煤炭行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用探索

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摘要：大數(shù)據(jù)、云計算等技術已應用于煤炭行業(yè)，但是煤炭行業(yè)的生態(tài)鏈全覆蓋仍不完善。煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)以數(shù)據(jù)為基礎，以平臺為核心，以技術為手段，整合采、掘、運、通、洗選、物流、消費等全部主要環(huán)節(jié)，推動煤炭產(chǎn)業(yè)圍繞生產(chǎn)無人化、管理集成化、運輸聯(lián)網(wǎng)化等方向加速數(shù)字化轉型發(fā)展。

關鍵詞：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；5G；智能化開采；智慧煤礦

近年來，全國煤礦安全生產(chǎn)形勢持續(xù)穩(wěn)定好轉，為進一步提高煤炭行業(yè)信息化、智能化水平，創(chuàng)新數(shù)據(jù)驅動煤礦安全生產(chǎn)和監(jiān)管監(jiān)察模式，作為煤炭工業(yè)信息數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)摹案咚俟贰焙椭匾A保障的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設完善和場景應用顯得尤為重要，發(fā)展煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)前景廣闊、恰逢其時。

1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在煤炭行業(yè)應用現(xiàn)狀

煤炭行業(yè)積極響應國家號召，緊跟技術發(fā)展趨勢，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領域進行了積極探索。物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”等新技術、新模式，與煤炭生產(chǎn)、建設、經(jīng)營的融合發(fā)展，使煤礦管理的水平大幅度提升。煤礦智能化建設快速發(fā)展，智能化開采、工業(yè)機器人等已通過多種形式融入到生產(chǎn)系統(tǒng)中，煤炭行業(yè)兩化深度融合已經(jīng)進入到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)建設與應用的新階段。

1.1發(fā)展現(xiàn)狀

1.1.1網(wǎng)絡系統(tǒng)建設網(wǎng)絡系統(tǒng)的建設為數(shù)據(jù)傳輸提供了通道，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集。大多數(shù)煤礦已建設有工業(yè)環(huán)網(wǎng)及通信系統(tǒng)，工業(yè)環(huán)網(wǎng)以千兆環(huán)網(wǎng)為主，中大型煤礦正在由千兆向萬兆環(huán)網(wǎng)升級。通信系統(tǒng)作為網(wǎng)絡系統(tǒng)的延伸，主要有WIFI和4G通信系統(tǒng)，國有大型煤礦正在積極試點5G通信系統(tǒng)的應用。

1.1.2設備控制系統(tǒng)建設主要包括工作面采掘控制系統(tǒng)、膠帶運輸控制系統(tǒng)、地面生產(chǎn)控制系統(tǒng)、主扇、壓風機、井下排水、污水處理、提升、猴車、瓦斯抽放、煤礦電力控制系統(tǒng)等。這些控制系統(tǒng)的建設實現(xiàn)了設備數(shù)據(jù)的采集及自動化控制，達到了減人提效的目的。

1.1.3人員和環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要包括煤礦的六大系統(tǒng)建設和工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設，全國煤礦已全部建設完成。其他生產(chǎn)環(huán)節(jié)和安全設備設施工業(yè)數(shù)據(jù)采集還未普及。

1.1.4工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)管理平臺建設近幾年，兗礦集團以“推進數(shù)字轉型變革”為總體思路，深入實施“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略，啟動“三化”建設攻堅行動，加強與IBM、SAP合作，加快實施大數(shù)據(jù)工程總體規(guī)劃及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺研發(fā)。山東能源集團融合大數(shù)據(jù)、人工智能等技術，在私有云部署構建RPA機器人生產(chǎn)平臺，上線應用以數(shù)據(jù)機器人應用為代表的數(shù)字員工。

1.1.5煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析體系工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析體系是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡的重要組成部分，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)連接的對象提供統(tǒng)一的身份標識和解析服務。2019年底由大同市政府和同煤集團共同建設的國家首個煤炭行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析二級節(jié)點正式上線運行，并與國家頂級節(jié)點對接。

1.2行業(yè)需求

1.2.1信息技術發(fā)展需求隨著科技的進步，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈、人工智能、邊緣計算等新一代信息技術影響力不斷擴大并深入多個領域，成為影響各行各業(yè)發(fā)展、提升競爭力的核心力量。以煤礦企業(yè)為例，所依賴的局域互聯(lián)網(wǎng)絡體系產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，由于服務器存儲和數(shù)據(jù)算法的局限性，不能夠被長期存儲和即時運用，制約了煤礦安全生產(chǎn)的可靠性和可控能力，事故風險的預測預警系統(tǒng)還沒有構成，事故追溯和災后評估的科學性和真實性得不到滿足，煤礦企業(yè)對數(shù)據(jù)傳遞、存儲、分析的需求日漸高漲。此外，煤炭行業(yè)的各種資源數(shù)據(jù)量達到了海量級別，鑒于數(shù)據(jù)規(guī)模的龐大性，監(jiān)管監(jiān)察部門需借助煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和深度挖掘技術，通過對礦井生產(chǎn)海量數(shù)據(jù)的分析，準確預測安全生產(chǎn)事故，從而滿足大幅度降低事故發(fā)生幾率的安全需求。

1.2.2智慧煤礦發(fā)展需求建設智慧煤礦已經(jīng)成為煤礦本質安全的必由之路。目前，部分煤礦企業(yè)已開展智慧煤礦建設工作，但整體技術解決方案仍處于探索階段，從整體性和先進性上與其他行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺標準仍存在一定差距，急需工業(yè)PaaS作為落地的有效支撐。

1.2.3產(chǎn)業(yè)鏈信息共享需求煤炭行業(yè)上游產(chǎn)業(yè)主要為煤炭勘探設計、煤礦設備、裝備制造企業(yè)、開采和洗選業(yè)，中游產(chǎn)業(yè)主要為煤炭貿(mào)易商、運銷企業(yè)等，下游產(chǎn)業(yè)主要集中在電力、鋼鐵、建材、化工四大領域，其余為民用煤、其他行業(yè)等。構建長期穩(wěn)定、和諧共贏的產(chǎn)業(yè)鏈關系，是煤炭行業(yè)實現(xiàn)高質量發(fā)展的基礎和前提，尤其是面對煤電聯(lián)動機制的蛻變和能源體制改革，煤炭行業(yè)上中下游信息共享需求日益明顯。

1.2.4政府監(jiān)管監(jiān)察需求我國煤礦分布較散，監(jiān)管監(jiān)察難度較大，政府部門對煤礦企業(yè)基礎數(shù)據(jù)采集困難，數(shù)據(jù)利用率較低，需要利用新一代信息技術，以大數(shù)據(jù)中心或云平臺為紐帶，結合政府業(yè)務需要，將企業(yè)基礎數(shù)據(jù)有效融合在一起，通過數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)應用創(chuàng)新，為政府應急管理與安全生產(chǎn)決策提供數(shù)據(jù)支撐。

2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在煤炭行業(yè)應用存在問題

2.1缺少國家層面推動

工信部根據(jù)《國務院關于深化“互聯(lián)網(wǎng)＋先進制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導意見》，開展了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)試點示范項目推行工作。通過試點先行、示范引領，總結推廣可復制的經(jīng)驗、做法，推進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。試點示范項目名單的公布也為整個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)帶來了整體發(fā)展方向的信號。但是，工信部下發(fā)的2018、2019年互聯(lián)網(wǎng)示范項目未涉及能源行業(yè)，能源板塊缺乏煤炭試點、示范引領項目。

2.2缺乏行業(yè)技術規(guī)范標準的支撐引領

從標準制定層面來看，煤炭行業(yè)相關標準體系制定滯后，尚未制定一個全面、科學、統(tǒng)一的標準體系。煤炭行業(yè)重點放在機械化向信息化發(fā)展上面，因此，無論是“煤礦安全規(guī)程”還是“智慧礦山信息系統(tǒng)通用技術規(guī)范”都沒有詳細涉及“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的內(nèi)容及解釋。

2.3網(wǎng)絡建設體系尚不完善

現(xiàn)有的網(wǎng)絡環(huán)境、基礎設施已不能滿足人工智能產(chǎn)品對高性能、高帶寬、高算力的迫切需求，亟待對現(xiàn)有基礎設施、網(wǎng)絡環(huán)境進行升級改造，推動以5G為代表的新一代網(wǎng)絡的部署，補齊制約煤礦行業(yè)人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的短板。

2.4煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)支撐能力不足

平臺發(fā)展所需的智能感知、自動控制、網(wǎng)絡連接、工業(yè)軟件等一系列產(chǎn)業(yè)基礎薄弱，需充分借鑒互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)先進思想、信息通信技術的應用，促進煤炭行業(yè)企業(yè)、科研機構和廠商在新時期的思路轉變，改變行業(yè)科技研發(fā)、現(xiàn)場應用的滯后現(xiàn)象，滿足煤礦在泛在感知、智能控制、可視化決策等方面的海量應用需求。

2.5井下互聯(lián)裝備升級改造進展緩慢

由于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標準的滯后、網(wǎng)絡平臺建設技術的單一，主要生產(chǎn)裝備的數(shù)字化程度偏低，通信協(xié)議不規(guī)范，反映裝備健康狀況的數(shù)據(jù)采集困難，井下設備接入網(wǎng)絡接口的龐雜及功能簡單，從而形成各廠家同類產(chǎn)品不能建立數(shù)據(jù)通信，多系統(tǒng)數(shù)據(jù)無法融合，以及系統(tǒng)間無法聯(lián)動，造成智能化升級的障礙。

3煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用研究

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術在煤炭行業(yè)的未來發(fā)展中將扮演重要角色，通過新一代互聯(lián)網(wǎng)技術的推動，將加快實現(xiàn)煤炭行業(yè)發(fā)展的新格局，實現(xiàn)煤炭工業(yè)的高質量發(fā)展。

3.1發(fā)展戰(zhàn)略

以新一代信息通信技術和智能開采技術、工業(yè)知識集成創(chuàng)新發(fā)展為重要載體，逐步打通煤礦企業(yè)內(nèi)外部的數(shù)據(jù)鏈與價值鏈，推動5G、人工智能、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)等技術與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的深度結合，夯實工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用基礎。面向煤礦數(shù)字化、共享化、智能化需求，推動生產(chǎn)裝備、生產(chǎn)能力、信息技術和人才等資源匯聚，促進煤礦生產(chǎn)企業(yè)、裝備生產(chǎn)制造企業(yè)、信息技術企業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)等在云端集聚，構建基于海量數(shù)據(jù)采集、匯聚、分析的服務體系和數(shù)據(jù)科學、工業(yè)科學、ICT科學等多學科融合體系。

3.2應用場景

3.2.1煤礦智能化開采賦能煤礦智能化開采是煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的最主要組成部分，也是煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的主要目標。依托煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設，加快煤炭生產(chǎn)設備的智能化改造，推進井下適應多種采煤環(huán)境的智能化采煤機械的開發(fā)研制，推廣煤礦智能機器人等小型化輕量化裝備的示范應用和綜采成套裝置、協(xié)同控制系統(tǒng)升級改造。

3.2.2井下精準感知賦能在現(xiàn)有煤礦安全生產(chǎn)“人-機-環(huán)”感知系統(tǒng)的基礎上，通過應用低功耗、高靈敏度、寬量程、易維護傳感器技術以及物聯(lián)網(wǎng)、5G、WiFi6、IPv6等新一代信息通信技術，實現(xiàn)井下生產(chǎn)者之間、井下生產(chǎn)設備與設備之間、井下設備與操作人員之間、井下設備與井上管理人員間的互聯(lián)互通和精準感知，開創(chuàng)低成本、廣覆蓋、低時延的井下信息感知通信新模式。

3.2.3故障預測診斷賦能設備預測性維護是工業(yè)IoT的典型場景，主要面向高價值、高數(shù)據(jù)量、高故障損失、部署位置分布廣泛的工業(yè)設備。依托企業(yè)使能平臺提供的通用故障預測模型和云端機器學習成果，對分析出來的異常數(shù)據(jù)再次進行分析，得出設備故障原因與嚴重程度，為應急控制與維修管理提供準確依據(jù)，節(jié)約維修費用，有效提高設備可靠性，避免重大事故發(fā)生。

3.2.4工業(yè)機器人應用賦能推廣煤礦工業(yè)機器人應用是煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)推進的重要抓手，是煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)得以實現(xiàn)的重要途徑。煤礦工業(yè)機器人是徹底解放目前煤礦工人危險場所工作的終極利器，讓煤礦實現(xiàn)智能開采的主要手段。圍繞煤礦企業(yè)采、掘、機、運、通等核心業(yè)務，利用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術提升和改造傳統(tǒng)煤炭工業(yè)，借助于自主定位、自動感知、自適運行的功能，推動煤礦工業(yè)機器人應用，逐步實現(xiàn)生產(chǎn)設備的網(wǎng)絡化和生產(chǎn)現(xiàn)場的無人化，達到“有人巡視、無人值守”的常態(tài)化生產(chǎn)狀態(tài)，通過“機器換人”實現(xiàn)煤炭工業(yè)的高質量發(fā)展與煤礦作業(yè)的“少人則安”和“無人則安”。

3.2.5風險預測預警賦能依托煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)PaaS平臺，形成多因素風險分析能力，指導煤礦企業(yè)進行重點防控。通過實時采集采掘工作面地質條件、礦井水文、沖擊地壓、自然發(fā)火、瓦斯、設備等風險信息，基于安全科學理論和引發(fā)煤礦安全風險的主要因素，通過工業(yè)大數(shù)據(jù)分析技術，對影響煤礦安全的風險因素進行歸類整理、分析建模，構建煤礦安全風險指標體系，實現(xiàn)智能監(jiān)測預警。

3.2.6煤礦應急救援賦能煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可融合企業(yè)應急資源信息，建立應急預案數(shù)字化模型，融合反災害科學、安全生產(chǎn)、組織管理、救援技術等知識，提升應急領域認識和控制能力，面對各種復雜的非程序化問題時，能提取環(huán)境特征進行分析推理，提供決策支持。

3.2.7遠程監(jiān)管監(jiān)察賦能通過建設煤礦安全生產(chǎn)風險監(jiān)測預警系統(tǒng)，打通從企業(yè)向上至煤礦安全監(jiān)管監(jiān)察部門的數(shù)據(jù)采集、傳輸、共享渠道，實現(xiàn)與基層煤礦安全管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、動態(tài)數(shù)據(jù)多級分析和風險評估，為日常監(jiān)管監(jiān)察、遠程巡察、執(zhí)法檢查和應急救援等工作提供數(shù)據(jù)和技術手段，為精準監(jiān)管監(jiān)察提供有力支撐，有效提高煤礦安全監(jiān)管監(jiān)察效能。

作者：楊傳印 單位：山東煤礦安全監(jiān)察局