防治煤与瓦斯突出信息系统设计研究

付京斌

（冀中能源峰峰集团有限公司，河北 邯郸056107）

0 引 言

当前，矿井煤与瓦斯突出事故时有发生，突出事故发生的主要原因是防突措施落实不到位，这跟防突过程管理信息化程度低，防突信息不真实，导致管理层决策不科学有一定关系。随着信息化和自动化深度融合及“互联网+”、云计算等先进成熟技术的广泛应用，可以充分利用数字化、信息化、可视化等先进技术，将防突措施实施过程的关键环节的主要信息、监测计量数据、表单台账记录、图纸图片等进行科学、有效的管理，减少矿井在技术资料管理、抽采达标评判过程中的人力、物力、时间方面的投入，提高工作效率。依托信息化和自动化技术，解决目前矿井在防突信息管理手段落后、分析工具缺失的问题，实现了对防突工作的数据化、定性化、定量化直观展示和数据信息的追踪、溯源，方便管理部门决策。

1 防治煤与瓦斯突出信息系统设计原则

（1）先进性原则。充分应用煤矿自动化、信息化、智能化、可视化等先进技术，通过防突措施实施过程信息化、信息采集流程化、信息处理自动化、业务分析智能化，实现煤矿防突过程与质量管理的信息化、可视化。

（2）开放性原则。坚持开放性原则，系统能够提供标准接口，集成其他监控业务，如安全监控系统、抽采监测系统、打钻视频监控系统、钻孔轨迹测定等，实现跨厂家、跨系统的设备与业务的集成与融合。

（3）可靠性原则。在软硬件选型、传输网络设计、支撑环境建设、应用系统建设过程中，充分体现可靠性这一原则，保证设备可靠、传输网络稳定、支撑环境可靠，系统运行稳定。

2 系统设计

防治煤与瓦斯突出信息系统技术架构按照分层设计原则，由三层次两体系组成，包括感知层、传输层、应用层，以及联网标准规范体系和安全运维保障体系，技术架构设计重点考虑了数据交互、数据存储、数据分析、业务分析诊断与评估等，如图1所示。

图1 防治煤与瓦斯突出信息系统技术架构Fig.1 Technical framework of coal and gas outburst prevention information system

感知层主要由智能感知设备与无线采集设备构成，负责数据感知和采集，包括在井下部署的钻孔轨迹、视频监控、在线抽采计量、移动采集终端等设备。感知层可通过钻孔轨迹和深度探测装置、打钻视频监控等采集设备及系统，通过应用层进行数据、业务融合，实现综合防突措施实施全过程的感知信息采集、集成。

传输层负责感知层的网络接入、数据传输及相应控制管理等工作。传输层主要包括矿用以太网交换机、地面核心交换机、无线传输设备等网络传输设备和线路构建的矿井光纤环网，以及由无线传输设备组成的无线传输网络等。

应用层将感知层和传输层所采集、传输的数据进行数据汇总、存储、分析、转换、处理和展示，主要包括应用支撑子层、业务应用和展示子层。应用支撑子层由基础环境支撑和数据资源与服务支撑组成，提供基础的系统运行环境、数据资源及业务分析平台、数据调用接口等功能。业务应用与展示子层主要包括业务应用、业务分析和业务展示。基于感知层部署的智能感知设备和智能采集设备提供的采集数据，以及基础支撑提供的业务，实现防突过程质量管理、钻孔全过程管理、分元达标动态评价、资源调度优化、应急调度指挥、异常业务诊断与分析和各类多业务集成分析。

3 系统建设方案

3.1 信息系统网络架构建设方案

信息系统主要包括信息化系统基础环境搭建、无线通信传输网络建设、防突信息数据采集平台搭建、防突信息综合管理平台搭建、钻孔全过程质量管理、抽采效果智能评价等，如图2所示。

图2 系统网络架构Fig.2 System network structur

3.2 信息化系统基础环境建设方案

信息化系统的基础环境包括基础硬件设备及应用系统软件、软件工具等。硬件设备主要包括数据库服务器、多应用服务器、Web发布服务器、融合服务器、网络交换机等设备；系统软件主要包括各类操作系统、数据库管理系统、应用软件等。

3.3 采集平台建设方案

根据实际需要，构建防突信息数据采集平台，实现对日常防突工作中钻孔数据、压力含量数据、日常预测数据、抽采计量数据、环境监测数据、打钻视频信息、钻孔轨迹数据等相关数据的采集功能。支持系统融合相关系统数据采集，包括安全监控系统数据、抽采计量系统数据、打钻视频监控信息、钻孔轨迹测点数据等，实现多系统数据采集、融合、建库。同时，该数据采集平台还支持基于Excel电子表单导入，煤矿现有防突相关数据可以快速导入到信息化平台中。

3.4 管理平台建设方案

管理平台可以对防突措施实施过程中的相关文档、参数进行管理，实现报表、数据的自动统计分析，实现审批流程电子化，降低防突人员日常管理工作量。平台为数据分析和可视化展示提供格式化的数据，方便煤矿技术人员准确掌握具体防突工作所在的空间分布情况，将施工情况与防突工作进展进行有机结合，提高防突工作效率。

（1）结构化防突信息体系构建。系统基于钻孔唯一性编码，以钻孔为中心实体关联钻孔设计、施工、验收、联抽、钻孔轨迹、钻孔视频、人工计量、在线计量、瓦斯含量、瓦斯压力等各类计量信息；基于底抽巷唯一性编码，以底抽巷为中心实体关联区域预测、区域措施、区域效检等钻孔信息；基于进回风巷唯一性编码，以进回风巷道为中心实体关联底抽巷信息、区域验证、工作面预测、工作面效检等钻孔和各类防突指标信息；基于采煤工作面唯一性编码，以采煤工作面为中心实体关联底抽巷、进回风巷、区域验证、工作面预测、工作面措施、工作面效检等信息。

（2）防突工作表单电子化、图纸档案化。日常防突工作的施工记录、台账、视频等全面实现信息化、流程化。根据防突工作有关表单记录进行定制化开发，建立适合矿井的钻孔参数、抽采参数、校检参数、测定记录等电子化表单，将相关记录、台账实现电子化、信息化。系统建立钻孔图纸、监控图纸、文档文件等，有关技术资料、档案等形成规划化、格式化长期性建档，形成“一矿一策、一策一工程、一工程一档案”，实现矿井防突资料的信息化、档案化管理。

（3）防突信息在线流转审批。系统结合《防治煤与瓦斯突出细则》和煤矿现场实际需求开发防突信息在线流转审批模块，通过手机APP等移动客户端和web客户端发起文件和表单在线流转审批流程，基于权限管理和表单审批规则，表单自动流转到各级审批人员账号，各级审批人员通过手机APP和web客户端进行审批。支持审批人员对表单文件签转审批意见，推动高效开展瓦斯治理工程和生产活动。

（4）防突信息自动统计分析。基于施工人员提交的钻孔验收单、钻孔施工进度计划等信息，按照时间自动生成钻孔日报表、旬报表、月报表等，自动统计分析实际完成工作量、计划完成比例。按照工作面、底抽巷、钻场、评价单元等空间维度自动统计分析钻孔设计工程量、已完成实际工程量、剩余工程量等。自动生成各类报表、台账和分析结果，降低人员工作量。

（5）防突综合预警分析。系统支持煤矿在用防突综合预警记录在线管理功能，包括采掘工作面日常防突效果验证测定结果，工作面是否出现喷孔、顶夹钻、煤壁外鼓、掉渣、煤尘增大、煤壁挂汗、煤体层理紊乱等突出预兆，工作面是否出现瓦斯异常变化状况，工作面当前位置是否存在地质构造，如断层、褶曲、火成岩侵入、煤层赋存急剧变化等，工作面是否受采掘影响处于应力集中带以及综合以上因素的分析结果的在线管理。

4 结 语

通过建设防治煤与瓦斯突出信息系统，能够实现对防突信息的在线监测，保证防突工作施工精准和效果透明，对防突信息进行自动分析预警，有助于决策层对防突工作的监管纠差和决策，降低瓦斯突出事故风险。同时，通过规范化管理、流程信息化、设计与施工计算机协同以及对防突信息的综合集成，降低技术人员工作量，为矿井通防智能化做出了有益探索。