摘   要：“互联网+煤炭”就是将互联网、物联网、移动通信网、大数据、云计算、人工智能等与煤炭行业和企业深度融合，全面提升煤炭勘探、设计、生产、安全、运销、洗选、环保、管理、监管等技术水平和管理水平，促进煤炭行业科技进步和产业升级，加快安全、绿色、高效、智能煤矿建设。矿用安全标志准用产品管控、矿用重大关键设备管控与远程维护、持证上岗与专人操作管控、防碰撞、煤与瓦斯突出预警、冲击地压预警、煤炭自燃预警、水害预警、煤矿重大关键设备故障诊断、煤炭需求和价格预测、煤炭智能开采与运输等是“互联网+煤炭”主要研究方向。

关键词：“互联网+”；煤炭；物联网；大数据；云计算；智能化

    为加快互联网与经济社会各领域深度融合和创新发展，充分发挥“互联网＋”对稳增长、促改革、调结构、惠民生、防风险的重要作用，实现我国经济提质增效升级，2015年7月和8月国务院发布了《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》（国发z2015{40号）[1]和《促进大数据发展行动纲要》（国发z2015{50号）[2]。这将进一步促进我国生产力发展，推动技术进步、产业升级和组织变革。

    “互联网+”除涉及固定宽带网络、移动通信网络、新一代移动通信网、下一代互联网、物联网、云计算、大数据、人工智能等信息采集、传输、存储与处理等技术、设施和产业外，还涉及经济社会各领域。例如，“互联网+”创业创新、协同制造、现代农业、智慧能源、普惠金融、益民服务、高效物流、电子商务、便捷交通、绿色生态、人工智能等。

    “互联网+煤炭”就是将互联网、物联网、移动通信网、大数据、云计算、人工智能等与煤炭行业和企业深度融合，全面提升煤炭勘探、设计、生产、安全、运销、洗选、环保、管理、监管等技术水平和管理水平，促进煤炭行业科技进步和产业升级，加快安全、绿色、高效、智能煤矿建设。

互联网、物联网、移动通信网等相关技术已在煤炭行业应用，在煤矿安全、绿色、高效生产中发挥着重要作用，取得了显著的经济效益和社会效益，并为“互联网+煤炭”发展奠定了良好基础。

1   煤矿物联网

    煤矿井下具有瓦斯等爆炸性气体，电磁波传输衰减大，无线传输受巷道断面、分支、弯曲、倾斜、围岩介质、支护、纵向导体、横向导体、机电运输设备等影响。因此，用于煤矿井下的物联网具有特殊性。例如，地面定位、监控、通信、监视等设备不能直接用于煤矿井下，GPS难以用于煤矿井下定位，大功率无线发射设备不能用于煤矿井下等等。因此，需针对煤矿井下环境特点和矿用电气产品特殊要求，进行煤矿物联网研究。

    煤矿物联网就是针对煤矿井下环境特点和矿用电气产品特殊要求，通过RFID、ZIGBEE、WIFI、3G、4G等技术，实时监控设备、人员、环境等位置、身份、状态等信息，实现人、机、环协同管控，具有位置、身份、状态信息综合监控，无线与有线混合传输等特点。

    目前，采用物联网技术，已研制成功并推广应用了具有区域定位功能的煤矿井下人员位置监测系统；具有精确定位（静态定位精度小于5 m）、紧急呼叫和搜寻等功能的煤矿井下人员定位系统；具有胶轮车位置和速度监测、信号机闭锁、调度和控制功能的胶轮车运输监控系统；具有电机车位置监测和速度监测、信号机和电动转载机闭锁、调度和控制功能的轨道运输监控系统；具有人员位置监测、瓦斯浓度监测、放炮闭锁功能的爆破监控系统；具有计量、路径跟踪、防中途载等功能的煤炭公路运输监控系统等。这些煤矿物联网系统在煤矿安全生产中发挥着重要作用。[3-5]

    为满足安全、绿色、高效、智能现代化煤矿建设需求，还需研制基于物联网的矿用安全标志准用产品管控、矿用重大关键设备管控与远程维护、持证上岗与专人操作管控、防碰撞等系统。

1.1   基于物联网的矿用安全标志准用产品管控系统

为防止假冒伪劣产品用于煤矿井下，引发伤亡事故，需研制基于物联网的矿用安全标志准用产品管控系统。在矿用安全标志准用产品生产制造时，设置RFID等电子标签，建立零部件和成品数据库，通过读卡器等，实时监测产品入库和出库时间，运输设备（如汽车车牌号）、下井时间、检修和维修情况等。通过温度、振动、声音、电流、有功功率等传感器，实时监测设备运行状态。[3-4]

1.2   基于物联网的矿用重大设备管控与远程维护系统

在掘进机、采煤机、刮板输送机、带式输送机、提升机、电机车、胶轮车、通风机、水泵、压风机、移动变电站等大型设备生产制造时，设置RFID等电子标签，建立零部件和成品数据库，通过读卡器，实时监测产品入库和出库时间，运输设备（如汽车车牌号）、下井时间、检修和维修情况等。通过温度、振动、声音、电流、有功功率等传感器，实时监测设备运行状态。为解决煤矿井下维修力量薄弱等问题，可以在集团公司和设备生产厂家设立远程维护维修中心，实时监测设备温度、振动、声音、电流、有功功率、图像等信息，发现问题，及时通过双向视频和音频，指导现场维护维修人员，排除故障，进行处理。[3-4]

1.3   基于物联网持证上岗与专人操作管控系统

为防止煤矿井下电气作业、爆破作业、安全监控作业、瓦斯检查作业、安全检查作业、提升机操作作业、采煤机（掘进机）操作作业、瓦斯抽采作业、防突作业、探放水作业等特种作业人员无证上岗、或他人代培训取证，需采用物联网技术，进行特种作业人员等持证上岗管控。考试取证时，将证件编号与姓名、人脸（或虹膜、静脉）等个人信息绑定。下井时，通过人脸（或虹膜、静脉等）识别系统，自动核查下井人员是否持本人识别卡下井？是否持证上岗？若未持本人识别卡下井，或无证上岗，则报警。并通过设置在设备上的人脸（或虹膜、静脉等）识别系统，识别操作人员是否有权操作该设备，若操作人员无权操作该设备，则自动禁止操作，并报警。[3-4]

1.4   基于物联网的防碰撞系统

为避免或减少运输和机电事故发生，需采用物联网技术，研制防碰撞系统，当人员与胶轮车、电机车、采煤机、掘进机等距离较近时，声光报警；可能会造成人员伤害时，自动停止设备运行。[3-4]

2   煤矿大数据

    大数据是以容量大、类型多、存取速度快、应用价值高为主要特征的数据集合。大数据具有数据体量巨大、数据类型繁多、关注事件间的相关关系等特点：①研究全体数据，而不是随机样本，数据体量巨大。②研究对象多样，数据类型繁多；涵盖数字、文字、语音、图形、图像；从监测数据，到网络日志、视频、图片、地理位置信息等。③大数据以解决问题为目的，研究事件间的相关关系，而不是因果关系，关注解决问题的办法。例如，根据客户的购物记录和浏览记录，推送图书和商品，而不分析为什么这些客户喜欢这类图书和商品。④价值密度低，但被挖掘出的信息利用价值高。例如，数小时的视频，其中有使用价值的仅有几秒。⑤处理速度快，在短时间内，可从各种类型的数据中快速获取有价值的信息，发现新知识、创造新价值。⑥可用于预测和预警。

当前，大数据已广泛用于零售、金融、电信、物流、医疗、交通等领域。例如，通过手机和摄像，研判节假日旅游景点人流和拥堵情况等。煤矿大数据就是基于大数据方法，解决煤矿安全生产等问题，这包括煤矿瓦斯、水害、火灾、冲击地压等重大灾害预警、重大关键设备故障诊断、煤炭产量和价格预测等。

2.1   基于大数据的煤与瓦斯突出预警

    迄今为止，人们还没有完全掌握煤与瓦斯突出事故发生规律，还不能准确预警煤与瓦斯突出。因此，研究基于大数据的煤与瓦斯突出预警方法和系统，具有十分重要的理论意义和实用价值。基于大数据的煤与瓦斯突出预警方法和系统，长期监测瓦斯涌出量、环境温度、微震、地音、电磁辐射等，通过大数据方法，分析这些参数变化与煤与瓦斯突出的关系，建立煤与瓦斯突出预警模型，进行煤与瓦斯突出预警。[3-4]

2.2   基于大数据的冲击地压预警

    迄今为止，人们还没有完全掌握冲击地压事故发生规律，还不能准确预警冲击地压。因此，研究基于大数据的冲击地压预警方法和系统，具有十分重要的理论意义和实用价值。基于大数据的冲击地压预警方法和系统，长期监测矿山压力、环境温度、微震、地音、电磁辐射等，通过大数据方法，分析这些参数变化与冲击地压的关系，建立冲击地压预警模型，进行冲击地压预警。[3-4]

2.3   基于大数据的煤炭自燃预警

    基于大数据的煤炭自燃预警方法和系统，长期监测温度、湿度、CO、CO2、O2、C2H4、C2H2、气味、链烷比、烯烷比等，通过大数据方法，分析这些参数变化与煤炭自燃的关系，建立煤炭自燃预警模型，进行煤炭自燃预警。[3-4]

2.4   基于大数据的水害预警

    基于大数据的水害预警方法和系统，长期监测涌水量、水压、水位、水温、水质、环境温度、环境湿度、声音等，通过大数据方法，分析这些参数变化与水害的关系，建立水害预警模型，进行水害预警。[3-4]

2.5   基于大数据的煤矿重大关键设备故障诊断

为及时发现掘进机、采煤机、刮板输送机、带式输送机、提升机、通风机、水泵、压风机、移动变电站等大型设备工作异常，需研究基于大数据的煤矿重大关键设备故障诊断方法和系统，长期监测设备振动、声音、温度、功率、电流等，通过大数据方法，分析这些参数变化与设备故障的关系，建立设备故障诊断模型，进行设备故障预警。[3-4]

2.6   基于大数据的煤炭需求和价格预测

煤炭行业可持续健康发展，需要较准确的煤炭市场需求和价格预测。通过长期监测和大数据方法，分析GDP、GDP单位能耗、三产比例、进口出口、电力、钢铁、建材、化工、其他产业、气温等与煤炭需求关系，提出预测模型，进行煤炭需求预测。通过大数据方法，研究煤炭需求量、煤炭产能、库存、运力、石油价格、天然气价格等与煤炭价格关系，建立煤炭价格预测模型，进行煤炭价格预测。[3-4]

3   矿用移动通信网与矿用以太网

    煤矿井下电气防爆、电磁波衰减严重等，制约着地面无线通信技术直接在煤矿井下应用。为满足煤矿安全生产对矿井移动通信的需求，人们先后研制成功并推广应用了矿用透地通信、漏泄通信、感应通信、小灵通、CDMA、WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、4G、WIFI、ZIGBEE、RFID等技术和系统。随着矿井移动通信技术的发展，小灵通、CDMA、WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等技术，将被4G等替代。4G、WIFI、ZIGBEE、RFID等技术还将用于煤矿人员定位、监控、通信、监视等方面。[6]

    RFID具有体积最小、重量最轻、成本最低等优点，可用于煤矿物联网、矿用设备管理和防碰撞。

    ZIGBEE具有体积小、重量轻、成本低等优点，可用于煤矿井下人员、胶轮车、电机车精确定位和传感器无线传输。

    WIFI具有传输带宽宽、便于接入有线宽带网络、设备体积小、发射功率小等优点，可用于煤矿井下数据、图像、语音等多种信息传输。

    4G具有传输带宽宽、适合移动通信等特点，可用于煤矿井下语音、图像、数据等多种信息传输。

    随着5G通信技术发展，人们将进行矿用5G通信技术的研究和试验。

    为满足矿井监控、监视、定位和通信传输要求，人们研制成功并推广应用了百兆、千兆和万兆矿用以太网和网络交换机。研制成功矿用GEPON等。[6]

4   煤矿智能化

    国内外煤矿安全生产实践证明，减少煤矿井下作业人员，是避免或减少煤矿事故发生、降低百万吨死亡率的有效措施，是安全高效现代化矿井发展方向。减少煤矿井下作业人员，离不开机械化、自动化、信息化和智能化。

    煤矿智能化包括矿用胶轮车、电机车、采煤机、掘进机、机器人等智能导航控制，煤岩界面智能识别，带式输送机智能控制，煤仓煤位和水仓水位监视，煤炭产量监测与防作弊，无人值守岗位监视，大型机电设备监视，煤与瓦斯突出和冲击地压报警，下井人员唯一性检测等。[7]

5   云计算

    企事业单位和政府管理部门，为满足信息存储和处理等需求，建设了计算机机房和信息（计算）中心，购置了服务器、存储设备和应用软件等，并投入了大量人力、物力和财力，进行日常维护和升级改造。从而造成，初次投入大、建设周期长、维护成本高、资源浪费、性价比低等问题。

    云计算具有按需服务、专业服务、方便快捷、性价比高、规模大、虚拟化、可靠性高、通用性强、扩展性强等特点。云计算通过建设计算资源共享池（资源包括网络、服务器、存储设备、应用软件等），为用户提供方便快捷的计算、存储和应用等服务。云计算是一种“不为我有，但为我用”，按需（使用量）付费的服务模式。

    煤炭企业可在集团公司建设私有云，为整个集团公司服务。集团下属二级公司和煤矿等不需要再建设自己的计算机机房和信息（计算）中心。这将避免重复投资和建设，将节省大量的人力、物力和财力。

6   结语

    煤炭行业是高危行业，瓦斯、水、火、顶板等事故困扰着煤矿安全生产。因此，需通过互联网+煤炭，建设安全、绿色、高效、智能煤矿。针对煤矿井下特殊环境和安全生产需要，研究煤矿物联网、大数据、宽带网、移动网、云计算和人工智能等，全面提升煤矿安全生产水平，促进煤炭工业又好又快发展。本文发表在《煤炭经济研究》：孙继平.“互联网+煤炭”与煤矿信息化[J].煤炭经济研究，2015,35（10）：16-19.

参考文献：

[1]  国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见（国发z2015{40号） 

[2]  国务院.促进大数据发展行动纲要（国发z2015{50号）

[3]  孙继平.煤矿事故分析与煤矿大数据和物联网 [J].工矿自动化，2015,41（3）：1-5.

[4]  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. 

[5]  孙继平.煤矿监控新技术与新装备 [J].工矿自动化，2015,41（1）：1-5.

[6]  孙继平.煤矿事故特点与煤矿通信、人员定位及监视新技术[J].工矿自动化，2015,41（2）：1-6.

[7]  孙继平.煤矿信息化与自动化发展趋势 [J].工矿自动化，2015,41（4）：1-5.

作者简介：孙继平（1958―），男，山西翼城人，教授，博士，博士生导师，中国矿业大学（北京）副校长；获国家科技进步二等奖3项（其中作为第1完成人2项、第2完成人1项）；作为第1完成人获省部级科技进步一等奖7项；作为第1完成人主持制定中华人民共和国煤炭行业和安全生产行业标准26项；主持制定《煤矿安全规程》第三章通风安全监控；作为第1作者或独立完成著作11部，发表论文100余篇（其中被SCI和EI检索的第1作者论文80余篇）；作为第1发明人获国家发明专利权30余项；作为国务院煤矿事故调查专家组组长参加了10起煤矿特别重大事故调查工作。

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