基于物联网的煤矿“智能双控”安全管理系统研究

摘 要：冀中能源峰峰集团辛安矿凭借先进的管理理念和经验，与山东精诚电子科技有限公司多年对于煤炭行业安全管理物联网、互联网技术的研究成果相结合，合作开发了基于物联网的双控现场管理系统，该系统充分考虑煤矿信息化现状、井下环境的复杂性，通过把Android系统引入到现场安全管控中，通过RFID有源标签，无线射频方式进行非接触双向数据通信对目标加以识别。RFID技术与互联网、通讯等技术相结合，解决煤矿人员管理、设备管理、安全管理等难点问题，可有效提高现场和移动安全管理效率，创新性强，在矿井安全管理中尚属全国首次。解决煤矿安全管理信息复杂、效率低等的难题，具有先进性、实用性、经济性、创新性等特点。

关键词：煤矿;物联网;智能双控;安全管理

中图分类号：TP315

引言

近年来，辛安矿严格落实安全生产主体责任，深入开展隐患排查治理工作，取得了很好成效。2017年国家又把安全风险分级管控列入了安全管理和安全生产标准化中，旨在通过超前辨识评估，超前管控，达到安全管理关口前移，从而进一步搞好安全生产。但辛安矿安全管理主要还是采用传统的方式，管理手段落后，工作流程不一致，标准不统一，效率不高，信息不能共享，制约了安全管理工作。

一、“智能雙控”安全管理系统的研发

1.系统方案

辛安矿通过对煤矿‘双控’管理体系的研究，与山东精诚电子科技有限公司多年对于煤炭行业安全管理物联网、互联网技术的研究成果相结合，形成基于物联网的双控现场管理系统。充分考虑煤矿信息化现状、井下环境的复杂性，通过把Android系统引入到现场安全管控中，通过RFID有源标签，无线射频方式进行非接触双向数据通信对目标加以识别。RFID技术与互联网、通讯等技术相结合，解决煤矿人员管理、设备管理、安全管理等难点问题，可有效提高现场和移动安全管理效率，创新性强，在矿井安全管理中尚属全国首次。解决煤矿安全管理信息复杂、效率低等的难题，具有先进性、实用性、经济性、创新性等特点。

2.主要研究内容

该项目依据国家相关法律法规和行业主管部门的文件制度，紧密结合辛安矿实际和集团公司的管理需求，应用先进的安全管理理论，构建专门的数据模型，研制适应辛安矿的岗位、班组、区科、职能部室、矿领导级五级管控模式的信息管理系统和配套工具，充分考虑煤矿信息化现场、井下环境的复杂性，拟把物联网技术、安卓系统和射频识别技术（RFID）引入现场安全管控中，为解决煤矿人员管理、设备管理、安全管理等问题具有战略意义，将有效提高安全管理效益，具有较好的创新性，在矿井安全管理中属国内首次。

3.主要实验内容

对各技术的实施均进行了现场试验，验证技术的合理性，并在此基础上对技术体系进行完善。如RFID井下有效传播范围，进入地点和离开地点时间截取技术、相邻RFID射频卡信号防碰撞技术，手机APP软件的调试等。

4.关键技术

（1）基本RFID射频技术的手持终端改造

开发RFID射频识别系统模块，包括有源RFID2.45GHz读写器和有源RFID标识卡。并基于本安型安卓系统手持终端进行改造，研究在煤矿井下运用RFID射频技术，解决手持终端与RFID标识卡进行非接触双向数据通信，实现标识卡具有向手持终端发送卡号和信息的功能。

（2）采用RFID的管控内容推送技术

利用2.45GHZ的RIFID标示卡与关系型数据库文件（SQLite），存储人（人员身份信息）、机（设备）、环（作业地点） 信息，并将地理空间与风险、隐患编码等相关管理标准建立对应关系。使安全管理人员根据RFID标识卡推送的射频信号，明确提示其管理重点和管理内容，构建地理、时间加数据的四维数据信息，保证数据的真实性、有效性、防抵赖和防篡改。

（3）基于DWG格式的风险地图跨平台展示技术

以矿用dwg格式采掘工程平面图文件为基础，系统进行自动格式转换，实现采用非插件的网页形式的跨平台多终端浏览。并支持流畅无卡顿的缩放、漫游、平移;可支持在图上标定区域（可按坐标绘制、手工描点两种方式）、轨迹、增加图例（直方图等）、热点、菜单、地图能增加点击事件等功能。

（4）人机环管的五级管控模型

系统中基于人机环管的五级风险管控模型建立主体数据对象。结合辛安矿安全生产管理实际，以安全风险分级管控、隐患排查治理为研究对象，构建专门的安全风险分级、隐患排查治理等数据模型，实现安全风险分级管控、事故隐患排查治理两者之间的业务互通、信息共享的一体化应用。

（5）基于规则引擎的隐患分级落实督办技术

规则引擎由推理引擎发展而来，是一种嵌入在应用程序中的组件，实现了将业务决策从应用程序代码中分离出来，并使用预定义的语义模块编写业务决策。接受数据输入，解释业务规则，并根据业务规则做出业务决策。业务规则的理论基础是：设置一个或多个条件，当满足这些条件时会触发一个或多个操作。

在系统中通过Drools规则引擎，实现隐患督办规则的图形化配置。根据隐患的实际内容，通过规则引擎自动触发不同管控管控层级的业务逻辑。

二、“智能双控”安全管理系统的应用

1.创新点

“基于物联网的煤矿‘智能双控’安全管理系统”研究、设计过程中规范、可靠，充分利用物联网、无线传输等新技术，尽力减少人为因素造成的管理漏洞，实现安全生产管理的静态质量管理和动态安全管理，融合成三位一体的综合安全管控平台。本项目创新性强，具有明显的工程实用性，在矿井安全管理中尚属全国首次，经国内、国际查新，未见有与相同技术研发的煤矿“双控”系统安全管理的文献报道，达到国际先进水平。

理论创新：该项目以煤矿安全风险分级管控、危险源现场管控、事故隐患排查治理和安全生产标准化为研究对象，应用先进的安全管理理论和作业危害分析法（JHA）、作业条件危险性分析法（LEC）、线性加权综合法等，构建专门的数据模型，形成一种适用于煤矿“双控”系统的智能化管理体系。在安全生产管控体系实质与内涵的基础上，提出了预控体系模型和实施路径。

技术创新：借助大数据、物联网等现代信息技术，实现安全风险分级管控、事故隐患排查治理、安全生产标准化达标三者之间的业务互通、信息共享，形成独有的TSS信息化管理模式。

在技术保障體系建设上，建立危险源、隐患库、治理措施及政策法规等大数据集成、过程精准控制、指标充分量化及闭合管理纠偏等相关机制。对基于AutoCAD的DWG格式工程平台图进行转化，使之能在WEB端和移动端均能打开，并进行缩放、平移、标注、描点、绘线等操作工作。

系统采用主流的高可用分布式架构，前端采用Bootstrap、Vue等进行开发，保证丰富的用户体验;控制层采用经典的SpringMVC框架，利用Shiro解决权限控制、Activiti解决系统部署后的流程再配置、RabbitMQ消息中间件整合和集成消息，并在此基础上利用Dubbo实现服务的分布式治理。

应用方式创新：“基于物联网的‘双控’安全管理系统”借助于现场原局域网、工业以太网等基础建设，提供桌面操作方式。同时，应用无线网络数据传输、RFID射频卡识别技术等，专门配套研制XJH3.7系列矿用巡检记录仪设备，开展井下风险监控、隐患排查及安全生产达标检查，同时对风险点及隐患现场进行图片及视频记录，使工作过程、岗位操作实现标准化，使安全生产标准化由静态达标升级为动态达标。

系统运行结果展示清晰、直观。如：将相关的风险区域在矿图上进行标示，形成风险地图;提供多种统计分析方法，方便按各种维度查看和统计数据图表;隐患治理进行跟踪督查，包括流程、领导批示、隐患过期等，可以直观显示出来;按专业、检查人、责任人、时间等进行查询和统计，检索出的信息台帐可以导出、打印以及按柱状、折线等图形的方式直观显示出来

经权威机构查新，“国内外未见与查新项目采用同样的技术研发基于物联网的煤矿'‘双控’安全管理系统的文献报道，项目成果达到国际先进水平”，在矿井安全管理中应用尚属全国首次。

2.成果特点

该系统研发了基于物联网RFID射频技术的手持终端，采用有源读写器与识别卡，能够存储和推送人员身份、机电设备、作业环境的监测信息，并能够与监控系统进行双向通信。

研发了基于DWG格式的风险四色矿图跨平台展示技术，采用跨平台多终端浏览方式，可支持在图上标定风险区域、巡检轨迹等信息。

构建了覆盖矿井人、机、环、管的岗位、班组、区队、职能部门和矿级五级管控机制，实现了安全信息的一体化管理。

打通了矿井的风险和隐患数据通道，实现了业务互通、信息共享、数据清单一源多用。

构建了基于规则引擎的矿井隐患分级、排查治理、落实督办、闭环处理的信息化操作平台，具有安全管理规则的图形化配置功能，可自动触发对应管控层级的安全业务推送。

3.推广应用情况

2016年1月峰峰集团及子公司辛安矿与山东精诚电子科技有限公司签署项目协议，该项目正式启动，进入项目调研、技术研究、软件开发、项目运行阶段，在辛安矿进一步应用。2017年1月—2018年12月，项目成果在峰峰集团万年矿、大淑村矿、致富矿、金辉凯川煤矿推广应用。

应用效果：该项目属于安全生产信息类。其经济效益主要体现在：保障煤矿安全生产的持续进行，避免或减少安全事故的发生，降低安全管理人员的劳动强度，及时获取影响安全生产的相关信息，辅助企业领导及时决策、准确决策。

该系统的运行，提高煤矿的安全管理现代化水平，可以从源头上保证煤矿生产现场的安全，为切实加强煤矿安全治理工作提供了先进有效的手段，实现煤矿安全管理模式的根本改变，具有较大的社会效益。

三、社会效益

该系统在辛安矿的建设运行，实现对标国家《煤矿安全规程》及相关技术规范与实施细则，将煤矿安全生产、管理过程中的风险、隐患等进行更加科学地识别、管控、治理，分级落实责任，层层把控，及时治理，达到防患于未然，从源头把控的目标。全面提升煤矿安全管理水平，提高现场安全管理人员工作效率，辅助企业领导及时决策、准确决策。使煤矿始终处于安全生产的良好状态，以适应保障矿工的生命安全、身心健康和长治久安的需要，是实现本质安全管理的基础。

该系统不仅采用先进的物联网技术、大数据技术等，提高煤矿的安全管理现代化水平，可以从源头上保证煤矿生产现场的安全，为切实加强煤矿安全治理工作提供了先进有效的手段，实现煤矿安全管理模式的根本改变，切实提高了煤矿的安全管理水平，为煤矿的安全生产保驾护航，具有巨大社会安全和稳定价值，社会效益巨大。

参考文献：

[1]刘亚辉， 孙中光， 苟怡，等. 基于物联网的煤矿安全协同管控系统研究[J]. 中州煤炭， 2020， 042（005）：97-101.

作者简介：高伟（1981-02），男，汉族，河北邯郸人，冀中能源峰峰集团辛安矿生产技术部，无职称，副部长，本科学历，学士学位，研究方向：主要从煤矿安全生产研究。

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