煤矿物联网研究
孙继平
中国矿业大学（北京）煤炭资源与安全开采国家重点实验室，100083
摘要：对比分析了世界主要产煤国百万吨死亡率，我国井工煤矿百万吨死亡率约是美国的13.5倍、南非的7.9倍、俄罗斯的2.1倍、印度的0.97倍。分析了我国煤炭百万吨死亡率高于美国等其他主要产煤国的原因：井工开采高达95%、赋存条件差、灾害严重、小煤矿多、机械化、信息化程度低等。提出了煤矿物联网特点：电气防爆、无线传输衰减大、骋笔厂信号不能覆盖煤矿井下、无线发射功率小、抗干扰能力强、抗故障能力强、宜采用树形结构、传输距离远、不宜采用中继器、设备体积小、电网电压波动适应能力强、防护性能好等。提出了煤矿物联网需解决的关键技术问题：煤矿物联网信息编码、传输、处理等标准；矿用安全标志准用产物生产、运输、仓储、使用、维护等全过程管控；矿用安全炸药生产、运输、储存、领退、使用等全过程管控；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；瓦斯检查员、安全检查员、电钳工、放炮工、绞车司机、采煤机司机、水泵操作工等及其操作设备、作业环境人机环闭锁控制；无人工作面地面遥控；煤炭产、运、销、用全程管控；应急救援装备与救护队等管理；煤炭地质勘探、设计、建井施工、安全生产、经营管理等。
关键词：煤矿；物联网；人员定位；灾害预警；设备监控；无人工作面；救援装备&苍产蝉辫;
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%。近年来，我国煤矿安全生产形势逐年好转，事故起数、死亡人数、百万吨死亡率均大幅下降，但与世界其他主要产煤国相比，仍有一定差距。
为满足煤矿安全生产的需要，目前已有煤矿井下人员位置监测系统、轨道运输监控系统、胶轮车运输监控系统、放炮作业监控系统、安全监控系统、瓦斯抽采（放）监控系统、火灾监控系统、供电监控系统、带式运输监控系统、提升运输监控系统、排水监控系统、工作面监控系统、大型机电设备健康状况监控系统、视频监视系统、仓库管理系统、生产调度通信系统、应急广播通信系统、移动通信系统等，在煤矿安全生产、应急救援、事故调查工作中发挥着重要作用。但现有系统仍不能满足煤矿安全生产、灾害预警、应急救援等需求，需要研究煤矿物联网技术，解决煤矿安全标志准用产物和矿用关键设备全程跟踪监管等问题[1-7]。
1 世界主要产煤国家百万吨死亡率
近年来，我国煤矿安全生产形势逐年好转，事故起数、死亡人数、百万吨死亡率均大幅下降，但与世界其他主要产煤国相比，仍有一定差距。我国煤矿百万吨死亡率高于美国、南非、印度、波兰和俄罗斯等主要产煤国。2008年我国煤矿百万吨死亡率是美国的42.2倍、南非的14.8倍、印度的7.7倍、波兰的7.0倍、俄罗斯的6.2倍、好于乌克兰。1990年~2008年世界主要产煤国家煤矿事故死亡人数和百万吨死亡率如表1所示[8]。
煤炭井工开采我国占95%，印度占12%，美国占30.5%，俄罗斯占32%，南非占51%。煤炭井工开采受瓦斯、煤尘、顶板、水、火等多种灾害影响，安全程度远远低于露天开采。因此，埋藏深度较浅等适宜露天开采的煤田应优选露天开采。露天矿的百万吨死亡率很低，为便于分析按0计算（实际不为0），2008年我国井工煤矿百万吨死亡率是美国的13.5倍、南非的7.9倍、俄罗斯的2.1倍、印度的0.97倍。
除井工开采高达95%、赋存条件差、灾害严重、小煤矿多等原因外，机械化、信息化程度低也是主要原因之一。因此，研究煤矿物联网技术，对提高煤矿信息化水平，促进煤矿安全生产具有十分重要的意义。
表1 1990年~2008年世界主要产煤国家百万吨死亡率
|
年份 |
美国 |
印度 |
南非 |
俄罗斯 |
波兰 |
乌克兰 |
中国 | |||||||
|
死亡人数 |
死亡率 |
死亡人数 |
死亡率 |
死亡人数 |
死亡率 |
死亡人数 |
死亡率 |
死亡人数 |
死亡率 |
死亡人数 |
死亡率 |
死亡人数 |
死亡率 | |
|
1990 |
66 |
0.07 |
166 |
0.78 |
51 |
0.29 |
279 |
0.72 |
75 |
0.51 |
306 |
1.86 |
6515 |
6.16 |
|
1991 |
61 |
0.07 |
143 |
0.60 |
43 |
0.24 |
252 |
0.73 |
68 |
0.32 |
301 |
2.21 |
5446 |
5.21 |
|
1992 |
55 |
0.06 |
183 |
0.73 |
46 |
0.26 |
318 |
0.97 |
52 |
0.26 |
445 |
3.33 |
4942 |
4.65 |
|
1993 |
47 |
0.06 |
176 |
0.67 |
90 |
0.49 |
325 |
1.09 |
68 |
0.38 |
376 |
3.25 |
5283 |
4.78 |
|
1994 |
45 |
0.05 |
241 |
0.89 |
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