摘要：隨著礦山企業的不斷發展，現有的信息化和自動化系統已經難以滿足礦山企業的生產需要。礦山物聯網概念的提出，可以解決現有礦山企業的信息化、自動化難題，實現礦山企業的全面感知、智能控制和綜合管理，在一定程度上解決現有產品只流于表面主體功能需求，而細節方面較差的問題，消除礦山企業的“信息孤島”現象。
關鍵詞：礦山物聯網；感知礦山；控制礦山；管理礦山；信息孤島

0 引言
目前，在我國能源生產和消費中，煤炭仍是主要能源(約占73％)。據專家預測，煤炭作為主要能源的地位還會在相當長的歷史時期中不會改變。雖然我國煤炭資源豐富，勞動力廉價，在國際市場競爭中本應占有優勢，但是，我國煤炭儲存條件復雜，煤礦自動化水平低，井下用人多，生產安全監控系統采用的技術較為落后，系統功能單一，再加上綜合管理等因素，使得生產成本高，安全形勢不容樂觀。全國煤礦事故死亡人數居高不下，百萬噸死亡率大大高于世界主要產煤國家的平均水平，嚴重影響了煤炭工業的可持續發展和社會的穩定。
由于礦山開采的對象是分布于三維地理空問，且隨著開采進程不斷變化著的地質實體，礦山安全生產的一切過程都離不開三維空間，無論是礦層、構造等地質實體，還是縱橫交錯的井下巷道系統，各種監測監控信息都具有空間屬性。不僅如此，礦山生產活動又始終處于一種隨時間動態變化的復雜系統之中，所以反映其實際狀態的各種數據，如果得不到有效集成，就只能形成彼此隔離的“信息孤島”。探測同一地質實體的多數系統只能對其采集到的原始數據進行簡單的轉換、存儲、顯示和打印，而面向同一地質實體同時探測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。
隨著開采深度的加大和儲存地質條件的惡化，深部煤炭開采的力學環境、巖體組織結構、基本力學行為特征和工程響應與較淺部分明顯不同，因而可能導致沖擊礦壓、頂板大面積來壓和采空區失穩等動力災害事故的明顯增加，從而對深部煤炭資源的安全開采造成嚴重威脅。在重大災害的預測方面，缺少實時、在線、連續的監測預警裝備。而礦山物聯網概念的問世，打破了之前的傳統思維。基于物聯網技術，可以對煤礦復雜環境下生產系統內的人員、機器、設備和基礎設施實施更加實時有效的協同管理和控制。

1 礦山物聯網的現狀
煤礦、鐵礦、鋁礦等各類礦山企業均涉及生產、成本、質量、人員、固定資產、物資、設備、工程項目、安全、環境等多方面的管理運營工作，通過實現各個環節的自動化和信息化來達到減員增效、安全生產是行業發展的必然選擇。當前，在礦山生產管理安全方面的自動化、信息化系統眾多，大中型礦山企業均不同程度地引入了綜合管理系統平臺，以提升企業的管理水平。在現有系統的建設中，工控設備、通信設備、軟件系統、傳感器、以太網等均已經進入實用階段，工業化與信息化兩化融合的進程也顯著加快。然而，各家礦山企業采用的系統平臺、設備、數據格式、通信方式與協議等各不相同，即便一家企業，在建設各個子系統時也不能做到與現有系統全面兼容和信息共享；同時，現有的安全生產監測監控系統，由于生產廠商和系統建設時期不同，各個系統之間沒有統一的通信協議和接入技術，系統之間的數據結構差異很大，呈現多源性和異構性。這就使得礦山企業難以實現全面的信息化、智能化管理。在物聯網時代，瓦斯、CO等各類傳感器、電纜、電氣機械設備、鋼筋混凝土等等，所有這些與芯片、寬帶整合為統一的基礎設施，對礦山企業的環境、人員、設備進行全面的感知、控制和管理，才能全面實現感知礦山、控制礦山和管理礦山的目標。
實現感知礦山、控制礦山和管理礦山的意義主要是如何利用物聯網技術解決煤礦生產中人員安全環境的感知問題，解決礦山災害狀況的預測預報、減少或避免重大災害事故的發生，解決安全生產的智能控制問題。

2 礦山物聯網的基本含義
礦山物聯網就是將實用的物聯網技術應用在信息化、自動化的系統上，使礦山企業實際應用過程中的生產、安全、運輸、銷售、機電、物資、供應、統計、人力等相關應用進行系統集成，通過對各類相關信息的統一管理和資源共享，實現對礦山整體數據的綜合采集、存儲和分析，進而提供相關決策信息和系統解決方案，完成礦山企業信息資源的精準化采集、網絡化傳輸、規范化集成、可視化展現和自動化操作。
礦山物聯網是將礦山地理、地質、礦山建設、礦山生產、安全管理、產品加工與運銷、礦山生態等綜合信息全面數字化，將感知技術、傳輸技術、信息處理、智能計算、現代控制技術、現代信息管理等與現代采礦及礦物加工技術緊密結合，并將礦山全部人員、設備、環境信息納入，以構成礦山中人與人、人與物、物與物相聯的網絡，動態詳盡地描述并控制礦山安全生產與運營的全過程，實現礦山系統的全面智能控制，因而是礦山企業減員提效、防災減災的最佳解決方案。
礦山物聯網是一套龐大的產品體系，包括礦山物聯網標準化綜合平臺、配套子系統、聯網通信設備、傳感器體系、標準和接口等。
礦山物聯網一般需要采用智能計算技術、互聯網技術、有線通信技術、無線通信技術、通信標準、近距離通信相關技術、傳感器技術、工業控制技術、感知技術、系統平臺技術、嵌入式軟件技術、云計算技術、企業管理技術等通用技術。

3 礦山物聯網體系的基本組成
礦山物聯網標準化綜合平臺一般采用感知層、控制層和管理層等三層結構模型。
首先是感知層。礦山生產是移動作業，人員、設備、車輛等集中在巷道中，隨著生產的不斷延伸，這些巷道及設備位置均處在不斷地變化之中，因此，實現全面感知監控是解決礦山生產難題的重點。在感知層，礦山物聯網主要實現人、物、環境三方面感知，以全面提升礦井安全生產管理水平。主要實現實時精準定位、可視化監控、智能化感知。通過感知礦工自身及周圍安全環境，實現主動式安全保障；通過感知礦井災害征兆，實現各種災害事故的預警預報；通過感知礦井設備工作健康狀況，實現預知維修。
其次是控制層。控制層主要依托遍布應用企業廣為使用的光纖網絡、電力線網絡及無線網絡，利用先進的智能控制算法及智能控制技術，實現對礦山應用設備和感知層應用終端的自動化、智能化控制。
第三是管理層，該層可利用物聯網的感知系統實現對人、物、環境的有效監控和檢測，超前預防事故。在事故預警、應急救援等方面，可以實現由間斷性檢查向連續實時監控的轉變，從人為判斷向智能分析轉變，由事后反應向自動響應轉變。通過對礦山的全面感知、智能控制和深層次管理，真正實現礦山企業管理的智能化。