煤矿智能安全信息化建设探讨

摘要：采用物联网、大数据、云计算等新一代信息技术，将煤矿数据进行采集、存储和治理，并以三维矿山模型为基础，以GIS一张图形式进行集中展示，实现了煤矿智能安全基础数据、综合决策数据、安全态势的综合查看。

关键词：煤矿；智能安全；一张图；信息化

1引言

近年来，国家有关部门下发了多个文件，要求运用新一代信息技术，建设煤矿安全风险监测预警系统，评估煤矿安全风险态势，提高监察监管水平。到2035年各类煤矿需要实现智能化，并通过一张图对智能安全管理信息进行展示。根据相关要求，目前煤矿智能安全一张图建设已经取得了一定的成果，王勇[1]（2019）提出了一张图融合设计方案，介绍了平台架构及设计模式。黎佩东[2]（2020）等提出了开源组件的矿井GIS一张图设计，实现了矿井空间位置及设备数据的综合展示。各学者们对智能安全一张图进行了一系列的研究，但是大部分集中在架构设计、大数据分析及建模等方面，对于智能安全一张图的具体展示内容方面研究较少。本文针对当前研究的现状和问题，主要阐述智能安全GIS平台的各图层展示内容及逻辑。

2概述

2.1智能安全定义

将物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制、移动互联网、智能装备等工业互联网技术与煤矿不同区域、不同专业、不同灾害的人、机、环、管数据进行深度融合，形成全面自主感知、实时高效互联、智能分析决策、自主学习、动态预测预警、精准协同控制的煤矿智能安全系统，通过对矿井安全风险分级管控、隐患排查闭环管理、安全生产标准化、人员管理、培训考试、职业健康等工作智能管控与预警，实现矿井本质安全、智能运行。

2.2一张图信息化展示

煤矿智能安全一张图信息化建设的核心是数字化，在此基础上采用先进技术对数据进行深度加工提炼，通过结合各种预警模型，对矿山安全态势进行智能预警，达到矿山安全智能化管理的目的。一张图信息化展示内容分为三个层次，包括矿井三维建模数据、安全生产监测数据、预警决策数据。（1）矿井三维建模数据矿井三维建模是将井下三维坐标等地理信息数据进行集成，构建矿山信息模型。三维GIS平台可根据周边宏观地理信息，提供空间查询及空间分析功能，在此基础上，结合BIM技术，构成矿山MIM平台。MIM注重微观领域中建筑内部的设计实现，可将井巷工程的物理特性用数字表达，可基于三维GIS进行辅助设计。（2）安全监测数据在矿山三维建模的基础上，采集各项安全监测数据信息并通过一张图进行集中展示，主要包括安全监测信息、人员定位信息、工业视频信息、产量监测信息、重大设备信息等。（3）预警决策数据一张图展示的预警决策数据是对三维矿山模型的固有信息与数据采集的信息进行融合分析，科学提取加工数据，借助预警体系和智能安全分析模型，对矿井安全态势进行评估，并将评估结果展示在一张图上。

3架构设计

3.1数据采集层

数据采集层主要包括两个方面：实时动态数据和非实时静态数据。实时动态数据是指井下环境参数、设备状态和人员位置等的动态数据。现场环境参数是指粉尘浓度、瓦斯浓度、温度、风速、矿压、水位等；设备状态是指大型设备，如通风机、压风机、供电设备、水泵等的工作状态；人员位置是指下井人员及所在位置。非实时静态数据是指实体对象的地理位置信息，通过采集这些坐标数据构建井下三维模型，实体对象分为井上和井下部分。井上包括工业广场、道路、地形、办公楼、变电站、瓦斯抽放站、机房等楼宇建筑；井下包括井巷、工作面、硐室、大型设备、传感器、摄像头等。

3.2数据存储层

采用flume等方式对数据进行采集，采集完成后需要对数据进行存储。经过技术选型，选择kafka作为数据存储的工具。kafka是高吞吐量的分布式订阅消息系统，可通过Hadoop来处理日志和日志聚合，可支持每秒数百万的消费，能够保持长时间的稳定性能，支持并行数据加载，经过数据解析后推送至后台服务，同时实时推送至前端界面。数据存储在postgres关系型数据库里，包括gis数据库、时序数据库、关系型数据库三种。

3.3数据分析层

数据分析层主要包括数据AI分析及平台服务两部分。AI分析主要是通过算法配置、模型训练、模型运行来对数据进行综合分析；平台服务主要包括基础设施服务、应用治理服务、数据治理服务、服务治理等方面，融合各种预警模型，对数据进行综合决策分析。

3.4数据展示层

数据展示层是将基础数据和决策数据展示在三维GIS上。矿井三维建模展示井下各生产系统、巷道、硐室等三维模型，并将各传感器、重大设备、定位分站等设备标注在GIS图上，展示实时数据，并将预警决策结果数据信息展示在风险点上。

4展示内容

4.1双重预防一张图

双重预防一张图是以三维矿井模型为基础，将煤矿双重预防信息集成到统一平台进行展示，实现数据共享，主要展示风险点信息、风险分级管控、隐患排查治理、三违管理、事故管理等方面。风险点信息主要展示风险点的分布、风险与隐患图标、风险四色图等；风险分级管控主要展示统计信息（本日新增、本日受控、失控风险）、图表信息（各级风险数量占比、各地点风险数量、各专业风险数量）、风险列表（各级风险列表信息、各级风险详细信息）、图标信息（重大风险信息卡、较大风险信息卡）等；隐患排查主要展示当前重大隐患和A级隐患数量、各流程隐患数量（待下达、待接收、待整改、待复查、待销号）、各级隐患占比、各地点隐患数量、各专业隐患数量、隐患详细信息、重大隐患信息卡等；三违信息主要展示本日新增、昨日新增、当前统计、三违占比、三违信息卡等；事故管理主要展示事故数量、事故占比、事故详细信息等。

4.2安全生产系统一张图

主要展示生产系统一张图，包括通风系统、压风系统、供电系统、提升系统、排水系统、运输系统、供水系统、抽采系统等十几个系统信息，展示内容包括生产系统整体图、重大设备基本信息、设备运行数据信息、异常状态等，可直观查看设备的工况信息、报警信息、工况分析、运行日志等。

4.3各专题系统一张图

各专题主要展示的是人员定位专题、产量专题、工业视频专题、传感器监测信息等。监测传感器展示的是传感器的实时信息、统计信息和报警信息，包括基本信息、参量信息、量程变动折线图、断电等传感器异常信息、传感器数量占比、图标及信息卡等；人员定位展示的是人员的精确位置、区域定位基站实时信息、带班领导、井下人数变动折线图、异常报警类型及明细等；产量信息展示日月年产量及产能比、超产信息等；工业视频展示视频列表、视频查看、视频回放、视频违规处理、视频统计等信息；水文监测展示矿井降雨量、涌水量、排水量、水文点监测信息等；应急管理展示应急预案信息、演练信息、物资信息、专家信息、救援队信息等。

4.4灾害预警一张图

灾害预警系统主要是展示煤矿六大灾害系统数据及预警结果数据，包括水灾、火灾、瓦斯、冲击地压、顶板监测、粉尘，展示的是各灾害的统计信息、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、瓦斯浓度变化折线图等；顶板监测展示各种压力传感器基本信息、监测数据、图表统计信息及图标等；冲击地压展示应力云图、应力值、微震信息、进尺信息等。

4.5其他信息一张图

对于煤矿各项人机环管报警数据在一张图进行直观展示。人员报警包括超时、超员、求救报警、进入限制区域等；设备报警指的是各重大设备的报警信息；环境报警指的是传感器断电、断线、超量程、调校、故障等报警信息；管理报警指的是人员违规操作、不安全行为监测、皮带异物等异常信息的监测报警。另外，对于重点关注的信息也可以在重点关注信息一张表进行查看。

4.6安全态势分析一张图

在上述各系统一张图的基础上，应用模型算法，构建安全态势综合分析一张图，包括矿井、生产系统、区域等各层级风险得分、风险等级、风险列表等。矿井整体、各生产系统安全态势重点展示得分、等级、重大风险列表及详情，区域安全态势展示区域得分、等级、区域统计信息（区域人数、传感器数量、摄像头数量、风险隐患数量、进尺信息、瓦斯防突信息等）、报警列表信息（报警时间、报警地点、报警类型）等。

5结论

本文总结了煤矿智能安全的内容，在矿山三维建模的基础上，借助一张图形式，将空间数据与安全管理数据进行结合，对矿山的整体安全情况进行了直观展示。通过一张图的展示，可全面了解矿井地质信息、安全监测信息、风险信息，实现多维数字矿山，为实现更高层次的智慧矿山奠定基础。

【参考文献】

［1］王勇.煤矿多系统“一张图”融合联动平台设计[J].工矿自动化，2019，45（09）：99-102+108.

［2］黎佩东，许金，何桥.基于开源组件的矿井GIS一张图系统设计与实现[J].煤炭工程，2020，52（10）：20-24.

作者：王超 赵金娥 张志明 单位：山东精诚电子科技有限公司