煤礦智能安全信息化建設探討

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摘要：采用物聯網、大數據、云計算等新一代信息技術，將煤礦數據進行采集、存儲和治理，并以三維礦山模型為基礎，以GIS一張圖形式進行集中展示，實現了煤礦智能安全基礎數據、綜合決策數據、安全態勢的綜合查看。

關鍵詞：煤礦；智能安全；一張圖；信息化

1引言

近年來，國家有關部門下發了多個文件，要求運用新一代信息技術，建設煤礦安全風險監測預警系統，評估煤礦安全風險態勢，提高監察監管水平。到2035年各類煤礦需要實現智能化，并通過一張圖對智能安全管理信息進行展示。根據相關要求，目前煤礦智能安全一張圖建設已經取得了一定的成果，王勇[1]（2019）提出了一張圖融合設計方案，介紹了平臺架構及設計模式。黎佩東[2]（2020）等提出了開源組件的礦井GIS一張圖設計，實現了礦井空間位置及設備數據的綜合展示。各學者們對智能安全一張圖進行了一系列的研究，但是大部分集中在架構設計、大數據分析及建模等方面，對于智能安全一張圖的具體展示內容方面研究較少。本文針對當前研究的現狀和問題，主要闡述智能安全GIS平臺的各圖層展示內容及邏輯。

2概述

2.1智能安全定義

將物聯網、云計算、大數據、人工智能、自動控制、移動互聯網、智能裝備等工業互聯網技術與煤礦不同區域、不同專業、不同災害的人、機、環、管數據進行深度融合，形成全面自主感知、實時高效互聯、智能分析決策、自主學習、動態預測預警、精準協同控制的煤礦智能安全系統，通過對礦井安全風險分級管控、隱患排查閉環管理、安全生產標準化、人員管理、培訓考試、職業健康等工作智能管控與預警，實現礦井本質安全、智能運行。

2.2一張圖信息化展示

煤礦智能安全一張圖信息化建設的核心是數字化，在此基礎上采用先進技術對數據進行深度加工提煉，通過結合各種預警模型，對礦山安全態勢進行智能預警，達到礦山安全智能化管理的目的。一張圖信息化展示內容分為三個層次，包括礦井三維建模數據、安全生產監測數據、預警決策數據。（1）礦井三維建模數據礦井三維建模是將井下三維坐標等地理信息數據進行集成，構建礦山信息模型。三維GIS平臺可根據周邊宏觀地理信息，提供空間查詢及空間分析功能，在此基礎上，結合BIM技術，構成礦山MIM平臺。MIM注重微觀領域中建筑內部的設計實現，可將井巷工程的物理特性用數字表達，可基于三維GIS進行輔助設計。（2）安全監測數據在礦山三維建模的基礎上，采集各項安全監測數據信息并通過一張圖進行集中展示，主要包括安全監測信息、人員定位信息、工業視頻信息、產量監測信息、重大設備信息等。（3）預警決策數據一張圖展示的預警決策數據是對三維礦山模型的固有信息與數據采集的信息進行融合分析，科學提取加工數據，借助預警體系和智能安全分析模型，對礦井安全態勢進行評估，并將評估結果展示在一張圖上。

3架構設計

3.1數據采集層

數據采集層主要包括兩個方面：實時動態數據和非實時靜態數據。實時動態數據是指井下環境參數、設備狀態和人員位置等的動態數據?，F場環境參數是指粉塵濃度、瓦斯濃度、溫度、風速、礦壓、水位等；設備狀態是指大型設備，如通風機、壓風機、供電設備、水泵等的工作狀態；人員位置是指下井人員及所在位置。非實時靜態數據是指實體對象的地理位置信息，通過采集這些坐標數據構建井下三維模型，實體對象分為井上和井下部分。井上包括工業廣場、道路、地形、辦公樓、變電站、瓦斯抽放站、機房等樓宇建筑；井下包括井巷、工作面、硐室、大型設備、傳感器、攝像頭等。

3.2數據存儲層

采用flume等方式對數據進行采集，采集完成后需要對數據進行存儲。經過技術選型，選擇kafka作為數據存儲的工具。kafka是高吞吐量的分布式訂閱消息系統，可通過Hadoop來處理日志和日志聚合，可支持每秒數百萬的消費，能夠保持長時間的穩定性能，支持并行數據加載，經過數據解析后推送至后臺服務，同時實時推送至前端界面。數據存儲在postgres關系型數據庫里，包括gis數據庫、時序數據庫、關系型數據庫三種。

3.3數據分析層

數據分析層主要包括數據AI分析及平臺服務兩部分。AI分析主要是通過算法配置、模型訓練、模型運行來對數據進行綜合分析；平臺服務主要包括基礎設施服務、應用治理服務、數據治理服務、服務治理等方面，融合各種預警模型，對數據進行綜合決策分析。

3.4數據展示層

數據展示層是將基礎數據和決策數據展示在三維GIS上。礦井三維建模展示井下各生產系統、巷道、硐室等三維模型，并將各傳感器、重大設備、定位分站等設備標注在GIS圖上，展示實時數據，并將預警決策結果數據信息展示在風險點上。

4展示內容

4.1雙重預防一張圖

雙重預防一張圖是以三維礦井模型為基礎，將煤礦雙重預防信息集成到統一平臺進行展示，實現數據共享，主要展示風險點信息、風險分級管控、隱患排查治理、三違管理、事故管理等方面。風險點信息主要展示風險點的分布、風險與隱患圖標、風險四色圖等；風險分級管控主要展示統計信息（本日新增、本日受控、失控風險）、圖表信息（各級風險數量占比、各地點風險數量、各專業風險數量）、風險列表（各級風險列表信息、各級風險詳細信息）、圖標信息（重大風險信息卡、較大風險信息卡）等；隱患排查主要展示當前重大隱患和A級隱患數量、各流程隱患數量（待下達、待接收、待整改、待復查、待銷號）、各級隱患占比、各地點隱患數量、各專業隱患數量、隱患詳細信息、重大隱患信息卡等；三違信息主要展示本日新增、昨日新增、當前統計、三違占比、三違信息卡等；事故管理主要展示事故數量、事故占比、事故詳細信息等。

4.2安全生產系統一張圖

主要展示生產系統一張圖，包括通風系統、壓風系統、供電系統、提升系統、排水系統、運輸系統、供水系統、抽采系統等十幾個系統信息，展示內容包括生產系統整體圖、重大設備基本信息、設備運行數據信息、異常狀態等，可直觀查看設備的工況信息、報警信息、工況分析、運行日志等。

4.3各專題系統一張圖

各專題主要展示的是人員定位專題、產量專題、工業視頻專題、傳感器監測信息等。監測傳感器展示的是傳感器的實時信息、統計信息和報警信息，包括基本信息、參量信息、量程變動折線圖、斷電等傳感器異常信息、傳感器數量占比、圖標及信息卡等；人員定位展示的是人員的精確位置、區域定位基站實時信息、帶班領導、井下人數變動折線圖、異常報警類型及明細等；產量信息展示日月年產量及產能比、超產信息等；工業視頻展示視頻列表、視頻查看、視頻回放、視頻違規處理、視頻統計等信息；水文監測展示礦井降雨量、涌水量、排水量、水文點監測信息等；應急管理展示應急預案信息、演練信息、物資信息、專家信息、救援隊信息等。

4.4災害預警一張圖

災害預警系統主要是展示煤礦六大災害系統數據及預警結果數據，包括水災、火災、瓦斯、沖擊地壓、頂板監測、粉塵，展示的是各災害的統計信息、列表信息、各工作面信息。瓦斯防治展示瓦斯的抽采量、剩余含量、瓦斯濃度變化折線圖等；頂板監測展示各種壓力傳感器基本信息、監測數據、圖表統計信息及圖標等；沖擊地壓展示應力云圖、應力值、微震信息、進尺信息等。

4.5其他信息一張圖

對于煤礦各項人機環管報警數據在一張圖進行直觀展示。人員報警包括超時、超員、求救報警、進入限制區域等；設備報警指的是各重大設備的報警信息；環境報警指的是傳感器斷電、斷線、超量程、調校、故障等報警信息；管理報警指的是人員違規操作、不安全行為監測、皮帶異物等異常信息的監測報警。另外，對于重點關注的信息也可以在重點關注信息一張表進行查看。

4.6安全態勢分析一張圖

在上述各系統一張圖的基礎上，應用模型算法，構建安全態勢綜合分析一張圖，包括礦井、生產系統、區域等各層級風險得分、風險等級、風險列表等。礦井整體、各生產系統安全態勢重點展示得分、等級、重大風險列表及詳情，區域安全態勢展示區域得分、等級、區域統計信息（區域人數、傳感器數量、攝像頭數量、風險隱患數量、進尺信息、瓦斯防突信息等）、報警列表信息（報警時間、報警地點、報警類型）等。

5結論

本文總結了煤礦智能安全的內容，在礦山三維建模的基礎上，借助一張圖形式，將空間數據與安全管理數據進行結合，對礦山的整體安全情況進行了直觀展示。通過一張圖的展示，可全面了解礦井地質信息、安全監測信息、風險信息，實現多維數字礦山，為實現更高層次的智慧礦山奠定基礎。

【參考文獻】

［1］王勇.煤礦多系統“一張圖”融合聯動平臺設計[J].工礦自動化，2019，45（09）：99-102+108.

［2］黎佩東，許金，何橋.基于開源組件的礦井GIS一張圖系統設計與實現[J].煤炭工程，2020，52（10）：20-24.

作者：王超 趙金娥 張志明 單位：山東精誠電子科技有限公司