【正文】 DZ/T 0169—1997? 《計(jì)算機(jī)軟件可靠性和維護(hù)性管理》 GB/T 14394—1993? 《建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ16 —2022? 《安全技術(shù)防范規(guī)程工程程序技術(shù)規(guī)范》GB 50348—2022? 《閉路電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》GB50198 —94 4 感知礦山示范工程總體規(guī)劃感知礦山示范工程是在實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)三個(gè)感知，形成完備的基于自有技術(shù)的礦山物聯(lián)網(wǎng)體系。即：5 / 33? 感知礦工周圍安全環(huán)境，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式安全保障；? 感知礦山設(shè)備工作健康狀況，實(shí)現(xiàn)預(yù)知維修；? 感知礦山災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)各種災(zāi)害事故的預(yù)警預(yù)報(bào)。這是感知礦山物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)基本是礦山原來各種系統(tǒng)的簡單集成，比較好地做到了減人提效，但礦山集成網(wǎng)絡(luò)的價(jià)值沒得到應(yīng)有的提升，也沒有給礦山安全帶來明顯的改善。此外，物聯(lián)網(wǎng)還明確提出了物與物相聯(lián)的概念，而在以前的數(shù)字礦山等諸多概念中，基本是人與人、人與物相聯(lián)的概念為主。 感知礦山物聯(lián)網(wǎng)的特征近些年在礦山提出過許多概念，如數(shù)字礦山、礦山綜合自動(dòng)化、信息化礦山、智能礦山等，而“感知礦山”是在綜合了這些概念的基礎(chǔ)上，更加具體、全面、動(dòng)態(tài)、詳盡地描述真實(shí)礦山。這都是感知礦山物聯(lián)網(wǎng)示范工程需要解決的問題。過去的思路一直是將物理基礎(chǔ)設(shè)施和信息基礎(chǔ)設(shè)施分開。不僅如此，礦山生產(chǎn)3 / 33活動(dòng)又是始終處于一種隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的復(fù)雜系統(tǒng)之中，所以反映其實(shí)際狀態(tài)的各種數(shù)據(jù)，如果得不到有效集成，就只能形成彼此隔離的“信息孤島”，同時(shí)探測(cè)同一地質(zhì)實(shí)體的多數(shù)系統(tǒng)只能對(duì)其采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、顯示和打印，而面向同一地質(zhì)實(shí)體同時(shí)探測(cè)到的多源信息往往得不到有效地綜合利用，更談不上有效地為煤礦安全提供決策依據(jù)。隨著國家對(duì)礦山安全的重視程度不斷加強(qiáng)，礦山企業(yè)在各種安全、生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)方面的投入逐年加大，對(duì)保證礦山的安全和正常生產(chǎn)起到了重要作用。 我國煤礦生產(chǎn)現(xiàn)狀煤炭是我國主要能源，目前在我國能源生產(chǎn)和消費(fèi)中，煤炭約占 73％。中國物聯(lián)網(wǎng)專家委員會(huì)主任委員鄔賀銓院士對(duì)這個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的概念又進(jìn)一步做了修正：“物聯(lián)網(wǎng)是指通過信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把需要聯(lián)網(wǎng)的物品與網(wǎng)絡(luò)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)，它是在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展應(yīng)用” 。這個(gè)概念不特意指明國際互聯(lián)網(wǎng)，明確提出是需要聯(lián)網(wǎng)的物體，同時(shí)強(qiáng)調(diào)物聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)的延伸和擴(kuò)展應(yīng)用。據(jù)專家預(yù)測(cè)，到 2050 年煤炭仍會(huì)占中國能源消費(fèi)的 50%以上，煤炭作為主要能源的地位將會(huì)在相當(dāng)長的歷史時(shí)期中不會(huì)改變。但是在目前的裝備和技術(shù)水平下，無法根除各種安全隱患，礦山災(zāi)害時(shí)有發(fā)生。隨著開采深度的加大和賦存地質(zhì)條件的惡化，使得深部煤炭開采的力學(xué)環(huán)境、巖體組織結(jié)構(gòu)、基本力學(xué)行為特征和工程響應(yīng)與淺部明顯不同，導(dǎo)致沖擊礦壓、頂板大面積來壓和采空區(qū)失穩(wěn)等動(dòng)力災(zāi)害事故明顯增加，已對(duì)深部煤炭資源的安全開采造成嚴(yán)重威脅。對(duì)煤礦安全生產(chǎn)而言，在“物聯(lián)網(wǎng)”時(shí)代，瓦斯、CO 等各類傳感器、電纜、電氣機(jī)械設(shè)備、鋼筋混凝土等等，所有這些將與芯片、寬帶整合為統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施，基于物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)煤礦復(fù)雜環(huán)境下生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)的人員、機(jī)器、設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)施更加實(shí)時(shí)有效的協(xié)同管理和控制。2 感知礦山物聯(lián)網(wǎng)總體目標(biāo)與特征 感知礦山物聯(lián)網(wǎng)的概念及目標(biāo)作為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域， “感知礦山”是通過各種感知、信息傳輸與處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)礦山整體及相關(guān)現(xiàn)象的可視化、數(shù)字化及智慧化。比如說，在開始提數(shù)字礦山時(shí)，要花很大的精力去解釋數(shù)字礦山與地理信息系統(tǒng)不同，是要將礦山生產(chǎn)過程、礦山安全信息集成在內(nèi)的；在開始實(shí)施礦山綜合自動(dòng)化時(shí)，又在花時(shí)間去解釋要有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和數(shù)據(jù)平臺(tái)，地理信息系統(tǒng)也是綜合自動(dòng)化中的一個(gè)重要平臺(tái)，還要解釋網(wǎng)絡(luò)化控制是一種分布式控制等等。因此，對(duì)礦山移動(dòng)物體的監(jiān)控，相對(duì)較弱。以太網(wǎng)發(fā)明人之一邁特卡夫曾預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的價(jià)值是與聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備數(shù)的平方成正比。因此，感知礦山物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用不是簡單的礦山綜合自動(dòng)化，而是在此基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)一步完善礦山綜合自動(dòng)化，使其更加適應(yīng)礦山的真正需要。感知礦山建設(shè)應(yīng)以三個(gè)感知為重點(diǎn)突破點(diǎn)，對(duì)煤礦安全信息感知采集技術(shù)、煤礦信息融合、識(shí)別與協(xié)同技術(shù)、煤礦傳感網(wǎng)控制技術(shù)、煤礦傳感網(wǎng)絡(luò)安全生產(chǎn)、預(yù)警、災(zāi)后重構(gòu)再生技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)開展研究，形成完備的基于自有技術(shù)的礦山物聯(lián)網(wǎng)體系。 感知礦山系統(tǒng)規(guī)劃原則(1) 立 足 現(xiàn) 在 ， 著 眼 未 來 ， 設(shè) 計(jì) 開 放 的 感 知 礦 山 信 息 系 統(tǒng) 。(3) 明確感知礦山應(yīng)用主體，找準(zhǔn)重心，重點(diǎn)突破，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)面結(jié)合。7 / 33(6)總體設(shè)計(jì)，分步實(shí)施。因此，感知礦山物聯(lián)網(wǎng)的模型勢(shì)必與數(shù)字礦山、礦山綜合自動(dòng)化的模型有很緊密的聯(lián)系。在此網(wǎng)絡(luò)上建立了一個(gè)基于統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)的多子系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)、語音通信系統(tǒng)和多路工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)，在調(diào)度指揮控制中心監(jiān)控煤礦井上、下安全生產(chǎn)全過程，并通過網(wǎng)絡(luò)將其傳輸?shù)矫旱V各科室和局調(diào)度中心。工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)提供了對(duì)網(wǎng)絡(luò)的控制和監(jiān)視，通過 SNMP 查看各種網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，包括收/發(fā)的字節(jié)數(shù)、收/發(fā)的幀數(shù)、錯(cuò)誤數(shù)與端口狀態(tài)等，保證服務(wù)質(zhì)量（QoS）、虛擬局域網(wǎng)（VLAN）、端口鏡像、IGMP Snooping、冗余與 SNMP 等功能的實(shí)現(xiàn)。但隨著開采的進(jìn)行，災(zāi)害源集中的地點(diǎn)、強(qiáng)度、顯示度、危害程度也在不斷的發(fā)生變化，而災(zāi)害事故的產(chǎn)生卻具有突發(fā)性。各種無線接入網(wǎng)絡(luò)，如 WiFi、Zigbee 等是構(gòu)成感知層物與物相聯(lián)的主要技術(shù)，具有自組網(wǎng)功能的無線網(wǎng)絡(luò)，如無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在這一層起著不可或缺的作用。感知與控制層主要實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)與安全過程中各種傳感與控制信息的采集與施用。另一部分是在信息集成基礎(chǔ)上的 MES（Manufacturing Execution System），包括在調(diào)度指揮控制中心以太網(wǎng)上，設(shè)計(jì)多臺(tái)操作員站，操作員站完成對(duì)子系統(tǒng)的監(jiān)控：如綜采工作面監(jiān)控子系統(tǒng)、主運(yùn)輸集控子系統(tǒng)、地面供電監(jiān)控子系統(tǒng)、井下供電監(jiān)控子系統(tǒng)、主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)控子系統(tǒng)、安全監(jiān)控子系統(tǒng)等各種子系統(tǒng)的監(jiān)控。各種系統(tǒng)的數(shù)據(jù)應(yīng)有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)描述形式、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理格式和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理方式，便于信息的挖掘和融合。礦山及相關(guān)現(xiàn)象的信息在中間層得到提升后，目的是為了利用這些信息去動(dòng)態(tài)詳盡地描述與控制礦山安全生產(chǎn)與運(yùn)營的全過程，保證礦山經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)增長，保證礦山自然環(huán)境的生態(tài)穩(wěn)定。如：礦山安全生產(chǎn)評(píng)價(jià)與監(jiān)管；煤礦災(zāi)害預(yù)警與防治；煤礦供應(yīng)鏈管理；大型設(shè)備故障診斷；礦山資源環(huán)境控制及評(píng)價(jià)等。 示范工程建設(shè)總體內(nèi)容示范工程建設(shè)內(nèi)容包括的幾大方面：? 系統(tǒng)集成平臺(tái)建設(shè)：建設(shè)全礦井安全、人員、設(shè)備的感知集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全礦井地面遠(yuǎn)程監(jiān)控，包括集群服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫平臺(tái)、集成軟件平臺(tái)建設(shè)等。? 礦山災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)感知：包括煤礦災(zāi)害預(yù)警與防治，煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控與決策管理等。? 人員安全環(huán)境感知：新型基于無線覆蓋的移動(dòng)雙向數(shù)據(jù)信息終端在煤礦井下應(yīng)用。? 感知礦山設(shè)備工作健康狀況：實(shí)現(xiàn)礦山主要運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備工況分析、預(yù)知維修。 對(duì) 于感 知 礦 山 來 說 ， 它 就 是 一 個(gè) “管 控 一 體 化 ”中 心 。 硬件平臺(tái)建設(shè)工作站1工作站2工作站3工作站4工程師站中 立 區(qū)防火墻W e b服務(wù)器內(nèi) 網(wǎng) 外 網(wǎng)服 務(wù) 器 集 群 公 司局 域 網(wǎng)U P S 電 源設(shè)備應(yīng)急供電調(diào) 度 中 心 圖 51 調(diào)度指揮控制中心設(shè)備布置圖1) 設(shè) 置 1 臺(tái) 服 務(wù) 器 用 于 應(yīng) 用 程 序 開 發(fā) 、 部 署 、 維 護(hù) 及 管 理 的 一 種 基 礎(chǔ) 架 構(gòu) 。6) 設(shè) 置 4 臺(tái) 工 作 站 ， 用 于 監(jiān) 控 各 個(gè) 子 系 統(tǒng) 的 工 況 、 設(shè) 備 的 狀 態(tài) 、 控 制 各 種 設(shè) 備 的 運(yùn) 行 。10) 配 置 容 量 30kVA， 后 備 時(shí) 間 不 小 于 4h 的 UPS 電 源 設(shè) 備 。物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一平臺(tái)通信監(jiān)測(cè)報(bào)警與預(yù)警基礎(chǔ)信息管理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、 處理 、存儲(chǔ)異構(gòu)源數(shù)據(jù)接口智能輔助決策數(shù)據(jù)聯(lián)機(jī)分析數(shù)據(jù)報(bào)表歷史實(shí)時(shí)曲線功能組態(tài)圖 52 統(tǒng)一平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)模型14 / 33（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理。利用現(xiàn)有的具備 OPC、ODBC 等接口功能的系統(tǒng)，直接將數(shù)據(jù)接入到實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫；對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)接口的系統(tǒng)，按照指定的 CVS 協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換。根據(jù)一段時(shí)間范圍內(nèi)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢(shì)；綜合人員、環(huán)境、設(shè)備的持續(xù)工作和變化狀態(tài)，通過引入智能信息處理技術(shù)來預(yù)測(cè)人員和設(shè)備的健康狀況、工作狀態(tài)，預(yù)測(cè)環(huán)境的安全態(tài)勢(shì)；根據(jù)各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)區(qū)域信息、人員信息、設(shè)備信息進(jìn)行預(yù)警和報(bào)警提示功能。按照組態(tài)原則繪制實(shí)時(shí)、歷史曲線。監(jiān)測(cè)多系統(tǒng)在接入過程中的數(shù)據(jù)、通信狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)的 OPC、ODBC 實(shí)現(xiàn)與已有系統(tǒng)銜接；此外制定符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的 CVS 輸入接口。在建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上，構(gòu)建符合不同需求的應(yīng)用服務(wù)。5) WEB SERVER。骨干網(wǎng)為 1000M 工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，以保證系統(tǒng)的高可靠性。主干網(wǎng)通過工業(yè)級(jí)交換機(jī)為全礦地面及井下各個(gè)子系統(tǒng)提供方便靈活的工業(yè)以太網(wǎng)接口。服務(wù)器集群采集全礦生產(chǎn)、安全等全部信息。地面調(diào)度控制中心的操作員站完成礦山各系統(tǒng)的監(jiān)控、人員安全感知、設(shè)備健康狀態(tài)感知等。無線感知礦山傳感網(wǎng)的設(shè)計(jì)主要是對(duì)圖 41 中地面和井下骨干網(wǎng)的無線網(wǎng)絡(luò)部分進(jìn)行改造，主要依托千兆骨干環(huán)網(wǎng)布置分支交換機(jī)和無線基站，利用無線基站實(shí)現(xiàn)礦井的覆蓋，利用無線技術(shù)的帶寬高、傳輸速率快以及網(wǎng)絡(luò)可靠性高等特點(diǎn)，為井下視頻、VOIP 等技術(shù)的實(shí)現(xiàn)搭建基礎(chǔ)平臺(tái)。每個(gè)分支交換機(jī)可管理 68 個(gè)無線基站，交換機(jī)再通過光纖連接到井下的骨干環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中，從而完成井下無線系統(tǒng)的主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；在井上部分，需要為無線語音平臺(tái)加入語音服務(wù)器、為無線監(jiān)控平臺(tái)加入管理服務(wù)器、為定位信息提供定位服務(wù)器，以及與 Inter 相連的 web 服務(wù)器等，從而完成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的管理與信息處理功能。井上部分的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)井下無線網(wǎng)絡(luò)所采集數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的應(yīng)用選擇服務(wù)器，由于我們所設(shè)計(jì)的無線定位和無線環(huán)境感知系統(tǒng)構(gòu)成，因此，我們選用無線定位服務(wù)器和無線數(shù)據(jù)控制服務(wù)器通過核心交換機(jī)接入地面骨干網(wǎng)，完成對(duì)井下系統(tǒng)的管理和控制，保證信息的實(shí)時(shí)性。結(jié)合現(xiàn)有的電子礦圖實(shí)時(shí)顯示整個(gè)礦井以及各個(gè)盤區(qū)、煤層的人員的數(shù)量和分布；以及指定人員的移動(dòng)路線；可對(duì)指定人員進(jìn)行定位和跟蹤；查詢特定人員在井下的位置。通信網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用平臺(tái)前面己經(jīng)有過介紹。個(gè)人信息終端各個(gè)部分的功能如下：（1）個(gè)人信息終端同時(shí)集瓦斯監(jiān)控、溫度監(jiān)控于一身大大降低成本；（2）個(gè)人信息終端實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化，通過無線通信方式將各傳感器采集信號(hào)，通過礦井已經(jīng)部署的無線網(wǎng)絡(luò)向上位機(jī)發(fā)送；（3）個(gè)人信息終端可以監(jiān)測(cè)到工人的活動(dòng)狀態(tài)，礦難發(fā)生后能夠監(jiān)測(cè)被困人員的生命活動(dòng)跡象；（4）當(dāng)井下出現(xiàn)險(xiǎn)情或者礦工被困時(shí)，個(gè)人信息終端不僅能向上位機(jī)發(fā)送呼救信號(hào)，而且能告知上位機(jī)發(fā)出呼救信號(hào)的類型；（5）個(gè)人信息終端能夠接收調(diào)度室發(fā)送的避災(zāi)路線；（6）個(gè)人信息終端具有精確定位的功能。PLC 有通訊接口模