数字化矿山综合调度指挥平台研究

张建平 柴洪静

（太原理工大学经济管理学院，山西省太原市，030024）

数字化矿山综合调度指挥平台研究

张建平 柴洪静

（太原理工大学经济管理学院，山西省太原市，030024）

根据数字化矿山的建设要求，对数字化矿山综合调度指挥平台进行了总体设计，以统一、集成、一体化为理念，借助计算机网络及通讯技术，实现矿井各个自动化系统的高度集成和各监测点的综合显示、统一管理、及时决策，为进一步建设数字化矿山打下良好基础。

数字化矿山 调度指挥 安全生产 综合自动化

数字化矿山是矿山的数字化、信息化，它综合运用计算机、网络、通信、虚拟仿真、自动控制以及自动监测等技术对矿山开采过程中各类信息资源进行全面、高效、有序地管理和整合，它综合考虑生产、管理、经营、安全、效益、环境和资源等各类因素，实现煤炭企业的整体协调优化，在保障煤炭企业可持续发展的前提下，达到提高其整体效益、市场竞争力和适应能力的目的。建设数字化矿山首先要实现矿山的综合自动化，其次是在综合自动化的基础上对整个矿山进行统一的管理、指挥、调度并做出决策，而这些功能的实现都离不开数字化矿山综合调度指挥平台的建立。本文根据矿山运作的实际情况对数字化矿山综合调度指挥平台的建设进行了探讨性的分析。

1 数字化矿山综合调度指挥平台建设的意义及需求分析

1.1 建设的意义

数字化矿山综合调度指挥平台采用信息科学及系统科学理论，以计算机、通讯、多媒体、网络等技术为手段，将各个应用系统（包括安全、生产以及管理等）的全部信息进行统一集成，为实时监测的数据信息、工业电视视频图像信息以及采、掘、机、运、通等生产信息和产、运、销等经济管理信息提供数据通道，实现各独立子系统间信息的无缝集成，达到各系统软硬件资源共享。该平台可使相关管理人员及时全面地了解井上、井下安全生产运作信息，能及时合理安排生产、调运，保证煤矿安全、均衡、稳定、连续地组织生产，是现代化矿井安全高效生产的重要支撑平台。

1.2 需求分析

煤矿生产井下作业环境复杂，要受到水、火、煤尘、瓦斯、围岩等恶劣多变的自然条件威胁和倾角、褶皱、断层、岩溶塌陷等地质构造的限制，不安全因素多，安全生产难度大。此外，煤矿生产的工艺复杂，工序繁多，技术性强，规程要求严格。因此，要想安全生产，不仅要有采煤、掘进、通风、地测、机电、运输等各环节和部门的密切配合，而且还要有洗选加工、物资供应、后勤保障、煤炭运销等几大环节和部门的充分保证才能顺利进行。目前，煤矿井上井下各系统之间多各自独立，信息交换的标准不统一，集成化程度不高，信息资源共享程度差。在充分考虑到煤矿生产的多层次结构、复杂的生产环节、千变万化的自然条件以及应用系统独立性的前提下，及时掌握、管理、控制、调整与协调煤矿安全生产的动态过程，最大限度地消除不安全因素，使煤矿始终保持安全、持续、稳定地生产，就需要建立一个信息化的综合平台，对整个生产过程进行整体调度。

2 数字化矿山综合调度指挥平台的功能设计

数字化矿山综合调度指挥平台要充分运用计算机、网络、通讯、监控及传感器等先进技术，对整个煤矿生产过程中的各个环节进行实时地监控、协调与管理；要在网络和数据仓库这两大平台的基础上将矿山安全、工况监测、生产调度等方面的各个系统集成起来进行集中操作、分布控制；要以网络技术为核心，在各系统之间建立统一的信息交换标准，实现各个系统间信息的无缝集成，达到整个煤矿信息资源的共享。综合调度指挥平台要实现的具体功能如下：

（1）环境安全监测。通过安装在井下作业现场的各种传感器，以工业以太环网为骨干传输通道，将各监测点的瓦斯、温度、风速以及负压等相关数据实时地传送到调度室或有关领导办公室，具有故障判断、超限提示和报警、瓦斯抽采量监测与显示功能。在环境安全监测方面应用的系统主要有实时智能安全监测监控系统、瓦斯源监测系统、通风机监控系统、井下粉尘监测系统、矿压监测与分析系统以及井下巷道顶板监测系统等。

（2）生产设备实时工况监测。通过井上井下的各监测系统对整个生产过程进行监控，对煤矿采掘、运输过程中各个生产环节工作情况进行综合信息显示，防止因违章操作造成各种故障产生，保证煤矿安全生产。另外，实时采集的数据都会保存至数据库中，具有历史数据和历史速度曲线查询以及显示统计等功能。在生产设备实时工况监测方面应用的系统主要有井下带式输送机监控系统、主副井提升机监控系统、井下轨道运输信集闭系统、注浆监控系统以及产量监控系统等。

（3）大屏幕综合显示。综合调度指挥中心的大屏幕综合显示系统及工业电视系统主要是为了显示安全生产过程中各监测系统的各类计算机动态图形与数据。根据不同场所的监控要求和环境特征配置符合实际需要的摄像机，对整个矿井进行24小时连续清晰的实时监控，实现井上、井下各重要生产环节与主要生产设备的工业电视图像监控，采集的视频图像信息经压缩编码处理后通过网络传输到调度室及有关领导办公室。

（4）调度指挥与决策。在数据库平台和网络平台的基础上，收集各个矿井自动化系统的安全、生产、运销、经营以及煤质等信息，通过数据整合形成煤矿生产的实时数据，并自动完成数据的分析、运算、汇总、存储与管理，生成相应的报表，同时实现网上实时信息的共享与发布。

（5）应急救援指挥。以煤矿局域网和井下移动通讯系统为依托，救灾指令与数据、语音图像有机集成，调度指挥部门在系统及时提供的预案指令、应急队伍响应和事故动态状况及救援专家、装备、案例等信息的辅助下，实施科学高效地救灾指挥。

（6）生产经营管理。在煤炭资源管理系统、采矿协同设计系统、地面储装运系统、产量监控系统、办公自动化系统和矿山ERP系统等的辅助下，以煤炭开采为基础、成本控制为中心、生产计划为主线，实现对煤炭资源、物料、人力和资金等的全面掌控，实现整个生产流程的控制、相关业务的集成、有效的决策指挥、各个部门的协同合作，满足煤矿的整体业务运作和生产经营管理的要求。详细的功能模块可划分为煤炭资源管理、采矿协同设计、生产管理、物资管理、财务管理、设备管理、人力资源管理、定额管理、计划管理、项目管理、运销管理、成本管理、客户关系和供应链管理、信息发布、公文管理、行政办公、个人事务以及系统管理等等。

（7）机电设备的监测与管理。煤矿企业需用到大量的机电设备，如井下变电所、井下压风机、主扇风机、排水泵、电机车、绞车等等，为了保证整个煤矿的安全生产，就要做好机电设备的保养、维修和检修工作，实现自动监控，并且还要向集成化方向迈进。要从单一的自动化子系统发展到多个子系统的集成，要尽可能多地将各个原本独立的机电设备自动监控系统集成到一起，提高监控中心的综合判断能力，提高对事故的预防及快速处理能力。此外，还要实现企业的控制网络与管理网络的集成，为实现管控一体化打下坚实基础。

（8）井下人员定位和考勤管理。井下人员定位考勤系统实现对井下人员的精确定位，能准确掌握井下工作人员的数量和位置，可用于日常的考勤管理。

（9）供配电与给排水管理。供配电工作的基本任务是根据用电负荷的需要科学合理地配电，不仅要保证正常时期的供电质量和设备的正常起动和运行，而且能够快速处理短路、漏电等故障，并使影响范围最小化。给排水管理工作的基本任务是满足煤矿生产对水量、水质和水压的要求，并将煤矿作业点及居住区产生的各类废水、生活污水及雨水有组织地排出，达到合理利用水资源、合理治理污水及保护环境等目的。

（10）矿山开采调度动、静态图形的输入、编辑与利用。利用煤矿地理信息系统、工程数据库等技术，根据矿山安全生产的实际情况，提供井上井下各种安全生产的动、静态平面图和三维图形，对井上井下的安全状况进行分层显示、分析、评价、查询、统计和计算，便于调度室及网络终端查询利用，为科学地制定管理决策提供依据。

3 数字化矿山综合调度指挥平台的结构体系设计

3.1 设计原则

数字化矿山综合调度指挥平台结构体系的设计应考虑以下设计原则：

（1）先进性。采用信息技术、计算机技术、现代管理技术、自动控制与监测等符合未来发展的先进技术来构建数字化矿山综合调度指挥平台，整个平台立足于高起点，保证平台在技术上能够较长时间处于国内领先地位。

图1 数字化矿山综合调度指挥平台各系统功能关系图

（2）集成性。集成是保证信息的一致性，是功能整体性的核心。就整个平台的总体结构而言，它体现在物理集成、信息集成、功能集成和过程集成等方面。煤矿各种生产信息、安全信息、管理信息、经营信息等等都应从信息孤岛中解放出来，形成具有安全性、可靠性、一致性的信息集成平台，为综合调度指挥平台提供一个信息共享的环境。

（3）实用性。综合调度指挥平台是一个大型的信息工程，应根据煤矿的实际需求，制定计划，分步实施，消除瓶颈，提高煤矿的生产效率，实现现代化管理的总目标。

（4）可靠性。利用平台的自诊断、高容错、自动恢复以及抵御外界环境和人力操作失误等能力，保证平台的稳定、高效、长期运转。

3.2 结构体系设计

数字化矿山综合调度指挥平台是煤炭企业安全生产的核心，担负着安全生产经营、组织、指挥、控制、协调的重大责任，可加快调度数据的采集、汇总、分析及信息发布速度，提高工作效率；为煤矿的安全生产、调度和决策指挥提供直观、可靠的依据；实现调度工作的网络化、业务处理的自动化、数据共享的信息化。数字化矿山综合调度指挥平台各系统功能关系图如图1所示。

基于对数字化矿山综合调度指挥平台各系统功能关系的分析和实际应用过程中调度指挥工作流程的规划，设计出该平台的层次结构。数字化矿山综合调度指挥平台层次结构图如图2所示。

图2 数字化矿山综合调度指挥平台层次结构图

（1）数据库层。数据库层是综合调度指挥平台的基础。数字化矿山的数据量很大，既包括矿山信息的静态属性数据，也包括矿山管理过程中产生的动态数据；既有易于管理和使用的结构化数据，也有介绍性文档等非结构化数据。在充分考虑了数据规模对平台性能的影响及不同数据类型在数据维护、管理以及操作上的一致性和灵活性的基础上，选用数据库SQL Server和OLAP联机分析处理技术，结合群集和磁盘阵列技术，使数据库具有更高的安全性、稳定性、可用性及数据完整性。

（2）数据处理层。数据采集不但支持实时数据获取，而且能够导入历史数据，并支持采集程序异常缓冲数据。数据采集端可根据运行情况配置优化策略，使系统吞吐量达到最优。将采集来的数据进行智能分析和存储，根据实际情况利用决策分析系统做出相应决策，并将数据及分析结果通过特定的传输通道传送给相应管理部门，达到提前预测设备故障或防止类似故障再次发生的目的，保证矿山生产运行的安全可靠。

（3）系统集成层。按照统一的参数及编码标准，通过统一的数据接口，实现各自动化系统之间信息资源的多级使用和共享。利用模板技术将数据进行集成并转化成统一的表现形式，使所有系统通过单点登录即可实现全面访问和控制。

（4）调度应用层。以系统集成、资源共享为基础，直接面向用户，为用户提供不同的服务，实现调度指挥综合信息的查询、浏览显示、编辑与管理等。

在综合调度指挥平台的建设中，要以总调度室为核心，集实时智能监测、安全生产管控、整体调度协调、自动化办公于一体，能将瓦斯浓度、风速、温度、负压、生产管理、地质水文、压风排水、通风供电、运输及图形报表等信息及时地提供给各层次的管理者及调度人员，从而做出准备及科学决策，提升煤炭企业安全生产过程的管理水平，提高灾害预防和对安全生产事故及突发事件的处理能力，将事故损失降到最低，进一步提高生产力水平，促进产业结构升级。

4 结语

数字化矿山综合调度指挥平台是现代化数字化矿井安全高效生产的重要支撑平台，它以效益为目标，实现煤矿生产的设计、经营、管理和保障的集成，消除信息孤岛，实现资源共享，满足调度中心及相关管理部门生产调度协调、安全管理、分析决策及灾害预防的需求，保证矿井的安全生产，提高整个煤矿的管理决策水平和整体科技水平。

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Study on comprehensive command and schedule platform for digitalized mine

Zhang Jianping，Chai Hongjing

（College of Economics and Management，Taiyuan University of Technology，Taiyuan，Shanxi 030024，China）

Based on the construction requirement of digital mine，the paper provides a general design of a comprehensive command and schedule platform for digitalized mines，especially the design of the functions and structural system of the platform.The platform is established on the basis of the concept of unity and integration，with the help of computer network and communication technology，so as to realize the highly integration of every mine automatic system and comprehensive display of every monitoring point，as well as integrated management and timely decision－making，which lay a solid foundation for construction in the future.

digitalized mine，command and schedule，work safety，integrated automation

TD211

A

张建平（1960－），男，汉族，山西临猗人，太原理工大学经济管理学院教授、博士、硕士生导师，研究方向：管理科学与工程，数字化矿山建设。

（责任编辑 路 强）