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如何利用基于感知技术的矿山物联网保障安全
发布时间:2017-07-24 14:52  来源:安全产业所  作者:黄玉垚

矿山领域是安全生产事故多发的高危领域,9月27日、10月31日、11月29日和12月3日,在宁夏石嘴山市、重庆市永川区、黑龙江七台河市和内蒙古赤峰市相继发生了特大煤矿瓦斯爆炸事故,造成了重大的人员伤亡。尽管我国“机械化换人、自动化减人”科技强安专项行动取得了显著成效,但矿山企业事故频发的现象仍旧非常突出,人员伤亡数量仍然较多,信息化、自动化水平依然较低,无法满足企业的安全生产和救援需求。在这种情况下,通过各种感知技术、信息传输处理技术、自动化机械化技术和矿山多科学技术,实现对真实矿山整体情况及相关现象的可视化、数字化及智慧化感知的矿山物联网技术应用,就显得尤为重要了。

一、感知矿山实现物联网应用确保安全生产的关键环节

(一)人员和物体位置感知

针对作业人员和物体位置的感知是矿山井下最早、最普遍的感知技术应用。人员和物体位置感知是矿井安全生产的重要保障和应急救援的必要手段,对提高生产效率、保障井下人员的安全、灾害过后及时施救和自救都具有十分重要的意义。2010年国家安全监管总局及国家煤矿安监局印发《关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知》,要求煤矿建设要完善井下人员定位系统等六大系统,2016年2月科技部发布的国家重点研发计划“公共安全风险防控与应急技术装备”重点专项申报指南中,考核指标列出“井下人员定位误差小于3 m”,这进一步反应了提高矿井人员及物体感知技术的重要性。

(二)环境感知

矿井下作业环境复杂,空气中含有瓦斯、煤尘和腐蚀性气体,如二氧化碳、一氧化氮、二氧化硫等,也存有发生渗水、煤层断裂等灾害的因素。因此,需要有效感知井下环境信息,根据感知到的信息进行相应的预警和控制,以保证矿井作业安全。

(三)设备感知

设备感知是对井上、井下各生产及辅助系统的远程监控,减少井下操作人员并同时感知矿山设备工作健康状况,实现预知维修。根据监测对象的不同

二、感知矿山物联网可在矿山安全生产领域发挥重要作用

(一)实现安全生产的监测监控

矿山安全生产的监测监控,是感知矿山物联网在矿山领域的一个重要应用,对保障矿井安全生产、提高生产效率和机电设备的利用率都具有十分重要的作用。在生产过程中,感知矿山物联网系统会及时采集环境安全参数动态信息,综合预警瓦斯、冲击地压、粉尘等灾害因素,以及诊断排查设备故障,实现了安全生产监测监控与智能预警的联动,为各级指挥者和部门提供现场资料和信息,便于工作人员及时了解矿井情况,并对可能出现的事故隐患采取措施。另外,通过感知数据分析,监测监控系统可以实现自动报警、断电和闭锁,便于制止事故的发生或扩大;在发生事故的情况下,能提供最佳救灾方案和避灾路线,为抢救和疏散人员、器材,提供决策信息,是决策人员和决策系统的“眼睛”和“耳朵”。例如:在煤矿生产领域,工作人员可以通过瓦斯监测系统,在监控室或计算机上看到矿井下每一个瓦斯传感器所在位置的瓦斯浓度及变化情况,同时还可以通过与瓦斯浓度的历史数据分析比较,找出该矿井的瓦斯变化规律。出现瓦斯浓度异常时,系统可以进行自动报警,并及时向工作人员发布信息。

(二)推进“机械化换人、自动化减人”科技强安工作

为推动更多企业安全生产实现“零死亡”目标,从根本上有效防范和遏制重特大事故发生,国家安全监管总局在2015年发布了《关于开展“机械化换人、自动化减人”科技强安专项行动的通知》,要求到2018年6月底,实现高危作业场所作业人员减少30%以上。而感知矿山物联网恰恰能有效实现矿山作业各个环节的机械化、自动化,不仅可以大幅度降低作业员工数量和作业强度,保障一线员工的安全,提高生产效率,更能通过无人化达到真正的本质安全水平。例如:煤矿井下综采自动化系统,充分优化并协调采煤机、液压支架和刮板输送机三机相互配合,令工作面整体处于最佳状态,同时在发生灾变时可自动采取灾变控制措施,更能实现设备的自动故障诊断和自我修复。综采自动化系统将智能感知、决策和执行功能融于一体,智能完成工作面割煤、推溜、移架、运输、除尘等过程,实现了常态化无人作业的目标,保障了综采工作的安全、高效。

(三)促进矿山应急救援能力显著提升

矿山应急救援是矿山安全生产工作的重要组成部分,也是感知矿山物联网在实际工作中的重要应用。

首先,感知矿山物联网为矿山应急救援提供了必要的产品、技术支持。以它为核心的应急救援平台终端能与国家安全生产应急平台实现联网,在事故发生后,救援指挥中心和现场指挥部可通过联网进行数据同步,通过井下通信系统将井下事故状况实时传输到指挥中心,供救援人员使用。此外,感知矿山物联网还能为救援人员和指挥中心提供先进的感知科技产品,如智能化救援机械和救援机器人等,有效感知预救人员位置并实施救援,提高了救援保障能力。

其次,感知矿山物联网能自主建立分析模型,并为应急救援提供最佳应急预案。感知矿山物联网综合各类安全事故的数据,自主建立完整的事故树分析模型库、安全评价模型库和危险源辩识模型库,有助于解决矿山安全检查指标的完备性问题、安全检查的易操作性问题、安全评价的定量化和危险源辩识、隐患排查的科学化问题。通过模型的建立、矿山四维地理信息分析和灾变过程仿真结果综合分析,感知矿山物联网可自动建立应急预案,提高了救灾效率,避免人为失误和反映过慢的问题。

三、加快感知矿山物联网建设的对策建议

(一)加强矿山物联网思维,建设创新体系

矿山物联网不仅是矿山的软硬件建设,更是一种新思维,将带来技术驱动、服务导向的全新商业模式,其发展必将围绕矿业经济催生新模式和释放新动能,继而形成矿业经济新生态。矿山企业应将矿山物联网作为矿山基础设施来看待并建设,构建产、学、研、用相结合的创新体系。企业要转变以往“拿来即用”的旧思维,要以国家政策为支撑,结合科技部“十三五”科技攻关专项资金项目、工信部物联网发展规划和相关扶持政策,加大矿山物联网创新专项资金投入,注重研发和应用,并积极寻求高校和科研单位的合作。此外,在标准制定过程中,要摒弃先有产品、后有标准的传统标准制定思维,积极开展信息互通和共享,加快矿山物联网公共技术标准制定,使矿山物联网产品更加适应我国矿山领域的发展。

(二)构建感知矿山物联网“生态圈”并形成商业化运行机制

感知矿山物联网涉及核心技术研发、矿山物联网系统构建、物联网运行等多方面,需要研发团队、生产应用部门、运行功效保障部门等的协作。从广义上看,矿山物联网又是物联网、云计算、大数据等先进技术在矿山领域的发展和应用,需要融合全社会资源,采用最先进的芯片技术、网络协议构建、先进传感器件、高性能材料等,形成包括矿山物联网技术研发、生产应用、运行支撑在内的符合市场运行规律的“生态圈”。同时,要大力发展感知矿山物联网的产业化基地,推进专业化研发与生产企业建设,促进产业整体发展和产业集群形成,围绕产业链而形成高度的专业化分工和协作,实现商业化运作机制。

(三)重点发展智能控制系统、安全生产大数据平台、精确定位系统

随着我国供给侧结构性改革的深入推进,在技术创新和国家政策的驱动下,矿山物联网也将飞速发展。在技术融合方面,要从物联网模式向物联网、大数据、云计算、人工智能等融合模式发展;在发展层次方面,要从技术应用向更高层次的商业模式创新提升。目前,感知矿山物联网应重点发展智能控制系统(包括:无人综采工作面智能控制系统、矿山主煤流运输智能控制系统)、安全生产大数据平台(包括:基于云存储的煤矿安全、生产信息综合数据库、基于大数据的煤矿重大灾害预警与专家决策、基于移动互联网的煤矿安全生产大数据平台、矿山一体化传输与多网融合通信、基于大数据的煤矿关键设备故障诊断与远程维护、基于专家系统的煤矿安全生产知识库、覆盖全国24h全周期的云服务平台)以及精确感知定位系统(包括:灾变环境应急通信及遇险人员精确定位系统、灾变环境感知与侦测系统),驱动矿山产业结构调整和优化升级,促进矿山产业向安全、高效、智能方向发展。

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