近幾年，在政策與科技的雙重推動下物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)得到了長足的發(fā)展，作為物聯(lián)網(wǎng)世界的衍生品，物聯(lián)網(wǎng)卡也備受世界矚目。如今的物聯(lián)網(wǎng)卡已經(jīng)被大范圍的投入到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通業(yè)、醫(yī)療業(yè)等領域的應用中，為社會的進步貢獻出巨大的推動力，煤礦業(yè)作為工業(yè)領域重要部分，其開采、運輸一直是行業(yè)難題，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術在其中的應用，物聯(lián)網(wǎng)煤礦業(yè)迎來了行業(yè)的新曙光，“物聯(lián)網(wǎng)+煤礦業(yè)”的新模式，使感知礦山成為實現(xiàn)，打破了幾千年來人們探索礦山的技術難點。

感知礦山

數(shù)年來，工業(yè)界一直處于一場重大而根本性的變革之中，這一變革在德國被稱為“工業(yè)4.0”，在中國稱為“中國制造2025”，而推廣到礦山領域，我們稱之為“感知礦山”，它將是“物聯(lián)網(wǎng)+”這一概念應用在礦山行業(yè)的最佳模式。

為了保證礦山的安全開采，管理者希望能夠了解礦山開采每一個環(huán)節(jié)、每一道工序、每一臺設備的運行情況，能夠全面感知礦山的地質、環(huán)境、采掘設備狀態(tài)等信息，就像人們利用感覺器官可以全面感知我們的身體狀態(tài)一樣。但是，礦山開采是一個復雜的過程，涉及大量的電氣和機械設備，還難以做到有效監(jiān)測監(jiān)控。因此，感知礦山的內涵，就是要利用現(xiàn)代的傳感技術、通信技術和信息處理技術，實現(xiàn)礦山生產(chǎn)過程中資源環(huán)境、地質災害、人員安全、設備健康的全面監(jiān)測。

礦山開采系統(tǒng)主要包括：綜掘設備、綜采設備、膠帶運輸、提升系統(tǒng)、輔助運輸、煤的洗選、裝車等礦山采掘、生產(chǎn)、運輸過程中所涉及的一系列生產(chǎn)系統(tǒng)。同時，礦山開采還要面對復雜的地質條件、礦山壓力、瓦斯、一氧化碳、地下水及煤塵等，需要排水、通風、供電、壓風等生產(chǎn)輔助系統(tǒng)。大量的開采系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)獨立運行，不成體系，造成了礦山生產(chǎn)監(jiān)控難、調度難、安全事故多等問題。

錢學森等3 位中國學者于1990 年發(fā)表了題為“一個科學新領域——開放的復雜巨系統(tǒng)及其方法論”一文，提出了開放的復雜巨系統(tǒng)的概念，揭開了開放的復雜巨系統(tǒng)研究的序幕。錢學森在復雜性理論的研究中將系統(tǒng)分為簡單系統(tǒng)和巨系統(tǒng)兩大類，巨系統(tǒng)又分為簡單巨系統(tǒng)和復雜巨系統(tǒng)，進而提出開放的復雜巨系統(tǒng)概念。他指出開放的復雜巨系統(tǒng)具有以下四個特征：第一，系統(tǒng)是開放的，也就是系統(tǒng)本身與系統(tǒng)外部環(huán)境有物質、能量和信息的交換；第二，系統(tǒng)包含很多子系統(tǒng)，成千上萬甚至是上億萬，所以是巨系統(tǒng)；第三，系統(tǒng)的種類繁多，有幾十、上百甚至幾百種，所以是復雜的；第四，正因為以上幾個特征，整個系統(tǒng)之間的結構是多層次的，每個層次都表現(xiàn)出系統(tǒng)的復雜行為，甚至還有作為社會人的參與。

我們認為，礦井生產(chǎn)系統(tǒng)就是一個典型的開放的復雜巨系統(tǒng)。首先，礦井系統(tǒng)所包含的子系統(tǒng)種類繁多，數(shù)量龐大，如礦井地質、巷道開拓、巷道掘進、圍巖支護、工作面回采、供電線路、電器設備、監(jiān)測監(jiān)控、瓦斯抽放、礦井通風、排水、井底車場、運輸、提升、地面設施等子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)本身又包含許多子系統(tǒng)，層次很多，規(guī)模宏大，可以劃分為成千上萬個系統(tǒng)，所以稱為“巨”系統(tǒng)；其次，影響安全生產(chǎn)的因子眾多，各因子之間具有強烈的非線性相互作用，復雜是礦山安全生產(chǎn)系統(tǒng)的基本特征。最后，這些系統(tǒng)本身顯然都與系統(tǒng)周圍的環(huán)境有物質的交換、能量的交換和信息的交換，且有人的參與，由于有這些交換，所以是“開放的”。

20 世紀90 年代初，微計算機技術、互聯(lián)網(wǎng)技術飛速發(fā)展，這就為礦山開采系統(tǒng)的信息采集和通信提供了技術上的保證。為了保證礦山開采這個復雜巨系統(tǒng)的穩(wěn)定性，我國的科研工作者開始將這些新技術引入到礦山開采系統(tǒng)中，用于采集各類設備和環(huán)境參數(shù)，初步實現(xiàn)礦山開采的自動化，自動化采掘、支護、開采、運輸，使得礦石的產(chǎn)量及開采的安全性得到了質的飛躍。但是，人類對礦山的感知不全面，生產(chǎn)過程中伴隨的沖擊地壓、巖爆、礦震、巖土工程失穩(wěn)、泥石流、煤與瓦斯突出、礦井火災、突水等災害仍是造成礦山生產(chǎn)事故的主要因素。因此，如何運用新興的信息技術、網(wǎng)絡技術，感知礦山開采過程中的人員信息、設備信息、災害信息及環(huán)境信息，預知自然災害及生產(chǎn)事故，保證井下工人的生命安全、設備的運行安全以及開采環(huán)境的安全，即為感知礦山的內涵。

礦山物聯(lián)網(wǎng)

礦山物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術在礦山領域應用的重要突破。其概念最早由中國礦業(yè)大學成立物聯(lián)網(wǎng)（感知礦山）研究中心提出。其目的是以礦山物聯(lián)網(wǎng)的“三層應用模型”（圖1）、“骨干網(wǎng)絡模型”（圖2）為基礎，形成對礦山生產(chǎn)的整體感知，完善礦山現(xiàn)有的監(jiān)控、監(jiān)測系統(tǒng)，使礦山生產(chǎn)向自動化、信息化、智能化的智慧型礦山邁進。其核心是“四個感知”，即對工作人員的身體參數(shù)、工作環(huán)境、位置環(huán)境等信息進行主動感知，實現(xiàn)主動式的人員安全保障；對礦山的機械、電子設備工作健康狀況進行感知，實現(xiàn)設備的預知維修；對礦山常見的災害風險進行預報預警，實現(xiàn)災害的主動感知；對礦區(qū)的環(huán)境信息進行感知，實現(xiàn)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的主動感知。

2011 年11 月，全球第一個基于物聯(lián)網(wǎng)架構和技術的智慧礦井示范工程在徐州夾河礦山建設成功。由中國礦業(yè)大學物聯(lián)網(wǎng)研究中心提出的礦山物聯(lián)網(wǎng)“三層應用模型”“骨干網(wǎng)絡模型”“四個感知”技術體系等關鍵技術，首次在工程中應用實施，并取得了良好效果。系統(tǒng)運行后，礦山安全生產(chǎn)水平從本質上得到了提高，同時，也帶動了生產(chǎn)效率和產(chǎn)量的提升，給企業(yè)帶來了更大的經(jīng)濟效益。這在當時是世界首例。

近幾年隨著科學的進步和技術的發(fā)展，越來越多的智能化產(chǎn)品涌現(xiàn)出來，“智能家居”“智能交通”“智能電網(wǎng)”“智慧城市”等，使我們的生活更加輕松、更加智能。作為物聯(lián)網(wǎng)在礦業(yè)領域的應用，感知礦山的理念和要求也已經(jīng)悄然發(fā)生變化，它不應再是簡單的物物相連。

首先，未來的物聯(lián)網(wǎng)礦井應該是一個少人化、甚至是無人化的工業(yè)自動化礦井，因為礦山開采“無人更安”，這就要求更高的自動化和智能化，如采煤機搖臂的自動調整、液壓支架的自動前進、運輸皮帶的啟停時序自動控制、提升系統(tǒng)的自動可控制、除塵系統(tǒng)的自動開啟等，這些信息能夠讓礦山管理和決策者在調度室一目了然，隨時根據(jù)井下實際情況，調整和協(xié)調各個開采、運輸、提升系統(tǒng)，確保煤炭的最優(yōu)化開采。其次，未來的礦井應該是一個信息化的礦井，全礦井瓦斯、突水、通風、礦震等礦山災害信息的實時監(jiān)測與預報，井下調度室、泵房、配電室、避難硐室的信息與設備運行狀態(tài)也能隨時隨地進行存儲和查詢。最后，未來的礦井應該是一個智慧礦井、人工智能礦井，具有自主判斷、自主控制能力，能夠實現(xiàn)全礦開采、提升、運輸?shù)壬a(chǎn)過程的無人值守，管理者或調度員可以隨時通過各種終端設備，連入礦山感知網(wǎng)絡，掌握各個系統(tǒng)的實時動態(tài)；當設備運轉異常或環(huán)境信息異常時，能夠第一時間發(fā)送報警消息，甚至在礦難發(fā)生后，能夠根據(jù)最后時刻的井下各位置信息，判斷災難的類型、影響范圍，規(guī)劃救援路線，指導礦難救援。

“感知礦山”是通過各種感知、信息傳輸與處理技術，實現(xiàn)對真實礦山整體及相關現(xiàn)象的數(shù)字化、虛擬化、智慧化聯(lián)系。真實的物理礦山與數(shù)字礦山之間存在著物的集成關系，物理礦山與虛擬信息礦山之間存在著描述物與活動之間的語義集成關系，數(shù)字礦山與虛擬信息礦山之間存在著數(shù)據(jù)的集成關系，三者之間的集成關系共同形成了礦山物聯(lián)網(wǎng)的知識集成關系。

感知礦山的總體目標是：將礦山地理、地質，礦山建設、礦山生產(chǎn)、安全管理、產(chǎn)品加工與運銷、礦山生態(tài)等綜合信息全面數(shù)字化，將感知技術、傳輸技術、信息處理、智能計算、現(xiàn)代控制技術、現(xiàn)代信息管理等與現(xiàn)代采礦及礦物加工技術緊密結合，構成礦山中人與人、人與物、物與物相連的網(wǎng)絡，動態(tài)詳盡地描述并控制礦山安全生產(chǎn)與運營的全過程。以高效、安全、綠色開采為目標，保證礦山經(jīng)濟的可持續(xù)增長，保證礦山自然環(huán)境的生態(tài)穩(wěn)定。

如今，“物聯(lián)網(wǎng)+煤礦業(yè)”的應用模式已經(jīng)取得初步進展，使煤礦業(yè)實現(xiàn)智能化看見新的希望。中億物聯(lián)網(wǎng)認為隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，將物聯(lián)網(wǎng)卡技術應用到煤礦開采中，通過物聯(lián)網(wǎng)卡在硬件設備中的應用保持設備聯(lián)網(wǎng)通信功能穩(wěn)定，使礦山的數(shù)據(jù)信息、開采障礙和傳輸過程中遇到的難題能及時傳輸?shù)皆O備另一端，讓地面上的管理工作人員及時感知到礦山底下的新情況，對確保煤礦工人安全、煤礦開采工作的順利進行有積極的影響作用。