引言
煤礦安全生產水平的提升，能夠改善勞動環境，減少煤礦安全生產中的各種不安全因素，預防傷亡事故發生，從而確保煤礦生產運作的順利進行。智能化運作作為煤礦安全技術應用的熱點，已經逐步被應用到煤礦的安全生產管理中。
物聯網技術隨著信息化建設的深入，已成為世界各國經濟科技發展的戰略制高點之一，同樣也是我國信息技術創新的重點突破方向。物聯網是利用感知技術、網絡技術、人工智能及自動化技術，并集成應用，建立起一個人與物對話的智慧世界。
煤礦物聯網智能系統是繼數字煤礦、自動化煤礦等概念后的升華，本文基于煤礦安全生產實際情況，提出了基于物聯網的智能煤礦應用模型，然后對模型中的系統關系進行分析，最后給出了智能煤礦的完整架構圖，從而實現動態的監視并控制煤礦安全運作的全過程。
1我國煤礦企業智能化建設中存在的問題
雖然我國煤礦安全生產已取得了很大的進步，但是與國外比較，總體水平還比較低，煤礦先進技術的應用還有較大差距，特別是信息化產品的應用，仍需要進一步的提高。
物聯網技術在我國已經逐步得到應用，但是經過對煤礦監控系統的現狀分析，發現其中存在著很多的問題。主要問題如下：
缺乏統一的標準和接口。現有的煤礦監控系統各成體系，并沒有統一的接口及標準，從而使得系統之間沒法正常通信，數據漏報。
缺少共享平臺。不能夠為第三方提供統一的接入平臺。
學科交叉研究不夠。地質、水文、災害機理、系統集成等多學科的研究融合深度不夠。
應用層面的信息融合缺失。各個應用系統之間的信息融合及聯動、決策融合缺失。
缺乏泛在的感知網絡。缺乏統一的地下無線覆蓋感知網絡，地下存在著很大部分的感知盲區。
設備落后及老化。感知元件單一，設備落后，不能適應復雜的井下環境。
聯動效率低下。在煤礦事故發生以后，省及地方聯合應急效率低下，搶險救災、安全救護及捜救效果差。
2煤礦物聯網智能體系模型設計
針對上述問題，本文提出了一種煤礦安全生產物聯網智能系統，其設計共分為四個層次，分別是感知與控制層、數據集成層、管理決策應用層、信息展示層，具體設計如圖1所示。
感知與控制層作為傳統物聯網研究的熱點，相對其他層次已經比較成熟。感知與控制層一共設計了四個系統，分別是安全系統、生產系統、供電系統和生產調度系統。安全系統包括安全監測、井下排水、通風、防滅火、束管監測、瓦斯抽放、人員考勤和人員監控；生產系統包括工作面、提升系統、皮帶系統、供壓系統、水處理、選煤廠鍋爐房、井下降溫及給水系統；供電系統包括地面與地下供電；生產調度系統包括無線通信系統、調度通信系統、信息監控系統和大屏幕顯示系統。
數據集成層是新型煤礦物聯網系統的數字化集成中心，主要由工業級實時數據庫和關系型數據庫組成。工業級實時數據庫包含了數據分析、聯動控制策略庫、故障診斷庫和專家庫；關系型數據庫主要包含管理基礎庫、組織機構庫、業務標準庫和專家知識庫。
管理決策層作為企業的智能管理層，分為生產智能分析和商務智能分析兩部分。生產智能分析中心主要運作包括計劃目標管理、物資管理、運銷管理、工程項目管理、能源管理、機電設備管理、通風設計分析和安全管理；商務智能分析中心主要運作包括全面預算管理、財務管理、人力資源管理、固定資產管理、煤質管理、精細化管理、生產調度管理和三維數字開采管理。
企業展示層主要是通過企業展示網絡來展示企業的相關信息。
煤礦物聯網架構的自上而下的四個層級分工明細又相互協作，各個層級間共用同一的數據倉庫，并通過工業以太網和企業管理網實現聯通。
3煤礦物聯網智能體系架構設計
通過對煤礦物聯網體系模型的研究，已經構建了比較完整的物聯網智能體系。結合煤礦實際情況，以及物聯網技術中的信息采集、識別與協同、信息融合、預警、傳感器網絡等技術，設計出了一個比較完整的煤礦物聯網信息架構體系，其完整的網絡架構圖如圖2所示。
圖2所示的物聯網構架圖在集成礦山“三個感知”核心（即感知環境、感知人員、感知設備）的基礎上，融入了生產監控與管理決策系統，并在云服務平臺的基礎上，將安全智能分析（包括物資管理、生產管理、工程項目管理等）和商務智能分析（包括人力資源管理、財務管理等）完美地結合在一起，在很大程度上提高了礦山整體的智能化運作。
在此煤礦物聯網智能體系架構設計中，要求：煤礦系統各類信息都能夠融入骨干網絡進行傳輸；針對各個監控子系統建立虛擬的專用網，從而保障各個子系統能夠相對獨立的運作；建立一個統一網絡的多子系統監控系統，通過網絡傳輸各科室及局部中心數據；可實現數據流量的有效控制；系統具有熱插拔結構、模塊化，進而實現煤礦的不間斷生產、維修、維護；系統進行統一的編程組態，降低煤礦用戶對專業知識的要求，提高系統應用效率；建立豐富的網絡診斷和管理功能，以便于對故障進行分類和設備維修等。
4煤礦物聯網智能體系建設的主要內容
通過以上對煤礦物聯網智能體系模型及架構的研究，可以確定煤礦物聯網智能體系主要建設內容包括井下傳感器感知系統、設備健康感知系統、災害感知系統、感知網絡傳輸系統、感知礦山信息聯動系統、生產監控指揮系統、運銷管理系統、人力資源系統、專家決策系統、財務管理系統等。在系統結果圖的基礎上，結合物聯網技術，分析研究得各主要建設子系統關系如圖3所示。
5煤礦物聯網智能體系技術研究的新方向
在最新的信息技術發展政策及措施的指引下，通過研究構建起來的煤礦物聯網智能體系在感知、傳輸、共享、處理、應用等領域都取得了一定的創新型研究成果，為提高煤礦物聯網持續的創新能力鞏固了基礎。
在本文的物聯網架構設計的基礎上，在日后的實際應用中，需注意四個方面的研究。
首先要提升感知技術水平，加強人工智能技術的應用，通過把模式識別等智能技術與傳感器技術的結合，提高礦山感知的可靠性、準確性及合理性。
其次要推進傳感技術的突破，從而實現高并發、大容量、多元化信息的傳輸，以提高傳輸網絡的承載能力，進而實現煤礦物聯網在礦山各系統中的真正應用。
然后要加強處理技術的研究，以解決復雜、異構物體間的連接方式和信息的交互處理難題，在智能工業、智能商務等領域實現突破。
最后就是需鞏固共性基礎研究，使物聯網更好地應用到企業的安全生產、精細及動態的管理中去，提高生產與業務的創新，以實現礦山各系統的智慧。
6結語
本文通過對煤礦物聯網智能體系模型設計，清晰地展示煤礦物聯網智能體系的結構關系，并在此基礎上指導煤礦物聯網架構的構建。本方案將系統工程技術、信息技術、感知技術、智能技術、計算機技術、控制理論技術等融合到物聯網建設中，從而為智慧礦山的建設奠定了豐富的理論技術基礎，最終提高了礦山智能化建設的科學性、安全性及先進性，加快我國新型智慧礦山建設的進度和步伐。
