【正文】 ? 《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)》GB50166 —2022 ? 《礦山安全條例》? 《爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》GB50058—1992 ? 《煤炭工業(yè)選煤廠設(shè)計規(guī)范》MT 5007—94? 《軟件開發(fā)規(guī)范》 DZ/T 0169—1997? 《計算機(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現(xiàn)綜合自動化的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)三個感知，形成完備的基于自有技術(shù)的礦山物聯(lián)網(wǎng)體系。 系 統(tǒng) 設(shè) 計 起 點 定 位 要 切 合實 際 ， 做 到 標(biāo) 準(zhǔn) 要 高 ， 既 保 證 目 前 應(yīng) 用 的 需 要 ， 同 時 保 證 將 來 系 統(tǒng) 擴(kuò) 展 和 提 升 的 需 要 。(2) 以東升、金宏煤礦為主，預(yù)留到集團(tuán)和到物聯(lián)網(wǎng)中心的信息接口。(4) 充分利用現(xiàn)有資源條件，降低系統(tǒng)應(yīng)用成本。(5)感知礦山系統(tǒng)設(shè)計要本著為需求設(shè)計的思想進(jìn)行設(shè)計規(guī)劃。總體規(guī)劃要根據(jù)感知礦山的需求及遠(yuǎn)期目標(biāo)進(jìn)行，分步實施要根據(jù)資金、人才等資源條件，合理分配項目實施階段，循序漸進(jìn)，避免盲目投入。由于綜合自動化及數(shù)字礦山模型在我國煤礦企業(yè)己經(jīng)有眾多的實際應(yīng)用，感知礦山物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)該建立在這些己有工作的基礎(chǔ)上，充分借鑒己有的經(jīng)驗和系統(tǒng)，而不是全盤推翻，另搞一套。感知礦山物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模型如圖 4－1 所示，這是一個三層結(jié)構(gòu)的模型，感知礦山的總體目標(biāo)已經(jīng)很好的體現(xiàn)在模型中。（1）骨干網(wǎng)功能與要求：骨干網(wǎng)為網(wǎng)絡(luò)化的煤礦監(jiān)測與控制系統(tǒng)、語音信號及視頻信號傳輸與管理提供了信息高速公路。骨干傳輸網(wǎng)與礦山綜合自動化骨干傳輸網(wǎng)基本相同，使用防爆 1000M 工業(yè)以太網(wǎng)。例如：采用西門子網(wǎng)管型 Profi 工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，以 X 系列工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)硬件為基礎(chǔ)的實時環(huán)形冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為全礦井各生產(chǎn)子系統(tǒng)的綜合傳輸平臺。（2）感知網(wǎng)功能與要求：主要是無線網(wǎng)絡(luò)。9 / 33引發(fā)礦山事故的災(zāi)害源如瓦斯、礦壓、透水等均散布在尚未開采的地層中，且具有流動性，開采擾動會造成它們相對集中，演化為災(zāi)害前兆事件。顯然，無法用固定的接觸式傳感器直接監(jiān)測災(zāi)害源，只能通過對前兆事件發(fā)生時通過地層傳播出來的物理量（如電磁幅射、聲發(fā)射等）進(jìn)行監(jiān)測和識別、處理，但傳播這些物理量的地層也具有不確定性。煤礦生產(chǎn)是移動作業(yè)，人員、設(shè)備、車輛等集中在巷道中，隨著煤礦生產(chǎn)的進(jìn)行，這些巷道及設(shè)備位置均處在不斷變化之中，移動感知監(jiān)控正是礦山生產(chǎn)的特點。感知層網(wǎng)絡(luò)通過無線網(wǎng)關(guān)分段接入骨干網(wǎng)，實現(xiàn)井下主要工作區(qū)域的無線覆蓋或全覆蓋。與綜合自動化系統(tǒng)相比，感知礦山物聯(lián)網(wǎng)在感知層更多的是分布式感知與控制，而綜合自動化系統(tǒng)更多的是如何將子系統(tǒng)接入骨干網(wǎng)。 信息集成與 MES 層信息集成與 MES 層由兩大部分組成，一是信息集成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括調(diào)度指揮控制中心以太網(wǎng)，互為冗余的 I/O 服務(wù)器組和數(shù)據(jù)服務(wù)器集群。服務(wù)器上的重要歷史信息能夠保留一年或更長時間。以及煤礦生產(chǎn)過程的優(yōu)化管理，根據(jù)煤礦生產(chǎn)流程，當(dāng)某個實時事件發(fā)生時，MES 對此及時做出反應(yīng)、報告，并用當(dāng)前的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)對它們進(jìn)行指導(dǎo)和處理，減少煤礦企業(yè)內(nèi)部沒有附加值的活動，有效地指導(dǎo)生產(chǎn)運(yùn)作過程，提高生產(chǎn)力、生產(chǎn)安全性、改善物料的流通性能、又能提高生產(chǎn)回報率。10 / 33本層的關(guān)鍵技術(shù)之一是統(tǒng)一的數(shù)據(jù)倉庫平臺。例如，對礦山進(jìn)行安全運(yùn)行評價，需要監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、通風(fēng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、礦壓監(jiān)測的數(shù)據(jù)、地下水位及涌水量的數(shù)據(jù)等等，如果各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)沒有統(tǒng)一的描述形式和存貯方式，信息挖掘與融合將是一句空話。 管理決策與應(yīng)用層管理決策與應(yīng)用層主要是各種軟件應(yīng)用模塊。管理決策層的各種軟件應(yīng)用模塊就是這種目的的具體體現(xiàn)。通過企業(yè) Intra 網(wǎng)絡(luò)，礦山各個職能部分可實現(xiàn)更高層次的應(yīng)用。 感知礦山示范工程建設(shè)內(nèi)容感 知 礦 山 示 范 工 程 本 著 統(tǒng) 一 設(shè) 計 ， 分 布 實 施 的 原 則 進(jìn) 行 規(guī) 劃 設(shè) 計 。實現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)營、生產(chǎn)決策、安全生產(chǎn)管理和設(shè)備控制等信息的有機(jī)集成，達(dá)到減人增效和提高礦井安全水平的目的。11 / 33? 感知礦山網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)：包括井上、井下 1000M 高速工業(yè)以太網(wǎng)和調(diào)度指揮控制中心工業(yè)以太網(wǎng)建設(shè)；利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)建立覆蓋煤礦井下，并與 1000M 工業(yè)以太網(wǎng)相結(jié)合的無線自組網(wǎng)系統(tǒng)（實現(xiàn)人員管理、無線語音、無線數(shù)據(jù)、無線視頻的統(tǒng)一平臺），保障出現(xiàn)故障或災(zāi)害情況下通信鏈路的通暢。? 設(shè)備健康狀態(tài)感知：對井上、井下各生產(chǎn)及輔助系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，減少井下操作人員，對礦井主要的生產(chǎn)與輔助系統(tǒng)進(jìn)行自動化監(jiān)控（膠帶機(jī)、排水、變電所、通風(fēng)機(jī)房、壓風(fēng)機(jī)房無人值守，提升系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控，少人工作面監(jiān)控）；感知礦山設(shè)備工作健康狀況，實現(xiàn)預(yù)知維修。 一期工程建設(shè)內(nèi)容? 系統(tǒng)集成平臺建設(shè)：建設(shè)全礦井安全、人員、設(shè)備的感知集成平臺，實現(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、集成軟件建設(shè)等。? 感知網(wǎng)建設(shè)：利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)建立覆蓋煤礦井下，并與 1000M 工業(yè)以太網(wǎng)相結(jié)合的無線自組網(wǎng)系統(tǒng)。? 對井上、井下各生產(chǎn)及輔助系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，減少井下操作人員，對礦井主要的生產(chǎn)與輔助系統(tǒng)進(jìn)行自動化監(jiān)控（膠帶機(jī)、排水、變電所、通風(fēng)機(jī)房、壓風(fēng)機(jī)房無人值守，提升系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控）。 二期工程建設(shè)內(nèi)容? 三維 GIS（煤礦安全生產(chǎn)仿真環(huán)境）平臺建設(shè)：利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，結(jié)合地理信息系統(tǒng)和礦井集成監(jiān)控系統(tǒng)，研制一個用于煤礦安全生產(chǎn)信息綜合管理的軟件系統(tǒng)平臺。? 礦山災(zāi)害風(fēng)險感知：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。12 / 335 示范工程集成平臺建設(shè)調(diào) 度 指 揮 中 心 是 感 知 礦 山 系 統(tǒng) 中 各 種 信 息 的 集 散 地 ， 因 而 它 又 是 一 個 信 息 中 心 。在 感 知 礦 山 示 范 工 程 建 設(shè) 中 ， 調(diào) 度 指 揮 中 心 的 功 能 與 原 來 生 產(chǎn) 方 式 下 的 單 純 的 調(diào) 度 室相 比 得 到 了 大 大 加 強(qiáng) 與 擴(kuò) 大 ， 各 種 系 統(tǒng) 的 信 息 均 通 過 綜 合 傳 輸 網(wǎng) 絡(luò) 送 到 調(diào) 度 指 揮 中 心 ， 是 感知 礦 山 的 上 層 集 成 平 臺 。集 成 平 臺 建 設(shè) 包 括 硬 件 平 臺 建 設(shè) 和 軟 件 平 臺 建 設(shè) 。2) 設(shè) 置 1 臺 I/O 服 務(wù) 器 ,采 集 全 礦 生 產(chǎn) 、 安 全 等 全 部 信 息 ， 并 提 供 給 以 太 網(wǎng) 上 各 個 操 作 員站 ， 各 個 工 作 站 對 全 礦 子 系 統(tǒng) 的 控 制 信 息 也 由 服 務(wù) 器 ， 經(jīng) 由 工 業(yè) 以 太 網(wǎng) 上 相 應(yīng) 節(jié) 點 發(fā) 送到 被 控 子 系 統(tǒng) 。4) 設(shè) 置 1 臺 數(shù) 據(jù) 庫 服 務(wù) 器 :數(shù) 據(jù) 庫 服 務(wù) 器 負(fù) 責(zé) 存 儲 全 礦 安 全 、 生 產(chǎn) 等 信 息 ， 產(chǎn) 生 實 時 和 歷史 數(shù) 據(jù) 庫 ， 供 管 理 網(wǎng) 數(shù) 據(jù) 查 詢 與 分 析5) 設(shè) 置 1 臺 定 位 服 務(wù) 器 ， 實 現(xiàn) 對 礦 井 人 員 位 置 信 息 的 采 集 及 定 位 計 算 。7) 設(shè) 置 1 臺 工 程 師 站 ， 負(fù) 責(zé) 全 部 控 制 系 統(tǒng) 的 組 態(tài) 和 維 護(hù) ， 工 程 師 站 由 經(jīng) 過 專 門 培 訓(xùn) 過 的 工程 師 操 作 。9) 設(shè) 置 1 臺 核 心 工 業(yè) 交 換 機(jī) 實 現(xiàn) 整 個 礦 山 安 全 、 生 產(chǎn) 信 息 的 交 互 。 軟件平臺建設(shè)軟件平臺確保煤礦所有安全生產(chǎn)、人員、設(shè)備、管理信息等復(fù)雜異構(gòu)信息在一個統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)平臺上運(yùn)行，在異構(gòu)條件下進(jìn)行聯(lián)通與共享，能夠使不同功能的應(yīng)用系統(tǒng)聯(lián)系起來，協(xié)調(diào)有序運(yùn)行，使各自獨立的監(jiān)控系統(tǒng)信息實現(xiàn)共享。具體功能接口如圖 5－2 所示。將各種安全生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)、人員井下位置信息、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息、環(huán)境安全實時信息等實時信息通過實時數(shù)據(jù)庫功能快速存儲。將煤礦現(xiàn)有各種系統(tǒng)按照統(tǒng)一協(xié)議規(guī)范，設(shè)計協(xié)議轉(zhuǎn)換接口。（3）實時數(shù)據(jù)顯示。（4）數(shù)據(jù)聯(lián)機(jī)分析。（5）數(shù)據(jù)報表功能。（6）曲線功能。（7）智能數(shù)據(jù)決策輔助支持。（8）通信狀態(tài)實時監(jiān)測。（9）預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)開放接口。軟件平臺主要由 5 大部分組成：1) 數(shù)據(jù)輸入接口。 2) 數(shù)據(jù)中心。3) 應(yīng)用系統(tǒng)。如：生產(chǎn)調(diào)度子系統(tǒng)、GIS 與 VR 子系統(tǒng)、安全信息管理、災(zāi)害預(yù)防與防治、運(yùn)銷管理、材料與設(shè)備管理、辦公自動化、人員信息管理、系統(tǒng)安全管理等若干面向應(yīng)用的子系統(tǒng)。根據(jù)各監(jiān)控系統(tǒng)的反饋控制需求，按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議規(guī)范，提供標(biāo)準(zhǔn)輸出接口。為各應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示與控制提供 WEB 服務(wù)功能。根據(jù)感知礦山模型的要求，系統(tǒng)由三層結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)組成。如果在使用過程中存在光纖網(wǎng)絡(luò)某點斷開，網(wǎng)絡(luò)也能照常工作，而且系統(tǒng)能及時診斷出故障點以便維修。它理所當(dāng)然是三網(wǎng)合一的系統(tǒng)，除接入各種監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)外，將有線 IP 電話、無線移動電話、人員定位系統(tǒng)、數(shù)字視頻系統(tǒng)都接入網(wǎng)絡(luò)。圖 61 中感知層網(wǎng)絡(luò)為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，感知層網(wǎng)絡(luò)通過無線網(wǎng)關(guān)分段接入骨干網(wǎng)，實現(xiàn)井下主要工作區(qū)域的無線覆蓋。調(diào)度指揮控制中心以太網(wǎng)，設(shè)計互為冗余的 I/O 服務(wù)器組和數(shù)據(jù)服務(wù)器集群，并設(shè)立相應(yīng)的操作員站。服務(wù)器上的重要歷史信息能夠保留一年或更長時間。在調(diào)度指揮控制中心以太網(wǎng)上，將設(shè)計 4 臺操作員站，各個操作員站實現(xiàn)對全礦子系統(tǒng)的控制，其中控制信息也由服務(wù)器經(jīng)工業(yè)以太網(wǎng)上相應(yīng)節(jié)點發(fā)送到被控子系統(tǒng)。7 感知網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)煤礦井下移動設(shè)備、人員、及礦山災(zāi)害的分布式監(jiān)測均需要無線網(wǎng)絡(luò)，這包括無線語音、無線數(shù)據(jù)、無線視頻等信息的傳輸。18 / 33 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點具有體積小、數(shù)量大、布置靈活、不需單獨供電、不需要專人維護(hù)等特點，將傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于礦山，實現(xiàn)礦山的完全感知，是利用無線節(jié)點的多樣性和無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣的特點，將礦山的設(shè)備信息、環(huán)境信息、井下人員信息與定位信息及時地傳輸給地面監(jiān)控中心，不僅可以擺脫現(xiàn)有有線網(wǎng)絡(luò)線纜的束縛，還可以填補(bǔ)現(xiàn)有礦山監(jiān)控系統(tǒng)的諸多漏洞。設(shè)計的感知礦山傳感網(wǎng)系統(tǒng)示意圖如圖 71 所示。因井下巷道為一狹長空間，無線網(wǎng)絡(luò)的匯結(jié)必須通過礦用本安型以太網(wǎng)延長器或光纖耦合器進(jìn)行延長到分支交換機(jī)。19 / 33由于無線基站(AP)選用可支持 WIFI（）的設(shè)備，井下各種支持 WIFI 協(xié)議的終端，如身份識別卡、無線攝像機(jī)、WIFI 手機(jī)等，都可以通過無線網(wǎng)絡(luò)接入到井下骨干網(wǎng)中，各種終端產(chǎn)品的信息也可以通過骨干網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)骄?，由管理服?wù)器對這些信息進(jìn)行管理和顯示，達(dá)到井下無線產(chǎn)品綜合監(jiān)控和管理的目的。無線覆蓋工作主要由無線基站完成，根據(jù)井下環(huán)境布置大量的無線基站，利用無線基站的覆蓋范圍來保證所有無線終端的信息都能夠被基站所接收，基站與本安交換機(jī)通過本安以太網(wǎng)延長器或光纖耦合器，將接收到的終端信息發(fā)送給交換機(jī)，交換機(jī)通過光纖耦合器接入井下光纖骨干網(wǎng)，從而將終端的信息傳輸給骨干網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而傳輸?shù)降孛嬷笓]中心；如果無線基站與交換機(jī)距離過遠(yuǎn)，或者不方便計入骨干環(huán)網(wǎng)時，如分支巷道、斜井等環(huán)境，采用總線延長器或光纖耦合器將無線基站與骨干網(wǎng)相連；為了節(jié)省有線傳輸資源，基站之間先通過