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摘   要：“互聯(lián)網(wǎng)+煤炭”就是將互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等與煤炭行業(yè)和企業(yè)深度融合，全面提升煤炭勘探、設(shè)計、生產(chǎn)、安全、運銷、洗選、環(huán)保、管理、監(jiān)管等技術(shù)水平和管理水平，促進煤炭行業(yè)科技進步和產(chǎn)業(yè)升級，加快安全、綠色、高效、智能煤礦建設(shè)。礦用安全標志準用產(chǎn)品管控、礦用重大關(guān)鍵設(shè)備管控與遠程維護、持證上崗與專人操作管控、防碰撞、煤與瓦斯突出預(yù)警、沖擊地壓預(yù)警、煤炭自燃預(yù)警、水害預(yù)警、煤礦重大關(guān)鍵設(shè)備故障診斷、煤炭需求和價格預(yù)測、煤炭智能開采與運輸?shù)仁恰盎ヂ?lián)網(wǎng)+煤炭”主要研究方向。

關(guān)鍵詞：“互聯(lián)網(wǎng)+”；煤炭；物聯(lián)網(wǎng)；大數(shù)據(jù)；云計算；智能化

    為加快互聯(lián)網(wǎng)與經(jīng)濟社會各領(lǐng)域深度融合和創(chuàng)新發(fā)展，充分發(fā)揮“互聯(lián)網(wǎng)＋”對穩(wěn)增長、促改革、調(diào)結(jié)構(gòu)、惠民生、防風險的重要作用，實現(xiàn)我國經(jīng)濟提質(zhì)增效升級，2015年7月和8月國務(wù)院發(fā)布了《國務(wù)院關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導意見》（國發(fā)z2015{40號）[1]和《促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要》（國發(fā)z2015{50號）[2]。這將進一步促進我國生產(chǎn)力發(fā)展，推動技術(shù)進步、產(chǎn)業(yè)升級和組織變革。

    “互聯(lián)網(wǎng)+”除涉及固定寬帶網(wǎng)絡(luò)、移動通信網(wǎng)絡(luò)、新一代移動通信網(wǎng)、下一代互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息采集、傳輸、存儲與處理等技術(shù)、設(shè)施和產(chǎn)業(yè)外，還涉及經(jīng)濟社會各領(lǐng)域。例如，“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新、協(xié)同制造、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、智慧能源、普惠金融、益民服務(wù)、高效物流、電子商務(wù)、便捷交通、綠色生態(tài)、人工智能等。

    “互聯(lián)網(wǎng)+煤炭”就是將互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等與煤炭行業(yè)和企業(yè)深度融合，全面提升煤炭勘探、設(shè)計、生產(chǎn)、安全、運銷、洗選、環(huán)保、管理、監(jiān)管等技術(shù)水平和管理水平，促進煤炭行業(yè)科技進步和產(chǎn)業(yè)升級，加快安全、綠色、高效、智能煤礦建設(shè)。

互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等相關(guān)技術(shù)已在煤炭行業(yè)應(yīng)用，在煤礦安全、綠色、高效生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，并為“互聯(lián)網(wǎng)+煤炭”發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。

1   煤礦物聯(lián)網(wǎng)

    煤礦井下具有瓦斯等爆炸性氣體，電磁波傳輸衰減大，無線傳輸受巷道斷面、分支、彎曲、傾斜、圍巖介質(zhì)、支護、縱向?qū)w、橫向?qū)w、機電運輸設(shè)備等影響。因此，用于煤礦井下的物聯(lián)網(wǎng)具有特殊性。例如，地面定位、監(jiān)控、通信、監(jiān)視等設(shè)備不能直接用于煤礦井下，GPS難以用于煤礦井下定位，大功率無線發(fā)射設(shè)備不能用于煤礦井下等等。因此，需針對煤礦井下環(huán)境特點和礦用電氣產(chǎn)品特殊要求，進行煤礦物聯(lián)網(wǎng)研究。

    煤礦物聯(lián)網(wǎng)就是針對煤礦井下環(huán)境特點和礦用電氣產(chǎn)品特殊要求，通過RFID、ZIGBEE、WIFI、3G、4G等技術(shù)，實時監(jiān)控設(shè)備、人員、環(huán)境等位置、身份、狀態(tài)等信息，實現(xiàn)人、機、環(huán)協(xié)同管控，具有位置、身份、狀態(tài)信息綜合監(jiān)控，無線與有線混合傳輸?shù)忍攸c。

    目前，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，已研制成功并推廣應(yīng)用了具有區(qū)域定位功能的煤礦井下人員位置監(jiān)測系統(tǒng)；具有精確定位（靜態(tài)定位精度小于5 m）、緊急呼叫和搜尋等功能的煤礦井下人員定位系統(tǒng)；具有膠輪車位置和速度監(jiān)測、信號機閉鎖、調(diào)度和控制功能的膠輪車運輸監(jiān)控系統(tǒng)；具有電機車位置監(jiān)測和速度監(jiān)測、信號機和電動轉(zhuǎn)載機閉鎖、調(diào)度和控制功能的軌道運輸監(jiān)控系統(tǒng)；具有人員位置監(jiān)測、瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測、放炮閉鎖功能的爆破監(jiān)控系統(tǒng)；具有計量、路徑跟蹤、防中途載等功能的煤炭公路運輸監(jiān)控系統(tǒng)等。這些煤礦物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。[3-5]

    為滿足安全、綠色、高效、智能現(xiàn)代化煤礦建設(shè)需求，還需研制基于物聯(lián)網(wǎng)的礦用安全標志準用產(chǎn)品管控、礦用重大關(guān)鍵設(shè)備管控與遠程維護、持證上崗與專人操作管控、防碰撞等系統(tǒng)。

1.1   基于物聯(lián)網(wǎng)的礦用安全標志準用產(chǎn)品管控系統(tǒng)

為防止假冒偽劣產(chǎn)品用于煤礦井下，引發(fā)傷亡事故，需研制基于物聯(lián)網(wǎng)的礦用安全標志準用產(chǎn)品管控系統(tǒng)。在礦用安全標志準用產(chǎn)品生產(chǎn)制造時，設(shè)置RFID等電子標簽，建立零部件和成品數(shù)據(jù)庫，通過讀卡器等，實時監(jiān)測產(chǎn)品入庫和出庫時間，運輸設(shè)備（如汽車車牌號）、下井時間、檢修和維修情況等。通過溫度、振動、聲音、電流、有功功率等傳感器，實時監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)。[3-4]

1.2   基于物聯(lián)網(wǎng)的礦用重大設(shè)備管控與遠程維護系統(tǒng)

在掘進機、采煤機、刮板輸送機、帶式輸送機、提升機、電機車、膠輪車、通風機、水泵、壓風機、移動變電站等大型設(shè)備生產(chǎn)制造時，設(shè)置RFID等電子標簽，建立零部件和成品數(shù)據(jù)庫，通過讀卡器，實時監(jiān)測產(chǎn)品入庫和出庫時間，運輸設(shè)備（如汽車車牌號）、下井時間、檢修和維修情況等。通過溫度、振動、聲音、電流、有功功率等傳感器，實時監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)。為解決煤礦井下維修力量薄弱等問題，可以在集團公司和設(shè)備生產(chǎn)廠家設(shè)立遠程維護維修中心，實時監(jiān)測設(shè)備溫度、振動、聲音、電流、有功功率、圖像等信息，發(fā)現(xiàn)問題，及時通過雙向視頻和音頻，指導現(xiàn)場維護維修人員，排除故障，進行處理。[3-4]

1.3   基于物聯(lián)網(wǎng)持證上崗與專人操作管控系統(tǒng)

為防止煤礦井下電氣作業(yè)、爆破作業(yè)、安全監(jiān)控作業(yè)、瓦斯檢查作業(yè)、安全檢查作業(yè)、提升機操作作業(yè)、采煤機（掘進機）操作作業(yè)、瓦斯抽采作業(yè)、防突作業(yè)、探放水作業(yè)等特種作業(yè)人員無證上崗、或他人代培訓取證，需采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，進行特種作業(yè)人員等持證上崗管控?？荚嚾∽C時，將證件編號與姓名、人臉（或虹膜、靜脈）等個人信息綁定。下井時，通過人臉（或虹膜、靜脈等）識別系統(tǒng)，自動核查下井人員是否持本人識別卡下井？是否持證上崗？若未持本人識別卡下井，或無證上崗，則報警。并通過設(shè)置在設(shè)備上的人臉（或虹膜、靜脈等）識別系統(tǒng)，識別操作人員是否有權(quán)操作該設(shè)備，若操作人員無權(quán)操作該設(shè)備，則自動禁止操作，并報警。[3-4]

1.4   基于物聯(lián)網(wǎng)的防碰撞系統(tǒng)

為避免或減少運輸和機電事故發(fā)生，需采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，研制防碰撞系統(tǒng)，當人員與膠輪車、電機車、采煤機、掘進機等距離較近時，聲光報警；可能會造成人員傷害時，自動停止設(shè)備運行。[3-4]

2   煤礦大數(shù)據(jù)

    大數(shù)據(jù)是以容量大、類型多、存取速度快、應(yīng)用價值高為主要特征的數(shù)據(jù)集合。大數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)體量巨大、數(shù)據(jù)類型繁多、關(guān)注事件間的相關(guān)關(guān)系等特點：①研究全體數(shù)據(jù)，而不是隨機樣本，數(shù)據(jù)體量巨大。②研究對象多樣，數(shù)據(jù)類型繁多；涵蓋數(shù)字、文字、語音、圖形、圖像；從監(jiān)測數(shù)據(jù)，到網(wǎng)絡(luò)日志、視頻、圖片、地理位置信息等。③大數(shù)據(jù)以解決問題為目的，研究事件間的相關(guān)關(guān)系，而不是因果關(guān)系，關(guān)注解決問題的辦法。例如，根據(jù)客戶的購物記錄和瀏覽記錄，推送圖書和商品，而不分析為什么這些客戶喜歡這類圖書和商品。④價值密度低，但被挖掘出的信息利用價值高。例如，數(shù)小時的視頻，其中有使用價值的僅有幾秒。⑤處理速度快，在短時間內(nèi)，可從各種類型的數(shù)據(jù)中快速獲取有價值的信息，發(fā)現(xiàn)新知識、創(chuàng)造新價值。⑥可用于預(yù)測和預(yù)警。

當前，大數(shù)據(jù)已廣泛用于零售、金融、電信、物流、醫(yī)療、交通等領(lǐng)域。例如，通過手機和攝像，研判節(jié)假日旅游景點人流和擁堵情況等。煤礦大數(shù)據(jù)就是基于大數(shù)據(jù)方法，解決煤礦安全生產(chǎn)等問題，這包括煤礦瓦斯、水害、火災(zāi)、沖擊地壓等重大災(zāi)害預(yù)警、重大關(guān)鍵設(shè)備故障診斷、煤炭產(chǎn)量和價格預(yù)測等。

2.1   基于大數(shù)據(jù)的煤與瓦斯突出預(yù)警

    迄今為止，人們還沒有完全掌握煤與瓦斯突出事故發(fā)生規(guī)律，還不能準確預(yù)警煤與瓦斯突出。因此，研究基于大數(shù)據(jù)的煤與瓦斯突出預(yù)警方法和系統(tǒng)，具有十分重要的理論意義和實用價值。基于大數(shù)據(jù)的煤與瓦斯突出預(yù)警方法和系統(tǒng)，長期監(jiān)測瓦斯涌出量、環(huán)境溫度、微震、地音、電磁輻射等，通過大數(shù)據(jù)方法，分析這些參數(shù)變化與煤與瓦斯突出的關(guān)系，建立煤與瓦斯突出預(yù)警模型，進行煤與瓦斯突出預(yù)警。[3-4]

2.2   基于大數(shù)據(jù)的沖擊地壓預(yù)警

    迄今為止，人們還沒有完全掌握沖擊地壓事故發(fā)生規(guī)律，還不能準確預(yù)警沖擊地壓。因此，研究基于大數(shù)據(jù)的沖擊地壓預(yù)警方法和系統(tǒng)，具有十分重要的理論意義和實用價值。基于大數(shù)據(jù)的沖擊地壓預(yù)警方法和系統(tǒng)，長期監(jiān)測礦山壓力、環(huán)境溫度、微震、地音、電磁輻射等，通過大數(shù)據(jù)方法，分析這些參數(shù)變化與沖擊地壓的關(guān)系，建立沖擊地壓預(yù)警模型，進行沖擊地壓預(yù)警。[3-4]

2.3   基于大數(shù)據(jù)的煤炭自燃預(yù)警

    基于大數(shù)據(jù)的煤炭自燃預(yù)警方法和系統(tǒng)，長期監(jiān)測溫度、濕度、CO、CO2、O2、C2H4、C2H2、氣味、鏈烷比、烯烷比等，通過大數(shù)據(jù)方法，分析這些參數(shù)變化與煤炭自燃的關(guān)系，建立煤炭自燃預(yù)警模型，進行煤炭自燃預(yù)警。[3-4]

2.4   基于大數(shù)據(jù)的水害預(yù)警

    基于大數(shù)據(jù)的水害預(yù)警方法和系統(tǒng)，長期監(jiān)測涌水量、水壓、水位、水溫、水質(zhì)、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、聲音等，通過大數(shù)據(jù)方法，分析這些參數(shù)變化與水害的關(guān)系，建立水害預(yù)警模型，進行水害預(yù)警。[3-4]

2.5   基于大數(shù)據(jù)的煤礦重大關(guān)鍵設(shè)備故障診斷

為及時發(fā)現(xiàn)掘進機、采煤機、刮板輸送機、帶式輸送機、提升機、通風機、水泵、壓風機、移動變電站等大型設(shè)備工作異常，需研究基于大數(shù)據(jù)的煤礦重大關(guān)鍵設(shè)備故障診斷方法和系統(tǒng)，長期監(jiān)測設(shè)備振動、聲音、溫度、功率、電流等，通過大數(shù)據(jù)方法，分析這些參數(shù)變化與設(shè)備故障的關(guān)系，建立設(shè)備故障診斷模型，進行設(shè)備故障預(yù)警。[3-4]

2.6   基于大數(shù)據(jù)的煤炭需求和價格預(yù)測

煤炭行業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展，需要較準確的煤炭市場需求和價格預(yù)測。通過長期監(jiān)測和大數(shù)據(jù)方法，分析GDP、GDP單位能耗、三產(chǎn)比例、進口出口、電力、鋼鐵、建材、化工、其他產(chǎn)業(yè)、氣溫等與煤炭需求關(guān)系，提出預(yù)測模型，進行煤炭需求預(yù)測。通過大數(shù)據(jù)方法，研究煤炭需求量、煤炭產(chǎn)能、庫存、運力、石油價格、天然氣價格等與煤炭價格關(guān)系，建立煤炭價格預(yù)測模型，進行煤炭價格預(yù)測。[3-4]

3   礦用移動通信網(wǎng)與礦用以太網(wǎng)

    煤礦井下電氣防爆、電磁波衰減嚴重等，制約著地面無線通信技術(shù)直接在煤礦井下應(yīng)用。為滿足煤礦安全生產(chǎn)對礦井移動通信的需求，人們先后研制成功并推廣應(yīng)用了礦用透地通信、漏泄通信、感應(yīng)通信、小靈通、CDMA、WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、4G、WIFI、ZIGBEE、RFID等技術(shù)和系統(tǒng)。隨著礦井移動通信技術(shù)的發(fā)展，小靈通、CDMA、WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等技術(shù)，將被4G等替代。4G、WIFI、ZIGBEE、RFID等技術(shù)還將用于煤礦人員定位、監(jiān)控、通信、監(jiān)視等方面。[6]

    RFID具有體積最小、重量最輕、成本最低等優(yōu)點，可用于煤礦物聯(lián)網(wǎng)、礦用設(shè)備管理和防碰撞。

    ZIGBEE具有體積小、重量輕、成本低等優(yōu)點，可用于煤礦井下人員、膠輪車、電機車精確定位和傳感器無線傳輸。

    WIFI具有傳輸帶寬寬、便于接入有線寬帶網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備體積小、發(fā)射功率小等優(yōu)點，可用于煤礦井下數(shù)據(jù)、圖像、語音等多種信息傳輸。

    4G具有傳輸帶寬寬、適合移動通信等特點，可用于煤礦井下語音、圖像、數(shù)據(jù)等多種信息傳輸。

    隨著5G通信技術(shù)發(fā)展，人們將進行礦用5G通信技術(shù)的研究和試驗。

    為滿足礦井監(jiān)控、監(jiān)視、定位和通信傳輸要求，人們研制成功并推廣應(yīng)用了百兆、千兆和萬兆礦用以太網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)交換機。研制成功礦用GEPON等。[6]

4   煤礦智能化

    國內(nèi)外煤礦安全生產(chǎn)實踐證明，減少煤礦井下作業(yè)人員，是避免或減少煤礦事故發(fā)生、降低百萬噸死亡率的有效措施，是安全高效現(xiàn)代化礦井發(fā)展方向。減少煤礦井下作業(yè)人員，離不開機械化、自動化、信息化和智能化。

    煤礦智能化包括礦用膠輪車、電機車、采煤機、掘進機、機器人等智能導航控制，煤巖界面智能識別，帶式輸送機智能控制，煤倉煤位和水倉水位監(jiān)視，煤炭產(chǎn)量監(jiān)測與防作弊，無人值守崗位監(jiān)視，大型機電設(shè)備監(jiān)視，煤與瓦斯突出和沖擊地壓報警，下井人員唯一性檢測等。[7]

5   云計算

    企事業(yè)單位和政府管理部門，為滿足信息存儲和處理等需求，建設(shè)了計算機機房和信息（計算）中心，購置了服務(wù)器、存儲設(shè)備和應(yīng)用軟件等，并投入了大量人力、物力和財力，進行日常維護和升級改造。從而造成，初次投入大、建設(shè)周期長、維護成本高、資源浪費、性價比低等問題。

    云計算具有按需服務(wù)、專業(yè)服務(wù)、方便快捷、性價比高、規(guī)模大、虛擬化、可靠性高、通用性強、擴展性強等特點。云計算通過建設(shè)計算資源共享池（資源包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲設(shè)備、應(yīng)用軟件等），為用戶提供方便快捷的計算、存儲和應(yīng)用等服務(wù)。云計算是一種“不為我有，但為我用”，按需（使用量）付費的服務(wù)模式。

    煤炭企業(yè)可在集團公司建設(shè)私有云，為整個集團公司服務(wù)。集團下屬二級公司和煤礦等不需要再建設(shè)自己的計算機機房和信息（計算）中心。這將避免重復(fù)投資和建設(shè)，將節(jié)省大量的人力、物力和財力。

6   結(jié)語

    煤炭行業(yè)是高危行業(yè)，瓦斯、水、火、頂板等事故困擾著煤礦安全生產(chǎn)。因此，需通過互聯(lián)網(wǎng)+煤炭，建設(shè)安全、綠色、高效、智能煤礦。針對煤礦井下特殊環(huán)境和安全生產(chǎn)需要，研究煤礦物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、寬帶網(wǎng)、移動網(wǎng)、云計算和人工智能等，全面提升煤礦安全生產(chǎn)水平，促進煤炭工業(yè)又好又快發(fā)展。本文發(fā)表在《煤炭經(jīng)濟研究》：孫繼平.“互聯(lián)網(wǎng)+煤炭”與煤礦信息化[J].煤炭經(jīng)濟研究，2015,35（10）：16-19.

參考文獻：

[1]  國務(wù)院關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導意見（國發(fā)z2015{40號） 

[2]  國務(wù)院.促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要（國發(fā)z2015{50號）

[3]  孫繼平.煤礦事故分析與煤礦大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng) [J].工礦自動化，2015,41（3）：1-5.

[4]  孫繼平.煤礦物聯(lián)網(wǎng)特點與關(guān)鍵技術(shù)研究 [J].煤炭學報，2011,36（1）：167-171. 

[5]  孫繼平.煤礦監(jiān)控新技術(shù)與新裝備 [J].工礦自動化，2015,41（1）：1-5.

[6]  孫繼平.煤礦事故特點與煤礦通信、人員定位及監(jiān)視新技術(shù)[J].工礦自動化，2015,41（2）：1-6.

[7]  孫繼平.煤礦信息化與自動化發(fā)展趨勢 [J].工礦自動化，2015,41（4）：1-5.

作者簡介：孫繼平（1958―），男，山西翼城人，教授，博士，博士生導師，中國礦業(yè)大學（北京）副校長；獲國家科技進步二等獎3項（其中作為第1完成人2項、第2完成人1項）；作為第1完成人獲省部級科技進步一等獎7項；作為第1完成人主持制定中華人民共和國煤炭行業(yè)和安全生產(chǎn)行業(yè)標準26項；主持制定《煤礦安全規(guī)程》第三章通風安全監(jiān)控；作為第1作者或獨立完成著作11部，發(fā)表論文100余篇（其中被SCI和EI檢索的第1作者論文80余篇）；作為第1發(fā)明人獲國家發(fā)明專利權(quán)30余項；作為國務(wù)院煤礦事故調(diào)查專家組組長參加了10起煤礦特別重大事故調(diào)查工作。

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