基于B/S+C/S架构管控平台的中小煤矿智能化建设

文/廖建湘 汤世杰 张建生

针对南方中小煤矿智能化建设难题，湖南省煤业集团周源山煤矿依据国家智能化建设政策，基于矿井实际情况，提出基于B/S+C/S架构的轻型智能化管控平台建设方案，围绕智能管控核心平台建设，通过基础设施改造升级和经营管理信息化“一张图”融合两步走实施路径，打通了各子系统，实现了统一指挥。现场应用表明，该智能化平台易于维护和应用扩展，使矿井安全生产得到有力保障的同时，大幅提高了生产管理效率，提升了智能开采水平，实现了减人提效保安的目的。

一、智能化建设背景

近年来，全国主要产煤省份大力推进煤矿智能化建设，但在南方中小煤矿，由于井型规模小、产能低、地质条件复杂、效益差等因素影响，建设智能化矿井难度很大，只能结合矿井实际情况，分块分步进行建设。

2021年3月，湖南省煤业集团结合实际情况，率先在其子公司周源山矿业公司实施湖南省第一个煤矿智能化建设项目。周源山矿业公司始建于1966年，1970年投产，1988年进行了技术改造，矿井现生产能力为75万t/a。智能化煤矿改造前，已经建立了南风井、空压机、-650中央水泵房等自动化控制无人值守系统，建成生产调度管理、调度通信、人员位置监测、应急广播与工业视频等子系统，井下建有千兆工业以太环网等基础实施，为周源山煤矿智能化建设奠定了一定的基础。但各子系统均处于相互独立、“信息孤岛”状态，且大部分子系统不能实现远程集中监控，无法实现数据融合+系统联动+信息发布+远程控制的智能模式。为此，周源山矿业公司提出基于B/S+C/S架构的轻型智能化管控平台建设方案，其核心是通过平台打通各子系统，实现统一指挥，提升智能化开采水平，实现减人提效。

二、智能化建设架构及建设内容

1.智能化建设架构

结合周源山煤矿现有机械化、自动化、信息化设施情况，在完善基础设施建设的基础上，提出围绕智能管控平台为核心的建设方案，旨在打通生产自动化与安监数字化，形成统一的“一张图”基础管理与服务、综合自动化生产指挥、大数据融合分析及预测预警系统与智能移动终端系统等专业应用，并为智能规划应用提供扩展。管控平台采用B/S+C/S架构，既方便维护，又能满足煤矿智能化建设中比较复杂的各种需求。具体架构如图1所示。

图1 周源山煤矿智能化建设架构图

2.主要建设内容

在通过充分调研现有的网络基础实施、子系统及相关设备建设的基础上，结合智能化建设架构，规划建设内容分两期进行。第一期主要完成基础设施改造、各安全生产相关子系统升级与智能化管控平台建设，以及在智能化工作面与中央变电所进行5G应用试点建设；第二期主要推进经营管理信息化融合系统、皮带运输机道机器人巡检、井下部分场景智能视频分析、人员精确定位系统与井下无线通讯系统等内容的建设。

（1）基础设施改造升级。

①机房建设。机房建设主要包括中心机房的机房供电、UPS电源、机房防雷及接地、机房消防、机房空调等设备的安装及静电地板装设，10台4U机柜的安装以及各数据服务器的安装。

②网络系统改造。在机房布置2台核心万兆交换机，在北抽风机房、配电房、南抽风机房、办公楼布置4台千兆交换机与核心机房万兆交换机相连组成地面千兆环网。直接将外网传输接口安装在调度指挥中心机房，确保地面办公网络、自动化子系统及安防视频子系统的稳定运行。在工业以太环网的基础上，可以实现矿井安全监控系统、矿井人员位置监测系统、工业视频监测系统等系统的集中传输与管理。

井下保留原来已经在-370水泵房、22-370变电所、24-370变电所、24-650变电所、-650北变电所、-650中央水泵房等机房安装的6台千兆交换机组成的矿井千兆环网，在井下原有架构上加装6台万兆环网交换机，重新组网，构成一个安全、可靠、高度冗余的万兆环网系统。井下原千兆环网运行现有的安全监控系统、人员位置监测系统、应急广播系统，且这三个系统已经实现融合联动功能，充分发挥三大系统的应急联动功能，提升矿井灾害预警处置功能。新安装的矿井工业视频、智能化工作面及各个自动化子系统均加载到万兆光纤环网上，实现数据流的高速输出及智能化分析运用。

③调度指挥中心配置。新调度指挥中心内设置一个9米长、3米高的LCD液晶显示大屏，显示各子系统参数和工业视频图像。调度指挥中心配置三排操作台，每排6个工位，共配置18台显示器及电脑，用于各系统操作和显示，构建形成了一个平台、多个子系统的协同控制指挥中心系统。

（2）智能管控平台建设。周源山智能管控平台是整个煤矿智能化建设的核心，是煤矿操控“大脑”，其通过网络传输平台实现井上下各子系统的远程综合自动化指挥、智能管控、融合联动、预警分析等。

①“一张图”基础管理服务平台。

全息“一张图”基础服务。通过多图层形式展示，全息GIS“一张图”位置服务在矿井的应用主要有定位、导航、查询三类应用。

“一张图”协同设计服务。主要基于协同平台完成地质、测量、水文、采掘、供电、生产等各专业的日常业务“一张图”协同设计，使各业务部门共同维护矿井的“一张图”数据，并实现业务之间的数据共享和协作。

“一张图”集成融合服务。在对全矿井各子系统所有数据进行梳理的基础上，通过地理位置进行关联并存入数据库，并将以“一张图”集成服务的方式分类对外提供。

“一张图”协同管理服务。在集成融合服务的基础上，对矿井生产与安全各个方面进行综合管理，主要包括地质测量管理、“一通三防”管理、机电运输管理、回采掘进管理、矿井安全管理、设备资产管理、智能监控管理和综合调度管理等“一张图”的协同管理服务。

“一张图”决策分析服务。在大数据融合分析的基础上，对矿井生产与安全各类数据进行综合分析，为管理者提供“一张图”决策分析服务，主要应用于灾害事故分析预警、安全风险量化分析、设备故障诊断与处置分析等，实现各类分析的位置服务与联动。

②大数据融合分析及预测预警系统。应用大数据、数据挖掘技术、量化分析技术，对安全生产相关的信息进行综合展示、关联分析、探索挖掘、概括推理，发现历史数据中蕴含的安全生产知识规则和人机环管要素演化模型，根据实时数据量化概括当下的安全生产状况，发现目前存在的安全风险和问题，诊断推理风险与问题发生的原因及可采取的处理措施，根据历史和实时数据对未来的安全生产形势进行预判和预警，实现煤矿安全生产的动态诊断和辅助决策监管。

基于“一张图”实现井下“水、火、瓦斯、顶板”等重大危险源监测与预警，根据预警报警信息，将信息向智能移动端推送，将不同的报警信息推送给不同的处理人员移动终端，实现报警分级管理和区域化自治管理。当某个报警长时间未处理后，自动提升报警等级并推送到上一级处理；对重要报警信息在分配的同时也推送到调度指挥中心。报警处理界面上具有报警确认、报警反馈等功能，智能移动端报警与监控中心PC端报警应保持信息同步，在中心能够查看报警处理进度、结果等。

③综合自动化生产指挥平台。综合自动化生产指挥平台建设对各子系统进行数据采集、处理、存储、发布，完成统一的信息集中管控、网络平台发布，建立一套完善的综合自动化生产指挥管控系统，实现监测系统数据的整体融合和业务联动。

④移动智能终端门户系统。智能终端门户系统主要通过手机查询各类实时信息，输入各类报表数据，审批各类文件。

（3）智能装备及其控制系统建设。周源山煤矿智能化建设中，对智能装备及其控制系统进行改造、完善与新建。

①新建智能系统。新增综采工作面智能化控制系统、电力监控系统、地面皮带集控系统、-650轨道运输监控系统、水文监测系统等建设。以综采工作面智能化建设为例，在3231综采工作面实现智能工作面建设，将原有支架进行电液控制自动化改造，通过智能化采煤机和工作面刮板运输机、支架自动供液系统、工作面视频监视系统、工作面人员定位系统、水质处理系统等建设，实现井下和地面智能化集中控制，进而实现工作面采煤及运输设备集中控制，一键启停。

②强化系统改造。通过改造矿井安全监控系统、井下人员位置监测系统、空压机监控系统、通风机监控系统、提升监控系统（主井、新副井、老副井），实现了自动化控制，并接入综合自动化生产指挥平台。

③增设工业视频监视系统。在主井、新副井、老副井、压风机房、地面变电所、抽风机房、井下采区变电所等增设安装20个监视点，基本满足现有智能化建设应用需求。

④开展5G网络应用建设。在智能化综采工作面及中央变电所，通过5G网络实现了高清视频回传、设备的远程监控与手机音视频无线通讯。

三、智能化建设保障措施及经验

1.健全机构，强化领导

成立煤矿智能化建设组织机构，总经理担任组长，公司其他领导和安全、生产、经营、技术各部门主要负责人各司其职、各负其责，并设置智能化煤矿建设办公室负责日常事务。

2.分工实施，重点推进

编制智能化煤矿建设项目技术方案、智能化煤矿建设实施组织措施，设立安全技术、井巷工程、设备准备、设备安装、机房改造、网络安装、综合协调7个项目实施小组，确定调度指挥中心改造、矿井网络升级改造、智慧管控平台建设、智能化综采工作面建设、运输集中控制系统建设、自动化子系统建设6大重点任务。挂图作战，每天标记，每天督查，一周一汇总、一旬一通报、一月一小结。

3.超前规划，切合实际

智能化煤矿建设是一个系统工程，并且投资大，牵涉面广，必须根据矿井实际情况制订详尽的建设规划，对管控平台的功能要求要切合本矿实际，对子系统的建设要达到减人提效的目的。资金难以一步到位时可以分步实施，先建设管控平台和重要安全生产子系统，后续再增加其他相关系统。

四、应用效果

1.减人提效成效显著

周源山煤矿智能化管控系统运行以来，通过智能管控平台及其子系统实现了综采工作面自动化控制，主要固定设备实现了远程控制无人值守，工作面实现了手机音视频无线通讯，使得固定设备岗位减少值守人员70%，采煤工效提高了20%。

2.生产管控效率大幅提高

通过各子系统实现远程监测监控、管控平台的数据分析及预警，同时通过使用方便快捷的手机APP，生产管理的效率得到了大幅提高。

3.安全保障能力显著增强

通过建立安全生产相关监测监控系统，各生产系统运行安全性能大幅提高，矿井安全生产得到了有力保障。