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[摘 要]通过对煤矿生产的巷道特点、生产工艺及使用设备的特殊性进行分析，提出了煤矿物联网技术应用时存在的问题：GPS信号不能覆盖、定位不够精确、设备定位卡安装困难、防爆类型选择、各系统兼容性差、协作反应时间长等问题，并就问题提出相应的可行解决方法。
[关键词]煤矿 物联网 精确定位 无人化工作面
中图分类号：TU891 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）04-0199-01
煤炭是我国的主要能源，1995年以来煤炭在我国能源生产结构中占74.7%，在我国能源消费结构中占69.5%。煤矿生产是半连续性、半流水化模式。工程种类多，地点分散，井下地质条件多变、涉及专业环节多，这就造成了割煤机、掘进机移动速度越快，生产环节协同的需求越迫切。协同的反应时间必须小于可能引起事故作用的反应时间。需要指出的是，随着各种传感器技术的不断成熟和完善，使协同信息的需求数据在煤矿的每一个角落获取成为可能。处理速度极快的高性能计算机的出现也是加速物联网出现并快速发展的主要原因。在这种情况下煤矿物联网被业界提出，可以说是整个煤炭行业管理高度标准化和高度信息化产物，是企业管理模式的规范化表现，也是企业管理发展的最终目标。然而矿井下有瓦斯等爆炸性气体、矿尘大、潮湿、有淋水、巷道空间狭小、巷道弯曲和分支，瓦斯、水、火、顶板、煤尘、放炮、运输、机电等事故威胁着煤矿安全生产。因此，用于地面的物联网技术和设备，难以直接用于煤矿井下。由此，在应用建设煤矿物联网的时候就出现了不少的问题，其中就包括以下几点：
1、GPS信号不能覆盖煤矿井下，定位不够精确
GPS全球定位系统是提供定位的主流产品，但是GPS仅能在室外空旷地带提供定位服务，针对室内空间则无能为力。在一些室内空间中，特定应用下的定位需求一直存在，列如：机场候机楼内、医院住院部、监狱监控等室内空间，特别是布置在离地表数百米以下的煤矿巷道。目前市场上的室内定位系统普遍采用WiFi网络技术，由于WiFi技术的研发目标是解决无线通信带宽太小的问題，而不是提供定位服务，因此，此类系统普遍存在定位点漂移、远距离来回跳跃等现象，而且煤矿井下空间狭小，有风门、机车等阻挡体，巷道介质、弯曲、分支、倾斜、表面粗糙度、巷道支护等会影响电磁波的传输，传输衰耗大，所以WiFi技术无法提供准确的定位精度，导致应用时无法提供有效的定位服务。而煤矿现阶段使用的最多的RFID技术要想实现精确定位需要在巷道安装很多的识别端才能进行无缝定位，建设成本高，漏读率居高不下。
2、设备定位卡安装困难
煤矿物联网的应用很大一方面是要实现设备的跟踪及定位，其中包括固定设备（如开关、移动变压站、电机、水泵等）及移动设备（如单轨吊、机车、采煤机、综掘机等）。而上述设备基本都是防爆设备，有着防爆外壳。如果将定位卡安装在设备内部，由于防爆外壳的屏蔽性强，容易导致无法识别到设备；如果将定位卡安装在设备外部，定位卡的固定难度高，在运动或潮湿的环境中容易造成定位卡的脱落损坏，而失去设备的定位信息。
3、煤矿井下有易燃易爆性气体和粉尘
因此，物联网系统和设备必须是防爆型电气设备，并宜采用安全性能好的本质安全型防爆措施，输入输出信号必须是本质安全信号。但考虑到如果是防爆型的识别端和定位端在安装时由于重量问题容易造成安装难度加大；如果是本安型识别端和定位端即需要保证设备使用电压符合本质安全要求，从而需要加装变压器进行电压转变。
4、随着煤矿信息化程度的加深，煤矿先期已经进行了一部分的自动化建设，包括属于物联网领域的人员定位系统及“信、集、闭”系统
而这些系统使用的均为RFID技术，在和新建物联网系统的兼容性上存在一定的问题，同时为了避免重复投资，在一定程度上还要使用原有系统的主干网络进行数据传输，对新系统进行融合。
针对上述问题，重点考虑解决煤矿物联网信息编码、传输、处理等标准；矿用重大关键设备生产、运输、仓储、使用、维护等全过程管控；煤矿井下人员精确定位、自动识别与培训监管等方面的关键技术。考虑使用精确定位电缆、多形态标签、多功能终端、多形态连接器、多协议接入器以及地面服务器、平台软件以及管理应用系统组成新型煤矿物联网应用平台，结合煤矿自身的实际情况，从根本上解决GPS信号不能覆盖、定位不够精确、设备定位卡安装困难、防爆类型选择、各系统兼容性差等问题，在此基础上建设无人值守工作面及无人值守掘进迎头，研发一套适用于矿井下的物联网基础应用网络，此网络具备精确定位人员、设施和车辆，并提供无线接入和高带宽数据承载能力，方便未来扩展矿井数字化工程，发挥物联网的最大功效。
参考文献
[1] 孙继平.煤矿井下人员位置监测技术与系统[J].煤炭科学技术，2010（11）：1-4.
[2] 孙继平.煤矿井下人员位置监测系统联网[J].煤炭科学技术，2009，37（11）：77-79.
[3] 孙继平。煤矿物联网特点与关键技术研究[J].煤炭学报，2011，36（1）：167-171.
[4] 孙继平.煤矿安全生产与信息化[M].北京：煤炭工业出版社，2011.
[5] 张玄德. 煤矿物联网建设的重点及步骤[J].山东煤炭科技，2011（06）.
作者简介
刘富道：48岁，高级工程师，福城矿业公司经理.
郭玉强：45岁，高级工程师，福城矿业公司副经理.
吴佳鑫：25岁，助理工程师，福城矿业公司自动化办公室.
[关键词]煤矿 物联网 精确定位 无人化工作面
中图分类号：TU891 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）04-0199-01
煤炭是我国的主要能源，1995年以来煤炭在我国能源生产结构中占74.7%，在我国能源消费结构中占69.5%。煤矿生产是半连续性、半流水化模式。工程种类多，地点分散，井下地质条件多变、涉及专业环节多，这就造成了割煤机、掘进机移动速度越快，生产环节协同的需求越迫切。协同的反应时间必须小于可能引起事故作用的反应时间。需要指出的是，随着各种传感器技术的不断成熟和完善，使协同信息的需求数据在煤矿的每一个角落获取成为可能。处理速度极快的高性能计算机的出现也是加速物联网出现并快速发展的主要原因。在这种情况下煤矿物联网被业界提出，可以说是整个煤炭行业管理高度标准化和高度信息化产物，是企业管理模式的规范化表现，也是企业管理发展的最终目标。然而矿井下有瓦斯等爆炸性气体、矿尘大、潮湿、有淋水、巷道空间狭小、巷道弯曲和分支，瓦斯、水、火、顶板、煤尘、放炮、运输、机电等事故威胁着煤矿安全生产。因此，用于地面的物联网技术和设备，难以直接用于煤矿井下。由此，在应用建设煤矿物联网的时候就出现了不少的问题，其中就包括以下几点：
1、GPS信号不能覆盖煤矿井下，定位不够精确
GPS全球定位系统是提供定位的主流产品，但是GPS仅能在室外空旷地带提供定位服务，针对室内空间则无能为力。在一些室内空间中，特定应用下的定位需求一直存在，列如：机场候机楼内、医院住院部、监狱监控等室内空间，特别是布置在离地表数百米以下的煤矿巷道。目前市场上的室内定位系统普遍采用WiFi网络技术，由于WiFi技术的研发目标是解决无线通信带宽太小的问題，而不是提供定位服务，因此，此类系统普遍存在定位点漂移、远距离来回跳跃等现象，而且煤矿井下空间狭小，有风门、机车等阻挡体，巷道介质、弯曲、分支、倾斜、表面粗糙度、巷道支护等会影响电磁波的传输，传输衰耗大，所以WiFi技术无法提供准确的定位精度，导致应用时无法提供有效的定位服务。而煤矿现阶段使用的最多的RFID技术要想实现精确定位需要在巷道安装很多的识别端才能进行无缝定位，建设成本高，漏读率居高不下。
2、设备定位卡安装困难
煤矿物联网的应用很大一方面是要实现设备的跟踪及定位，其中包括固定设备（如开关、移动变压站、电机、水泵等）及移动设备（如单轨吊、机车、采煤机、综掘机等）。而上述设备基本都是防爆设备，有着防爆外壳。如果将定位卡安装在设备内部，由于防爆外壳的屏蔽性强，容易导致无法识别到设备；如果将定位卡安装在设备外部，定位卡的固定难度高，在运动或潮湿的环境中容易造成定位卡的脱落损坏，而失去设备的定位信息。
3、煤矿井下有易燃易爆性气体和粉尘
因此，物联网系统和设备必须是防爆型电气设备，并宜采用安全性能好的本质安全型防爆措施，输入输出信号必须是本质安全信号。但考虑到如果是防爆型的识别端和定位端在安装时由于重量问题容易造成安装难度加大；如果是本安型识别端和定位端即需要保证设备使用电压符合本质安全要求，从而需要加装变压器进行电压转变。
4、随着煤矿信息化程度的加深，煤矿先期已经进行了一部分的自动化建设，包括属于物联网领域的人员定位系统及“信、集、闭”系统
而这些系统使用的均为RFID技术，在和新建物联网系统的兼容性上存在一定的问题，同时为了避免重复投资，在一定程度上还要使用原有系统的主干网络进行数据传输，对新系统进行融合。
针对上述问题，重点考虑解决煤矿物联网信息编码、传输、处理等标准；矿用重大关键设备生产、运输、仓储、使用、维护等全过程管控；煤矿井下人员精确定位、自动识别与培训监管等方面的关键技术。考虑使用精确定位电缆、多形态标签、多功能终端、多形态连接器、多协议接入器以及地面服务器、平台软件以及管理应用系统组成新型煤矿物联网应用平台，结合煤矿自身的实际情况，从根本上解决GPS信号不能覆盖、定位不够精确、设备定位卡安装困难、防爆类型选择、各系统兼容性差等问题，在此基础上建设无人值守工作面及无人值守掘进迎头，研发一套适用于矿井下的物联网基础应用网络，此网络具备精确定位人员、设施和车辆，并提供无线接入和高带宽数据承载能力，方便未来扩展矿井数字化工程，发挥物联网的最大功效。
参考文献
[1] 孙继平.煤矿井下人员位置监测技术与系统[J].煤炭科学技术，2010（11）：1-4.
[2] 孙继平.煤矿井下人员位置监测系统联网[J].煤炭科学技术，2009，37（11）：77-79.
[3] 孙继平。煤矿物联网特点与关键技术研究[J].煤炭学报，2011，36（1）：167-171.
[4] 孙继平.煤矿安全生产与信息化[M].北京：煤炭工业出版社，2011.
[5] 张玄德. 煤矿物联网建设的重点及步骤[J].山东煤炭科技，2011（06）.
作者简介
刘富道：48岁，高级工程师，福城矿业公司经理.
郭玉强：45岁，高级工程师，福城矿业公司副经理.
吴佳鑫：25岁，助理工程师，福城矿业公司自动化办公室.