盡管我國煤礦安全生產已取得了不小的進步，但是從橫向比較，其總體水平還比較低，與國際上煤礦安全生產先進水平相比還有較大差距，尤其是重特大煤礦安全事故還屢有發生。如何利用信息化產品，保障煤礦安全生產，預防事故發生，在事故發生后快速、準確定位，進行應急搶救搶修，成為擺在我們面前的重大課題。

一．煤礦安全監測監控存在的問題

我國大多數煤礦安全監測監控系統存在的問題不容忽視，主要有以下問題：

（1）煤礦井下作業遠離地面，地形復雜、環境惡劣，與地面人員間溝通不便、不及時，地面人員難以及時動態掌握井下人員的分布及作業情況；

（2）煤礦事故發生后，搶險救災、安全救護的效率低，搜救效果差；

（3）大部分煤礦安全監測監控設備落后且老化，不能很好地適應井下環境，不能很好滿足煤礦安全生產需要；

（4）現有煤礦安全監測監控系統各成體系，沒有統一標準和接口，造成了監測工程中數據漏報、系統間無法正常通信等問題，導致安全隱患的出現。

二．煤礦安全生產物聯系統方案設計

針對以上問題，本文提出一種煤礦安全生產物聯系統，按照統一規劃、統一部署、統一管理、統一接口與標準的要求進行設計，其設計分成三個層次，分別是感知層、網絡層、應用層，如圖1所示。

圖1 煤礦安全生產物聯系統整體模型

感知層主要由傳感器組成，將傳感器檢測到的數據通過通訊模塊傳送至控制計算機，實現數據檢測與采集。感知層包括：1）傳感器等數據采集設備，如地面井口、煤臺、井下等場所安裝的視頻監控和傳感設備；2）數據接入到網關之前的傳感器網絡，包括礦井傳感設備的數據接入、傳輸和匯總。

網絡層通過各種電信網絡與互聯網的融合，實現物體信息實時準確地傳輸與交互。網絡層采用三級架構，即煤礦企業、市級分控中心、省級監控中心，以“分級監管，分級響應”的機制，搭建煤礦安全生產的物聯網架構，實現煤礦安全生產的監控監管。網絡層包括：1）礦井監控數據的上傳；2）煤礦企業的數據專線；3）省監控中心以及煤炭集團、市分控中心的寬帶數據專線。

應用層利用云計算、模式識別等各種智能計算技術，對海量數據與信息進行分析和處理，對物體實施智能化的控制，包括遠程監測與控制、煤礦安全事故應急指揮、信息上傳與共享等。應用層包括：1）主機與存儲系統建設；2）煤礦企業、市級、省級監控中心顯示、調度、指揮系統；3）煤礦企業上報信息的標準化工作；4）門戶網站及安全系統建設。

按照以上設計，整體網絡圖如圖2所示，實現以下目標：

圖2 煤礦安全生產物聯系統網絡圖

（1）煤礦井下瓦斯、風速、設備開停等運轉情況的適時監測、分析和控制，同時將以上監測數據通過公用電話網絡、無線網絡、光纖光纜傳送到各級煤炭安全生產管理部門；

（2）煤礦安全生產監察監管動態管理，實時了解煤礦的安全生產工作狀態，隨時掌握煤礦的有關安全技術工作參數（包括安全技術參數、安全監察監管要求數據）的情況，各煤礦點能夠實施有效的日常安全管理，煤監部門能夠對各煤礦點的安全生產工作實施有效的監督管理；

（3）在煤礦發生事故時，可提供煤礦點的基本技術數據、企業和政府的事故應急處理預案、事故救援資源的分布信息等，為市、省級公共安全應急指揮系統提供相應基礎信息支持，為科學決策實施有效救援提供技術支持。

三．煤礦安全生產物聯系統建設

煤礦安全生產物聯系統建設方案如圖3所示，整體上按以下三個層面進行：

圖3 煤礦安全生產物聯系統的建設方案

1．感知層的建設

感知層主要由計算機、主控接口、分站及各種傳感器組成，如圖4所示。主控接口不斷地輪流與各個分站進行通信，各分站接到主控接口的詢問后，立即將收到的各測點（開關量、模擬量）進行檢測變換和處理，同時就地時刻等待主控接口的詢問以便把檢測的參數送到地面主控接口，主控接口將收到的各種數據處理后同時傳給計算機。計算機將收到的實時信息進行處理和存儲，并通過顯示器顯示各種測量參數、實時或歷史數據、曲線、圖形和報表等。

把感應器嵌入或裝配到礦山設備、油氣管道、礦工設備中，可以感知危險環境中工作人員、設備機器、周邊環境等方面的安全狀態信息，將現有的網絡監管平臺提升為系統、開放、多元的綜合網絡監管平臺，實現實時感知、準確辨識、快捷響應及有效控制。感知層建設包括：

（1）井下人員登記、考勤、定位。采用RFID卡，記錄工作人員卡號信息，讀取卡號，聲光提示。用戶卡可以放在安全帽內，或者攜帶在身上可靠部位。被動定位，主動考勤。井下人員定位系統，是礦井地面監控中心主計算機在軟件數據庫的支持下，通過傳輸接口和巷道鋪設的通訊光纜，對井下員工進行實時跟蹤，數據信息經軟件處理轉換成數字信號，使井下人員動態分布或環境安全狀態在主計算機中得以實時反映，從而實現井下安全狀態在井上數字化管理的目的。

（2）扇風機狀態顯示及遠控。風機在運轉過程中，對電機電流、電壓、軸承溫度、壓風流量、風速、壓力等參數在線連續監測與保護。在扇風機控制柜上加裝狀態智能儀表，實時顯示每臺扇風機的工作狀態；在地面上位機以多種形式顯示電機電流、電壓、功率因數，比如以表格、曲線形式顯示、柱狀形式顯示等；在主控機上設置就地、遠控轉換開關，通過上位機可實現對每臺扇風機的遠方控制。

（3）風速、風量、負壓、軸溫在線檢測。在扇風機控制柜處設置控制主機一臺，主機上設置智能儀表，實時顯示巷道中的風速、風量、負壓、軸溫。

（4）水泵控制系統監測與遠控。結合礦井排水特點，新增加自動控制功能。由各種先進可靠的傳感器、保護裝置、電動閘閥、電磁閥等設備組成礦井主排水自動控制系統，通過智能測控器的接口和光纖適配器與井下以太網聯接，將信息傳輸到地面主機，構成監控系統。

（5）傳感設備的數據接入、傳輸方面，對於固定的井口、風機、風門等，采用光纜或雙絞線等有線傳輸進行連接；對於需要經常移動的工作面和特別監控點，可采用WCDMA/GPRS或WiFi或Zigbee等無線傳輸，實現監控點快速部署。

2.網絡層的建設

對於監控數據的上傳，具備有線傳輸條件的，可采用有線傳輸；不具備有線傳輸條件，可采用WCDMA/ GPRS VPN方案，將監控數據上傳到上級監控中心。VPN方案是為確保網絡安全，在現有物理網絡的基礎上建立VPN邏輯虛擬專網。VPN可采用基於L2TP協議和專用APN（APN，Access Point Name）的方案。基於L2TP 協議的方案需要煤礦/煤監中心自建Radius服務，與運營商AAA（Authentication Authorization Accounting）共同完成無線撥入用戶的認證和鑒權。

這里采用專用APN的方案，如圖5所示。地面監控中心通過WCDMA/GPRS網絡分配的專用APN進行撥號，通過DNS（Domain Name Server）解析APN對應的企業接入端的GGSN（Gateway GPRS Support Node）， GGSN將用戶的認證請求送給AAA服務器完成用戶身份的認證和IP等的授權。如果認證通過，GGSN通過GRE封裝與煤礦企業VPN路由器建立隧道連接，實現地面監控中心與上級監控中心的通信。

3.應用層的建設

應用層實現遠程監測與控制、安全事故應急指揮、數據上報與信息共享等功能。應用層的建設以云計算為框架進行規劃，搭建統一的數據存儲中心、數據共享中心、視頻轉發平臺和統一展現門戶等，提供統一、易用、便捷的業務功能。

遠程監測與控制可通過網絡訪問監控中心的數字視頻服務器，監看井上、井下視頻，監測井上、井下環境參數。圖像監視系統分為前端和客戶端。前端單元負責采集各監視點的視頻信號，并將視頻信號壓縮編碼傳送到視頻監控中心。工作人員可通過客戶端來監視各種設備的運行狀況，并可對前端的攝像機發布控制命令，對圖像進行諸如取景、定位、光圈大小、聚焦遠近和變倍等操作。

安全事故應急指揮可隨時視頻監視礦井情況，并通過雙向對講機進行遠程指揮、調度，實現整體協同作戰，指導施救人員和井下作業人員進行搶險救災。

數據上報與信息共享用於上報異常報警、設備運行狀況、人員考勤與進出記錄等數據，下達上級的安全生產指示、應急預案等信息，實現各煤礦企業、監控中心間的信息共享。

結束語

煤礦安全生產物聯系統，可為煤炭安全生產監管提供準確的信息，豐富了煤炭安全生產監管手段，將有效地提高煤礦安全監察部門的工作效率、監管能力和服務水平，提高處置煤礦安全生產事故的能力。

資料來源: 鉅亨網新聞中心(來源：財匯資訊) 2012/5/25