煤礦物聯網研究
孫繼平
中國礦業大學（北京）煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，100083

    摘要：對比分析了世界主要產煤國百萬噸死亡率，我國井工煤礦百萬噸死亡率約是美國的13.5倍、南非的7.9倍、俄羅斯的2.1倍、印度的0.97倍。分析了我國煤炭百萬噸死亡率高于美國等其他主要產煤國的原因：井工開采高達95%、賦存條件差、災害嚴重、小煤礦多、機械化、信息化程度低等。提出了煤礦物聯網特點：電氣防爆、無線傳輸衰減大、GPS信號不能覆蓋煤礦井下、無線發射功率小、抗干擾能力強、抗故障能力強、宜采用樹形結構、傳輸距離遠、不宜采用中繼器、設備體積小、電網電壓波動適應能力強、防護性能好等。提出了煤礦物聯網需解決的關鍵技術問題：煤礦物聯網信息編碼、傳輸、處理等標準；礦用安全標志準用產品生產、運輸、倉儲、使用、維護等全過程管控；礦用安全炸藥生產、運輸、儲存、領退、使用等全過程管控；礦用重大關鍵設備生產、運輸、倉儲、使用、維護等全過程管控；煤礦井下人員精確定位、自動識別與培訓監管；瓦斯檢查員、安全檢查員、電鉗工、放炮工、絞車司機、采煤機司機、水泵操作工等及其操作設備、作業環境人機環閉鎖控制；無人工作面地面遙控；煤炭產、運、銷、用全程管控；應急救援裝備與救護隊等管理；煤炭地質勘探、設計、建井施工、安全生產、經營管理等。
關鍵詞：煤礦；物聯網；人員定位；災害預警；設備監控；無人工作面；救援裝備 

    煤炭是我國的主要能源，1995年以來煤炭在我國能源生產結構中占74.7%，在我國能源消費結構中占69.5%。近年來，我國煤礦安全生產形勢逐年好轉，事故起數、死亡人數、百萬噸死亡率均大幅下降，但與世界其他主要產煤國相比，仍有一定差距。
    為滿足煤礦安全生產的需要，目前已有煤礦井下人員位置監測系統、軌道運輸監控系統、膠輪車運輸監控系統、放炮作業監控系統、安全監控系統、瓦斯抽采（放）監控系統、火災監控系統、供電監控系統、帶式運輸監控系統、提升運輸監控系統、排水監控系統、工作面監控系統、大型機電設備健康狀況監控系統、視頻監視系統、倉庫管理系統、生產調度通信系統、應急廣播通信系統、移動通信系統等，在煤礦安全生產、應急救援、事故調查工作中發揮著重要作用。但現有系統仍不能滿足煤礦安全生產、災害預警、應急救援等需求，需要研究煤礦物聯網技術，解決煤礦安全標志準用產品和礦用關鍵設備全程跟蹤監管等問題[1-7]。

1 世界主要產煤國家百萬噸死亡率
    近年來，我國煤礦安全生產形勢逐年好轉，事故起數、死亡人數、百萬噸死亡率均大幅下降，但與世界其他主要產煤國相比，仍有一定差距。我國煤礦百萬噸死亡率高于美國、南非、印度、波蘭和俄羅斯等主要產煤國。2008年我國煤礦百萬噸死亡率是美國的42.2倍、南非的14.8倍、印度的7.7倍、波蘭的7.0倍、俄羅斯的6.2倍、好于烏克蘭。1990年~2008年世界主要產煤國家煤礦事故死亡人數和百萬噸死亡率如表1所示[8]。
    煤炭井工開采我國占95%，印度占12%，美國占30.5%，俄羅斯占32%，南非占51%。煤炭井工開采受瓦斯、煤塵、頂板、水、火等多種災害影響，安全程度遠遠低于露天開采。因此，埋藏深度較淺等適宜露天開采的煤田應優選露天開采。露天礦的百萬噸死亡率很低，為便于分析按0計算（實際不為0），2008年我國井工煤礦百萬噸死亡率是美國的13.5倍、南非的7.9倍、俄羅斯的2.1倍、印度的0.97倍。
    除井工開采高達95%、賦存條件差、災害嚴重、小煤礦多等原因外，機械化、信息化程度低也是主要原因之一。因此，研究煤礦物聯網技術，對提高煤礦信息化水平，促進煤礦安全生產具有十分重要的意義。

 表1  1990年~2008年世界主要產煤國家百萬噸死亡率