關(guān)于煤礦信息化綜合監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)研究

吳小文

(山西新元煤炭有限責(zé)任公司，山西 陽(yáng)泉 045000)

1 系統(tǒng)介紹

目前，全國(guó)正在逐步加大對(duì)煤礦環(huán)境智能化系統(tǒng)的推動(dòng)及建設(shè)，相關(guān)部門也陸續(xù)出臺(tái)了各種智能化煤礦建設(shè)政策[1]。國(guó)家煤礦安監(jiān)局于2016年12月29日下發(fā)了關(guān)于印發(fā)《煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)升級(jí)改造技術(shù)方案》(以下簡(jiǎn)稱《升級(jí)改造技術(shù)方案》)的通知，要求對(duì)礦上在用安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)《升級(jí)改造技術(shù)方案》中的要求進(jìn)行自檢，若不能滿足要求，需要對(duì)在用系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造或更換滿足要求的新型安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[2]。

新元煤礦結(jié)合當(dāng)前在煤礦數(shù)字式安全監(jiān)測(cè)、設(shè)備運(yùn)行、生產(chǎn)調(diào)度等方面研究的成果，提出了煤礦安全統(tǒng)一融合平臺(tái)建設(shè)方案。該煤礦統(tǒng)一融合平臺(tái)以GIS系統(tǒng)為展示基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合、多系統(tǒng)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)、多系統(tǒng)數(shù)據(jù)綜合分析等功能[3]。避免“信息孤島”，促進(jìn)安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控多元融合和信息共享，提高煤礦安全預(yù)測(cè)預(yù)警水平，實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控信息的深度分析和綜合利用。

2 信息化綜合監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

2.1 總體方案設(shè)計(jì)

在國(guó)家相關(guān)政策大力推動(dòng)下，結(jié)合新元煤礦的實(shí)際工況特點(diǎn)，開(kāi)展了新元煤礦信息化綜合監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)建設(shè)。所設(shè)計(jì)的煤礦信息化綜合監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)主要由安全監(jiān)控、人員監(jiān)控、調(diào)度電話監(jiān)控、工業(yè)視頻、應(yīng)急廣播監(jiān)控等模塊組成，可實(shí)現(xiàn)礦端各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與上傳，將煤礦的環(huán)境監(jiān)測(cè)、人員定位、工業(yè)視頻、調(diào)度通信、應(yīng)急廣播等多系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合[4]，結(jié)合GIS功能，實(shí)現(xiàn)了關(guān)聯(lián)分析、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)等功能。通過(guò)構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)模型計(jì)算煤礦的安全風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，明確了不同的專業(yè)、系統(tǒng)、區(qū)域出現(xiàn)問(wèn)題的頻次、嚴(yán)重程度，以此作為礦領(lǐng)導(dǎo)決策依據(jù)；集成可視化調(diào)度可直接與井下生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行通話，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)視頻的遠(yuǎn)程調(diào)閱[5]；采用人工智能技術(shù)對(duì)煤礦井下各類型場(chǎng)景進(jìn)行視頻識(shí)別、智能分析，實(shí)現(xiàn)人員違規(guī)立即告警、安全生產(chǎn)潛在風(fēng)險(xiǎn)提前預(yù)警的智能監(jiān)管；提供了移動(dòng)終端APP應(yīng)用，支持煤礦安全生產(chǎn)信息的實(shí)時(shí)查看、各類型業(yè)務(wù)的審批、報(bào)警信息的推送。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)主要硬件配置設(shè)計(jì)

所設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)的硬件結(jié)構(gòu)配置包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、Web服務(wù)器、控制中心、顯示中心等組成[6]。由此，結(jié)合市場(chǎng)調(diào)研匹配，確定了此監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)中數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和Web服務(wù)器的關(guān)鍵配置，具體如表1和表2所示。

表1 數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器關(guān)鍵配置

2.3 系統(tǒng)平臺(tái)特點(diǎn)分析

1) 引入人工智能技術(shù)，對(duì)煤礦井下各類型場(chǎng)景進(jìn)行視頻識(shí)別、智能分析，實(shí)現(xiàn)人員違規(guī)立即告警、安全生產(chǎn)潛在風(fēng)險(xiǎn)提前預(yù)警的智能監(jiān)管。

2) 將GIS功能與煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合，各類型傳感器、人員分站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在地圖上顯示，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的全面監(jiān)控、事故隱患的快速定位。

3) 具備風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型，實(shí)現(xiàn)煤礦全方位的風(fēng)險(xiǎn)診斷、大數(shù)據(jù)分析。通過(guò)構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)模型計(jì)算煤礦的安全風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，明確了不同的專業(yè)、系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題的頻次、嚴(yán)重程度，以此作為礦領(lǐng)導(dǎo)決策依據(jù)。

4) 消除“信息孤島”，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)間的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)及綜合展示。

5) 可提供SAAS化應(yīng)用，減少客戶的一次性投入、降低運(yùn)維成本。

6) 基于大數(shù)據(jù)計(jì)算框架處理引擎，提供快速的數(shù)據(jù)篩選查詢，進(jìn)行全面的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程分析，有效指導(dǎo)煤礦企業(yè)安全高效生產(chǎn)。

3 監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)關(guān)鍵模塊設(shè)計(jì)

3.1 人員監(jiān)測(cè)模塊設(shè)計(jì)

在該監(jiān)控系統(tǒng)中，采用了GIS功能，配置了關(guān)聯(lián)關(guān)系的人員分站，在監(jiān)測(cè)該分站信息時(shí)，相關(guān)聯(lián)的傳感器或設(shè)備信息，會(huì)在一張圖上顯示。當(dāng)選中某個(gè)人員分站時(shí)，可以顯示分站的基本信息和變化趨勢(shì)曲線，還顯示了瓦檢員及帶班領(lǐng)導(dǎo)的姓名和位置、安全監(jiān)測(cè)傳感器的監(jiān)測(cè)值、調(diào)度電話、工業(yè)視頻圖像和應(yīng)急廣播等關(guān)聯(lián)信息；當(dāng)檢測(cè)到煤礦中設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，所設(shè)計(jì)的安全監(jiān)測(cè)傳感器會(huì)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警，此時(shí)GIS上的安全監(jiān)測(cè)傳感器圖標(biāo)會(huì)變紅，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.2 煤礦產(chǎn)量與總回風(fēng)瓦斯監(jiān)測(cè)模塊設(shè)計(jì)

由于煤礦每天的生產(chǎn)量相對(duì)較多，且井下的瓦斯?jié)舛容^高，故在該監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了煤礦產(chǎn)量與總回風(fēng)瓦斯模塊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)井下煤礦開(kāi)采中的煤礦產(chǎn)量及瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)分析一天的產(chǎn)量與總回風(fēng)瓦斯?jié)舛茸兓瘜?duì)比，當(dāng)產(chǎn)量增多時(shí)總回風(fēng)瓦斯也會(huì)相對(duì)增高。此模塊是以圖標(biāo)的方式，提供產(chǎn)量與總回風(fēng)瓦斯的變化對(duì)比。同時(shí)，可對(duì)上一天及下一天的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)查看。監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)中煤礦產(chǎn)量與總回風(fēng)瓦斯監(jiān)測(cè)模塊監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)圖如圖1所示。

圖1 煤礦產(chǎn)量與總回風(fēng)瓦斯監(jiān)測(cè)模塊監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)圖

3.3 圖形綜合監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)中設(shè)計(jì)的圖形綜合監(jiān)控模塊能綜合顯示所有煤礦人員、產(chǎn)量、安全的實(shí)時(shí)信息。默認(rèn)展示安全、人員、產(chǎn)量系統(tǒng)的報(bào)警、實(shí)時(shí)等匯總數(shù)據(jù)。用戶可以在“圖形綜合監(jiān)控配置”模塊中配置顯示的內(nèi)容。另外，按照用戶在“報(bào)警督辦—督辦設(shè)置—圖形綜合監(jiān)控配置”中配置的組來(lái)顯示對(duì)應(yīng)信息。若用戶未設(shè)置，則顯示默認(rèn)信息。煤礦監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)中圖形綜合監(jiān)控模塊顯示界面如圖2所示。

圖2 圖形綜合監(jiān)控模塊顯示界面

4 監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)價(jià)值及效果分析

4.1 適用范圍分析

所設(shè)計(jì)的該監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)能幫助煤礦安全管理人員隨時(shí)了解煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)情況和安全管理決策分析的場(chǎng)景；可適用于多系統(tǒng)融合的大數(shù)據(jù)綜合分析場(chǎng)景，滿足關(guān)聯(lián)分析、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)需求，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急救援信息、應(yīng)急救援預(yù)案、應(yīng)急演練的綜合管理，滿足應(yīng)急救援的需求;滿足國(guó)家風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)要求，適用于煤礦風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警防控的場(chǎng)景。

4.2 所帶來(lái)價(jià)值分析

1) 利用信息化手段規(guī)范煤礦企業(yè)的安全管理制度，提升煤礦企業(yè)的安全管理水平，滿足煤礦監(jiān)管機(jī)構(gòu)和執(zhí)法的需求。

2) 采用人工智能技術(shù)，減少煤礦各類型井上井下操作、值守人員數(shù)量，提升安全性，達(dá)到了減員增效的目的。

3) 建立煤礦安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，構(gòu)建煤礦事故風(fēng)險(xiǎn)分析模型，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)煤礦在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)深入挖掘，有效指導(dǎo)煤礦企業(yè)進(jìn)行安全高效生產(chǎn)，避免重特大事故的發(fā)生。

4) 具有移動(dòng)應(yīng)用煤礦大腦APP，支持煤礦安全生產(chǎn)信息的實(shí)時(shí)查看、各類型業(yè)務(wù)的審批、報(bào)警信息的推送，能夠連接煤礦安全生產(chǎn)決策人員和工作人員，輔助決策。

4.3 應(yīng)用效果分析

結(jié)合前文建立的煤礦信息化監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)，將其在新元煤礦中進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，平臺(tái)監(jiān)測(cè)周期為6個(gè)月。在此6個(gè)月的運(yùn)行過(guò)程中，該系統(tǒng)運(yùn)行正常，各類數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)準(zhǔn)備，信號(hào)傳輸快速及時(shí)，未出現(xiàn)系統(tǒng)誤報(bào)現(xiàn)象，能準(zhǔn)備地對(duì)該煤礦的人員情況、電話情況等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將各類信息準(zhǔn)確地顯示在相應(yīng)的界面中，操作人員也可通過(guò)不同按鈕的調(diào)用，查看不同時(shí)刻的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)井下出現(xiàn)瓦斯?jié)舛冗^(guò)高或其他故障問(wèn)題時(shí)，該系統(tǒng)也及時(shí)發(fā)出了相應(yīng)的聲光報(bào)警提示。據(jù)有經(jīng)驗(yàn)的人員估算，該系統(tǒng)的應(yīng)用，可使該煤礦運(yùn)行安全性提高60%，相關(guān)費(fèi)用支出減少100萬(wàn)/a，對(duì)有效保障人員及設(shè)備運(yùn)行安全起到了重要支撐作用，可推廣應(yīng)用。

5 結(jié) 語(yǔ)

信息化、智能化煤礦開(kāi)采建設(shè)是當(dāng)前國(guó)家及企業(yè)重點(diǎn)發(fā)展和推動(dòng)的方向，也是實(shí)現(xiàn)煤礦高產(chǎn)量、作業(yè)高安全性的重要保障。將當(dāng)前先進(jìn)的智能化、信息化控制技術(shù)應(yīng)用到煤礦開(kāi)采、監(jiān)控中，符合國(guó)家智能化發(fā)展的戰(zhàn)略方向。由此，結(jié)合新元煤礦的實(shí)際工作環(huán)境特點(diǎn)，完成了具有多種監(jiān)控功能的信息化綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，并對(duì)其應(yīng)用范圍、價(jià)值及實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行了分析研究，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)具有較高的可靠性和安全性，能更好地滿足當(dāng)前該煤礦的使用需求，也具有較高的應(yīng)用推廣價(jià)值。