低于IP54。（7）煤矿井下空间狭小。用于煤矿井下的监控、通信与监视等设备，应体积小，以减小对通风、行人和行车等影响。煤矿井下作业人员需携带矿灯、自救器等，在井下长距离行走。因此，便携式监控、通信与监视等设备，应体积小、重量轻。（8）煤矿井下电网电压波动范围大。矿井监控、通信与监视等设备应具有较强的电源电压波动适应能力。并当电网停电后，由备用电源维持系统和设备正常工作时间应不小于2小时。,,二、煤矿物联网为满足煤矿安全生产的需要，目前已有煤矿井下人员位置监测系统、轨道运输监控系统、胶轮车运输监控系统、放炮作业监控系统、安全监控系统、瓦斯抽采（放）监控系统、火灾监控系统、供电监控系统、带式运输监控系统、提升运输监控系统、排水监控系统、工作面监控系统、大型机电设备健康状况监控系统、视频监视系统、仓库管理系统、生产调度通信系统、应急广播通信系统、移动通信系统等在煤矿安全生产、应急救援、事故调查工作中发挥着重要作用。,,2006年，已有基于RFID的煤矿井下人员位置监测系统等。但现有系统仍不能满足煤矿安全生产、灾害预警、应急救援等需求，需要研究煤矿物联网技术，解决煤矿安全标志准用产品和矿用关键设备全程跟踪监管等问题。,1.煤矿物联网信息编码、传输、处理等标准煤矿物联网涉及掘进机、采煤机、刮板输送机、液压支架、液压泵站、转载机、破碎机、带式输送机、提升机、电机车、胶轮车、通风机、水泵、压风机、移动变电站、电气开关、变压器、监控、通信等大量的机电设备生产、运输、仓储、使用、维护等全过程监管。因此，需要研究制定煤矿物联网信息编码、传输、处理等标准。,2.矿用安全标志准用产品生产、运输、仓储、使用、维护等全过程管控。2006-11-05T1138，山西省大同煤矿集团轩岗煤电公司焦家寨煤矿发生特别重大瓦斯爆炸事故，造成47人死亡。经分析认定，引爆瓦斯的火源是假冒伪劣电气产品失爆产生电火花，引起瓦斯爆炸。因此，需要研制煤矿物联网，加强防爆电气设备等矿用安全标志准用产品监管，避免假冒机电产品在煤矿使用。,3.矿用安全炸药生产、运输、储存、领退、使用等全过程管控。2010-06-21T0122，河南省平顶山市卫东区兴东二矿主井区井下发生特别重大炸药燃烧事故，造成49人死亡。经分析认定，事故矿井下长时间大量存放非法购买的私制炸药自燃引发事故。因此，需要研制煤矿物联网，实现矿用安全炸药生产、运输、储存、领退、使用等全过程跟踪管理，避免私制炸药引起炸药燃烧和爆炸事故，避免火工品运输、储存、使用不当造成伤亡事故。,4.矿用重大关键设备生产、运输、仓储、使用、维护等全过程管控。掘进机、采煤机、刮板输送机、带式输送机、提升机、电机车、胶轮车、通风机、水泵、压风机、移动变电站等大型机电设备正常运行是煤矿安全生产的重要保障。因此，需要研制煤矿物联网，实现矿用重大关键设备生产、运输、仓储、使用、维护等全过程跟踪管理和健康诊断，为煤矿安全生产提供快速有效的物资保障、优化采购和库存、降低成本。,5.煤矿井下人员精确定位、自动识别与培训监管。现有煤矿井下人员位置监测系统在遏制超定员生产、防止人员进入危险区、及时发现未按时升井人员、特种作业人员管理、干部下井带班管理、考勤管理、应急救援、事故调查等方面发挥着重要作用。但现有系统仍不能满足事故应急救援和煤矿井下作业人员管理的需求。,需研究煤矿井下人员精确定位、虹膜和人脸自动识别、安全培训和上岗证管理信息化等。通过设置在人员出入井口的虹膜和人脸等检测装置，检测入井人员特征，与上岗培训时的虹膜和人脸数据库资料对比，没有取得上岗证的人员不允许下井，特殊情况（如上级检查等）需经有关领导批准，并存储纪录。,6.瓦斯检查员、安全检查员、电钳工、放炮工、绞车司机、采煤机司机、水泵操作工等及其操作设备、作业环境人机环闭锁控制。持证上岗、专人操作、防止瓦斯爆炸事故的瓦斯风电闭锁、防止带电作业的机电闭锁、防止放炮事故的一炮三检和三人联锁、及时发现事故隐患的定时巡检等是煤矿安全生产的重要保障。因此，需要研究煤矿物联网，实现瓦斯检查员、安全检查员、电钳工、放炮工、绞车司机、采煤机司机、水泵操作工等及其操作设备、作业环境人机环闭锁控制。,7.无人工作面地面遥控。目前采煤工作面能够做到工作面有人巡视条件下的回采巷道遥控和记忆割煤，但不能自动识别煤岩，不能实现工作面无人控制。因此，需要研究煤岩分界识别技术和仪器，研究液压支架、采煤机、刮板输送机精确定位技术，进一步提高监控的可靠性，实现无人工作面地面遥控。,8.重大灾害预警。煤矿重大灾害预警是保障煤矿安全生产的重要措施。现有煤矿安全监控系统具有瓦斯等实时监测、报警与断电功能，部分系统具有瓦斯、火灾、冲击地压等重大灾害预警功能，但预警准确率较低，难以满足煤矿安全生产需要。因此，迫切需要提高煤矿重大灾害预警准确率，研究基于物联网和大数据的瓦斯、火灾、冲击地压等灾害预警技术。,9.应急救援装备与救护队等管理。应急预案、救援装备、救援队伍等是及时有效救援的保障。因此，需要研究煤矿物联网技术，为煤矿事故应急救援提供及时有效的支持。,谢谢,