关于煤矿信息化综合监控系统平台的设计研究

吴小文

(山西新元煤炭有限责任公司，山西 阳泉 045000)

1 系统介绍

目前，全国正在逐步加大对煤矿环境智能化系统的推动及建设，相关部门也陆续出台了各种智能化煤矿建设政策[1]。国家煤矿安监局于2016年12月29日下发了关于印发《煤矿安全监测系统升级改造技术方案》(以下简称《升级改造技术方案》)的通知，要求对矿上在用安全监测系统根据《升级改造技术方案》中的要求进行自检，若不能满足要求，需要对在用系统进行升级改造或更换满足要求的新型安全监测系统[2]。

新元煤矿结合当前在煤矿数字式安全监测、设备运行、生产调度等方面研究的成果，提出了煤矿安全统一融合平台建设方案。该煤矿统一融合平台以GIS系统为展示基础，实现多系统数据融合、多系统应急联动、多系统数据综合分析等功能[3]。避免“信息孤岛”，促进安全监测监控多元融合和信息共享，提高煤矿安全预测预警水平，实现安全监测监控信息的深度分析和综合利用。

2 信息化综合监控系统平台总体设计

2.1 总体方案设计

在国家相关政策大力推动下，结合新元煤矿的实际工况特点，开展了新元煤矿信息化综合监控系统平台的设计建设。所设计的煤矿信息化综合监控系统平台主要由安全监控、人员监控、调度电话监控、工业视频、应急广播监控等模块组成，可实现矿端各子系统数据的实时采集与上传，将煤矿的环境监测、人员定位、工业视频、调度通信、应急广播等多系统数据融合[4]，结合GIS功能，实现了关联分析、应急联动等功能。通过构建风险指数模型计算煤矿的安全风险指数，明确了不同的专业、系统、区域出现问题的频次、严重程度，以此作为矿领导决策依据；集成可视化调度可直接与井下生产现场进行通话，实现了现场视频的远程调阅[5]；采用人工智能技术对煤矿井下各类型场景进行视频识别、智能分析，实现人员违规立即告警、安全生产潜在风险提前预警的智能监管；提供了移动终端APP应用，支持煤矿安全生产信息的实时查看、各类型业务的审批、报警信息的推送。

2.2 监控系统平台主要硬件配置设计

所设计的监控系统平台的硬件结构配置包括数据库服务器、Web服务器、控制中心、显示中心等组成[6]。由此，结合市场调研匹配，确定了此监控系统平台中数据库服务器和Web服务器的关键配置，具体如表1和表2所示。

表1 数据库服务器关键配置

2.3 系统平台特点分析

1) 引入人工智能技术，对煤矿井下各类型场景进行视频识别、智能分析，实现人员违规立即告警、安全生产潜在风险提前预警的智能监管。

2) 将GIS功能与煤矿安全监控系统结合，各类型传感器、人员分站实时数据在地图上显示，实现对煤矿安全生产的全面监控、事故隐患的快速定位。

3) 具备风险预警模型，实现煤矿全方位的风险诊断、大数据分析。通过构建风险指数模型计算煤矿的安全风险指数，明确了不同的专业、系统出现问题的频次、严重程度，以此作为矿领导决策依据。

4) 消除“信息孤岛”，实现多系统间的互联互通，实现了数据的关联分析、应急联动及综合展示。

5) 可提供SAAS化应用，减少客户的一次性投入、降低运维成本。

6) 基于大数据计算框架处理引擎，提供快速的数据筛选查询，进行全面的数据统计和生产过程分析，有效指导煤矿企业安全高效生产。

3 监控系统平台关键模块设计

3.1 人员监测模块设计

在该监控系统中，采用了GIS功能，配置了关联关系的人员分站，在监测该分站信息时，相关联的传感器或设备信息，会在一张图上显示。当选中某个人员分站时，可以显示分站的基本信息和变化趋势曲线，还显示了瓦检员及带班领导的姓名和位置、安全监测传感器的监测值、调度电话、工业视频图像和应急广播等关联信息；当检测到煤矿中设备出现故障时，所设计的安全监测传感器会发出相应的报警，此时GIS上的安全监测传感器图标会变红，以此实现对设备运行状态的实时监控。

3.2 煤矿产量与总回风瓦斯监测模块设计

由于煤矿每天的生产量相对较多，且井下的瓦斯浓度较高，故在该监控系统中设计了煤矿产量与总回风瓦斯模块，以实现对井下煤矿开采中的煤矿产量及瓦斯浓度进行实时监测。通过分析一天的产量与总回风瓦斯浓度变化对比，当产量增多时总回风瓦斯也会相对增高。此模块是以图标的方式，提供产量与总回风瓦斯的变化对比。同时，可对上一天及下一天的数据进行实时查看。监控系统平台中煤矿产量与总回风瓦斯监测模块监控数据图如图1所示。

图1 煤矿产量与总回风瓦斯监测模块监控数据图

3.3 图形综合监控模块设计

监控系统平台中设计的图形综合监控模块能综合显示所有煤矿人员、产量、安全的实时信息。默认展示安全、人员、产量系统的报警、实时等汇总数据。用户可以在“图形综合监控配置”模块中配置显示的内容。另外，按照用户在“报警督办—督办设置—图形综合监控配置”中配置的组来显示对应信息。若用户未设置，则显示默认信息。煤矿监控系统平台中图形综合监控模块显示界面如图2所示。

图2 图形综合监控模块显示界面

4 监控系统平台建设价值及效果分析

4.1 适用范围分析

所设计的该监控系统平台能帮助煤矿安全管理人员随时了解煤矿安全风险情况和安全管理决策分析的场景；可适用于多系统融合的大数据综合分析场景，满足关联分析、应急联动需求，实现应急救援信息、应急救援预案、应急演练的综合管理，满足应急救援的需求;满足国家风险监测预警系统要求，适用于煤矿风险预警防控的场景。

4.2 所带来价值分析

1) 利用信息化手段规范煤矿企业的安全管理制度，提升煤矿企业的安全管理水平，满足煤矿监管机构和执法的需求。

2) 采用人工智能技术，减少煤矿各类型井上井下操作、值守人员数量，提升安全性，达到了减员增效的目的。

3) 建立煤矿安全评价指标体系，构建煤矿事故风险分析模型，利用大数据分析技术对煤矿在线监测数据深入挖掘，有效指导煤矿企业进行安全高效生产，避免重特大事故的发生。

4) 具有移动应用煤矿大脑APP，支持煤矿安全生产信息的实时查看、各类型业务的审批、报警信息的推送，能够连接煤矿安全生产决策人员和工作人员，辅助决策。

4.3 应用效果分析

结合前文建立的煤矿信息化监控系统平台，将其在新元煤矿中进行了实际应用验证，平台监测周期为6个月。在此6个月的运行过程中，该系统运行正常，各类数据监测准备，信号传输快速及时，未出现系统误报现象，能准备地对该煤矿的人员情况、电话情况等进行实时监测，并将各类信息准确地显示在相应的界面中，操作人员也可通过不同按钮的调用，查看不同时刻的设备运行状态，当井下出现瓦斯浓度过高或其他故障问题时，该系统也及时发出了相应的声光报警提示。据有经验的人员估算，该系统的应用，可使该煤矿运行安全性提高60%，相关费用支出减少100万/a，对有效保障人员及设备运行安全起到了重要支撑作用，可推广应用。

5 结 语

信息化、智能化煤矿开采建设是当前国家及企业重点发展和推动的方向，也是实现煤矿高产量、作业高安全性的重要保障。将当前先进的智能化、信息化控制技术应用到煤矿开采、监控中，符合国家智能化发展的战略方向。由此，结合新元煤矿的实际工作环境特点，完成了具有多种监控功能的信息化综合监控系统的设计研究，并对其应用范围、价值及实际应用效果进行了分析研究，验证了所设计的监控系统具有较高的可靠性和安全性，能更好地满足当前该煤矿的使用需求，也具有较高的应用推广价值。