基于大数据分析的安全生产信息共享平台建设及管理

杨景峰，刘战武

(陕西陕煤彬长矿业有限公司，陕西 咸阳 712000)

0 引言

近年来，根据国家相关部门的政策要求，煤矿企业为了进一步提高矿井的信息化、自动化、智能化水平，推动矿井走更加集约、高效的发展道路，提升企业竞争力，均下大力气，不断探索传统模式向智能化模式转变[1-3]。彬长矿业集团所属矿井地质条件复杂，水、火、瓦斯、冲击地压等防治任务重，安全生产压力大，更需通过数字化矿山、智能化矿井建设，利用新一代信息技术，解决安全生产中凸显的实际问题。因此，需要建立基于生产大数据的煤矿安全生产智能诊断模型、危险源预警模型、安全生产综合分析模型，实现集团安全生产管理的协同调度、集中管控及科学决策，为企业领导层正确决策、管理层业务管理提供科学及时的数据依据，使集团领导和管理部门能够及时、全面、准确地掌握矿井实际情况，实现对“地域、业务”的全覆盖。

1 平台主要建设内容

安全生产信息共享平台包含16个功能模块，分别为一张图服务、综合门户、综合调度、生产技术、地测防治水、一通三防、机电运输、综合监测、安全管理、防冲管理、安全培训、应急救援、节能环保、科技管理、大数据可视化和平台运维[4-7]。该平台按用户管理职能分为矿端管理和集团端管理，根据专业属性和层级划分管理权限，使生产执行层和管理决策层均能很好地运用该系统。

1.1 平台建设基础条件

彬长矿业集团是陕煤化集团煤炭重要生产基地之一，在陕煤化集团领导下，近年来大力开展信息化建设管理工作，建成了以大佛寺煤矿、小庄煤矿为代表的数字化示范矿井，同时积极推进“两化深度融合”工作，努力打造新型智慧矿山，逐步形成了“两地三中心”格局。集团通过梳理组织机构，不断优化业务管理流程，组建了在业务引领、技术支撑、管理运维为一体的智能化矿井团队，融合大数据、物联网、云计算、人工智能、工业互联网等技术；在矿井“四化建设”中建设应用“无人值守、有人巡检”远程集中控制系统、智能综采工作面、智能化选煤厂、智能无人快速装车系统、综合自动化系统、安全监测监控系统、井下人员定位管理系统、井下无轨胶轮车调度管理系统、工业视频监控系统、井下4G无线通信系统、井下IP广播系统、井下万兆工业环网、通信联络等系统；并试点开展矿用机器人在选煤厂、井下水泵房、主运皮带巡检等方面创新应用，为煤矿安全生产、大数据采集分析起到了积极的支撑作用。

1.2 矿端管理主要内容

以小庄煤矿为例，系统基于B/S架构，采用WEB浏览的方式进行登陆访问，用户根据专业职能的不同，利用安全生产信息共享平台来进行业务管理工作。

一张图服务模块：矿管理人员可方便地调取需要的图纸进行查阅，例如可以查看当前采煤工作面的设备布置情况。图纸按专业进行分类，可分为水文地质、防治水、采掘、通防、机电运输、安全监测等类别，管理人员可实时对所涉及专业的图纸进行在线更新、共享、调阅，解决了传统CAD制图标准不统一，数据更新不及时、打图困难等问题。

综合调度模块：包含调度填报、调度报表、集团上报、值班情况上报、值班排班、值班报表预览、日常调度管理功能，系统报表格式统一，填报完成后自动生成报表，数据实时存储至数据库中，管理更规范。

生产技术模块：包含安全生产标准化、基础信息、年计划管理、生产报表、生产统计、生产图件、生产管理功能，方便生产技术部门管理采掘信息、填报生产计划，编制采掘作业规程、产量及进尺查询、生产资料管理等工作。

应急救援模块：包含应急救援指挥、应急救援预案、应急救援保障、应急演练、日常管理功能，当矿井发生事故时，可以通过平台立即启动应急处置流程，显示当班调度值班人员信息，在GIS图中可方便查询矿井周边应急保障资源，按照事先制定好的应急预案，快速开展救援行动。

系统接入：同时，平台接入了矿井综合自动化系统、安全监测监控系统、井下人员定位系统、工业视频监控、水文监测等系统数据。各系统在图形可视化界面上进行展示，方便管理人员及时查询，获取井下人员、设备、环境实时信息，安全生产大数据统计分析给矿领导提供了决策管理的有效支持。

1.3 集团端管理主要内容

集团端可通过安全生产信息共享平台进行各矿井安全生产管理情况的实时监督、考核。

专业管理功能：集团可对所属的五对矿井的专业图纸资料、安全生产填报数据、安全监测监控及综合自动化系统数据进行查看，可分专业部门对矿井归口部门进行业务管理指导工作。

数据分析功能：对矿井生产、安全管理情况进行数据分析，可按周、月度、季度、年度生成生产报表，安全隐患、三违等数据统计表，集团通过数据分析结果，统筹安排生产计划、安全标准化工作，管理更科学、合理。

安全动态诊断功能：该功能可辅助集团安全管理部门对各矿井人员、设备、环境是否安全达标进行诊断分析，最终得出矿井整体诊断结果。

2 平台项目建设管理

2.1 项目建设前期工作

为确保项目顺利实施，在认真贯彻落实陕西煤业股份有限公司下发的《关于进一步推进安全生产信息共享平台项目建设的工作安排》的各项工作要求，彬长矿业集团于2018年12月29日组织召开项目推进会，会议传达了股份公司项目建设安排和要求，部署和安排了彬长矿业集团及所属各矿井安全生产信息共享平台项目建设工作，确保按要求完成建设任务。2019年1月25日，彬长矿业集团下发了《关于安全生产信息共享平台项目建设工作安排的通知》文件，文件明确了项目建设的组织机构、建设内容和进度安排等相关要求。

2.2 项目建设原则及内容

建设原则：项目按照“总体规划、分步实施、因地制宜、效益优先”的原则建设。试点矿井小庄煤矿优先建设，另外，根据各矿实际情况，配合平台开发方北京龙软科技公司项目组制定各矿具体实施方案。项目现场实施主要包括硬件平台搭建、网络传输、图形数据处理、专业数据录入、监测监控系统数据集成、综合自动化系统接入、培训应用等部分。

建设内容：其中，一张图数据处理包括地质测量、机电运输、安全、通防、水文地质5个专业图纸转换及属性数据录入；在线监测集成系统包括安全监测、人员定位、工业视频监控、水文监测、束管监测、矿压监测6个系统；综合自动化集成系统包括综采综掘工作面、井下供电、主煤流运输、压风机、主通风机、井下主排水6个自动化监测系统；平台培训应用包括生产技术、综合调度、一通三防、机电运输、安全管理、安全培训、地测防治水、防冲管理、应急救援9个专业。

2.3 平台建设需解决的关键问题

标准规范体系的建立：根据煤矿对安全生产业务管理的需求，建立了煤矿信息化标准规范体系、煤矿空间基准参照系、煤矿地理数据采集与处理规范、煤矿地理信息分类与代码、煤矿地理信息要素数据字典、煤矿地理数据分层标准等一系列标准规范，用于指导各业务系统的设计、开发以及数据的描述与共享[8-10]。

矿山异构数据的融合利用：安全生产管理过程中积累了丰富的业务数据，数据种类多样，总量增速快，数据资源呈海量化、异构化特点，需以大数据技术，整理内外部各类信息资源，形成基础资源库，并在此基础上整合优化，建设形成应用服务资源库。

专业分析模型的构建：充分分析总结煤矿“采、掘、机、运、通”业务管理经验及“水、火、瓦斯、顶板、冲击地压”等安全评价经验，采用大数据的思路和方法[11-13]，构建适合彬长矿业集团现状的预测预报、综合评价、智能诊断等模型，为煤矿安全生产管理提供专业大数据分析支撑。

管理和技术人员的保障：智能煤矿安全生产信息共享平台涉及生产、机电、通防、地测防治水、安全、防冲、调度、信息化等相关专业，从项目前期的方案制定、需求调研到开发建设、上线运行，需要多方共同努力、深度配合，发挥各自专业特长和优势，从管理、技术两个维度推进项目建设和落地使用。

知识转移和分享：项目建设全过程涉及新理念、新技术、新知识，全程采取联合系统开发模式，强化现场知识培训和共享应用，注重过程管理以及知识沉淀、转移，建设管理、操作实践、运维管理三并重，不断提升独立建模、运维、开发创新的团队能力。

3 平台应用情况及效果分析

彬长矿业集团通过平台建设，不断深化系统应用，创新运维管理模式，将大数据、工业互联网、人工智能等新一代信息技术与煤矿安全生产管理相融合，充分发挥新动能优势，进一步提升了煤矿高效管理和安全生产能力。

3.1 平台应用情况

安全生产信息共享平台自上线运行以来，切实提高了集团及各矿井技术、安全生产管理水平，各级管理人员利用该平台提高了工作效率，真正发挥了平台系统作用，主要表现在以下两个方面。

管理职责分明：全员参与，系统运行管理职责分明。为了管好、用好该系统，彬长矿业集团制定了《彬长集团安全生产信息共享平台运行管理办法》，制度中规范了安全生产信息共享平台运行管理工作流程，明确了各级管理机构责任，从而保证了系统及数据的安全、稳定、高效、有序运行。①组织职责方面。安全生产信息共享平台运行实行“分级管理、专业负责”的管理原则，要求各相关单位指定至少1名专业技术人员负责本系统的运维管理工作。集团地测部、信息中心是安全生产信息共享平台运维管理部门，负责对各级单位的系统运维工作进行监督考评、系统用户分配和权限管理等工作。各矿成立安全生产共享平台的管理组织机构(运维管理组)，负责定期召开专题会议，解决运行中存在的问题，确保系统正常运行。同时，矿井各专业科室必须在规定时间内按要求完成图纸、文档、报表的填报与发布，矿运维管理组对填报数据的正确与完整性进行监督检查。集团信息中心和矿井信息化管理部门是安全生产信息共享平台硬件及网络技术支持部门；②分专业规定了运营管理内容。制度中对综合调度、生产技术、地测防治水、一通三防、安全管理、机电运输、综合监测、应急救援、防冲管理、系统运维管理、安全保密规范等做了详细规定，提出填报数据的规范及时限要求，明确运营管理标准，为安全生产共享平台数据更新的准确性、时效性提供了制度保障。

系统使用管理考核：软件平台运行的持久性在于用户是否真正地运用系统开展相关工作，彬长矿业集团安全生产信息共享平台上线运行之初也存在过一些问题，例如用户对系统操作不熟知、不习惯、甚至排斥使用平台进行技术管理、安全管理等工作。当系统不断采集相关安全生产监测、图纸、报表等数据录入系统中，资源共享、协同工作效率不断提升时，用户从被动使用系统逐步转变为主动提改进功能需求的工作状态，使用平台工作成为了一种习惯，安全生产管理水平大为提升。为了更好地运行系统，彬长矿业集团在各矿抽调信息录入员、技术管理人员近100人，集中进行平台数据录入处理、维护专业化培训，在保障网络、终端正常的情况下，负责各系统数据的采集、上报、录入工作，确保了平台运行持久的生命力。

3.2 平台应用效果分析

管理层面：利用一张图数据的高度集成与共享，全面了解、敏锐感知、实时掌控矿井安全生产状况，实现对矿井安全生产的动态化、精准化、实时化监管，进一步强化集团管控和协同调度能力。创新开展大数据分析和预测预报预警，为各级管理层提供个性化分析服务，为领导层高效决策提供数据支撑。

安全生产层面：实现了安全风险和隐患排查治理的分类分级闭环管理，结合实时监测的人员、设备和环境等的位置、状态信息，通过数据融合分析及时掌握隐患排查、闭环管理、整改落实情况，真正实现了“人、机、环、管”本质安全型矿井，构建了全矿井协同化、自动化、智能化的安全生产管理新模式。

技术层面：按照一张图统筹管理、协同配合的理念，规范了地测、通风、采矿设计、供电、供排水、运输等专业数据标准，提升了辅助图形和应用系统的数据采集、处理、存储、分析能力，实现了数据的集成服务与协同更新。利用大数据分析技术建立了水害、火灾、应力、微震等灾害预警模型，提高了矿井数据和图形处理的专业技术水平和应急响应能力。

数据层面：以数据流为引导，规范不同用户、系统之间的共享和服务标准，打破了专业界限和数据壁垒，构建专业数据仓库，实现数据共享，通过数据分析利用和价值挖掘，进一步提升数据资产价值。

创新层面：通过在矿井开展平台建设，先进高效的管理技术理念已深深植入各级管理和技术人员心中，可以调动企业内部员工积极学习吸收新知识，创造新活力，不断促进企业管理创新和技术升级，推动企业可持续创新发展。

总体效果：彬长矿业集团通过平台项目建设，为煤矿安全生产提供了先进高效的智能化管控平台，从而代替大量分散、独立的传统业务系统，实现了集团到矿井、矿井内部之间的数据自动传输、协同共享，提高工作效率，提升了管理科学性、决策准确性。

3.3 平台建设价值和创新点

将大数据技术理念深度融入到煤矿安全生产过程管控中，促进煤矿生产的管理创新和智能化装备升级，逐步形成用数据来科学管理决策的工作模式，提升彬长矿业集团的精细化管理、精益运营、精准决策能力。

建成统一业务管理系统：基于大数据技术架构，构建了矿井地理信息系统数据存储模型、数据结构、大数据分析模型及核心结构算法，建成了符合彬长矿业集团实际情况的统一业务管理系统。

建立平台应用标准规范体系：根据智能化矿井建设要求，在行业标准规范的基础上，建立了平台应用标准规范体系，规范了数据采集、处理、存储、分析、访问、表达和应用，以及在不同用户、不同系统之间的数据共享和服务。

建立安全生产业务一体化管控系统：建立了基于GIS一张图的全集团安全生产业务一体化管控系统，形成了多级架构分布式在线协同工作平台，实现了煤矿“采、掘、机、运、通”和“水、火、瓦斯、顶板、冲击地压”等数据的统一分析、处理、展示、共享功能。

构建大数据分析模型：构建了煤矿安全生产智能诊断、危险源辨识及预警、安全生产状况综合分析等大数据分析模型，通过煤矿GIS一张图汇集展示采掘、监测监控、综合自动化、安全管理、生产经营、机电设备管理等数据，实现了各类安全生产信息集成融合、数据挖掘和决策支持，实现了对安全管控流程及存在问题的智能诊断，提高了集团整体安全管控水平。

形成高精度定位的可视化矿山展示系统：通过构建高精度三维动态地质模型，实现了地层、断层、陷落柱、钻孔、巷道、工作面、设备、传感器、瓦斯、水、风流等参数的可视化展示，为平台大数据分析提供可视化交互环境。

实现知识共享：实现了煤矿生产管理知识的共享、协同及实时更新，通过系统建设及管理提升，进一步提高专业技术资料管理的效率和效果，保障资料精确和及时性，进而保障煤矿安全生产工作正常开展。

形成数据管理新模式：通过梳理安全生产管理业务流程，促进企业管理水平的提升，逐步改变传统煤炭企业生产管理思维模式，成立了大数据分析团队，不断挖掘数据价值，形成了用数据科学管理决策的新模式。

4 结语

基于大数据分析的安全生产信息共享平台建设及管理应用，在煤矿安全生产管理、数据融合共享、预测预警分析建模等关键技术和难点方面，为在其他煤炭企业推广应用提供了很好的经验和借鉴。特别是基于GIS一张图协同管理、大数据安全动态诊断、安全风险管控等关键技术的研究与创新应用，解决了一体化管控的智慧矿山建设的部分关键问题，为下一步打造智能化、无人化矿井奠定了基础。