数字化矿山安全生产论文

1平台定位

安全生产运营指挥系统平台作为煤炭集团公司调度指挥中心的信息化支撑平台，承载着整个集团安全生产运营决策，以追求总体战略控制和多元协同效应的培育为目标，实现对涵盖生产、安全、非煤、经营等业务内容，起到“日常调度、应急救援、协同办公、分析决策”的目标。平台通过规范企业基础信息编码体系，集成各单位自动化、地理地测、调度管理及集团经营管理类数据，构建安全生产运营数据中心，实现生产调度管理、安全监测监管、自动化集成与应用、分级报警、远程故障自诊断、信息动态关联与决策分析等功能，在满足日常安全生产调度业务基础之上，实现运营决策分析，实现灾害情况下的基于集团层面的辅助协同应急救援，满足日常调度、定期运营会议、应急救援与外来参观等场景的应用需求，弥补了数字化矿山经营决策信息集成的不足，促使数字化矿山的常态化应用，实现对基层单位各自动化、信息化子系统建设作出规范与技术指引。

2分层设计

“安全生产运营指挥系统平台”主要由感知层、执行层、运营层、集中管控层、表现层5部分组成。平台架构如图1所示。1)感知层:主要由现场大量传感器、工业视频前端摄像机、手持终端设备、RFID、执行器、电源以及相关的无线传输网络设备构成，实现感知环境安全、生产工况信息。2)执行层:指数字化矿山及所集成的各子系统，完成矿井原始基础数据的采集，承载了矿井基础信息数字化、生产过程虚拟化、管理控制一体化，为公司安全生产运营系统平台提供安全生产过程监测监控类、矿井固有空间基础等数据。3)运营层:以数据中心为核心，由平台主数据、安全生产监测监控数据中心、运营管理数据中心、空间数据中心组成，对执行层采集数据进行挖掘分析，在统一的编码体系的支撑下，进行了数据质量标准化治理，为管控层数据的利用奠定基础。平台主数据依托物联网编码体系，实现企业基础数据信息的统一管理，包含基层单位、部门、职务、人员、工作地点、子系统编码、传感器分类等，为业务应用提供共享共有基础数据;空间数据中心实现对地理地测类空间数据的存储，包括地面地形、井下地质、井巷工程、机组等信息;监测监控数据中心，实现对安全监测类、移动目标类、生产过程类的数据管理与存储;运营管理数据中心，实现对日常调度管理类数据的存储与管理，通过ETL抽取，实现经营类数据的集成，包括成本、人力资源、EAM、财务、运销、物资及行业信息等，。运营层将经营管理、安全生产、地理空间、经营决策等数据结合起来，形成统一的企业级数据中心，更好支撑安全生产调度运营业务。4)集中管控层:利用编码体系与可视化引擎构建安全生产中心、应急救援中心与运营决策中心。安全生产中心，实现对矿井安全生产各子系统数据的总体集成与日常安全生产调度，实现对基层单位作业现场的实时监视与集中调度;应急救援中心，实现灾害情况下的应急救援流程化管理，构建“第一现场矿厂救援、集团公司资源调配与决策监管”的应急救援救灾体系;决策支持中心，将安全、生产、经营过程中的数据进行总体集成与综合应用，为企业安全生产决策提供依据。5)表现层:面向各级管理及业务处室人员，利用统一门户技术实现一站式登陆、应用集成及个性化工作台等功能，实现对基层单位重要作业环境、生产过程、经营管理的全方位、全视角的真实在线，满足计算机终端、大屏幕显示系统、移动终端的应用需求。

3实现目标和功能

1)建立开放性平台框架与集团级安全生产运营数据中心。平台以企业服务总线作为SOA双总线(基于SOA的企业服务总线和企业数据总线双线软件架构)的信息传输枢纽，负责各系统的服务和数据集成，采用TCP/IP分布部署方式，提升了系统负载均衡的能力，满足多业务、多数据的集成、处理、展示、挖掘等需求。按照主数据、监测监控、地理空间、管理业务等数据进行分类存取，满足基于OPC、WEBSERVICE、数据库、文本等多种数据接入方式，并提供统一的数据引擎及接口。2)基于物联网的信息编码规范与数据集成规范研究。建立公司统一标准化的信息编码规范，实现基于物联网规则的信息编码字典，实现各类数据的规范与复用，便于对信息的快速检索。制订统一的数据交换标准，提供多种交换方式，满足不同技术层次和途径的系统之间可靠的数据交换。3)构建集团安全生产调度指挥系统平台。根据公司安全生产调度指挥中心业务应用需求，构建对作业现场安全、生产、运营等状况的图形化实时监视平台，对异常情况实时跟踪与分级预警，实现对调度指令的全生命周期管理;实现对公司各项安全、生产、运营指标的统计分析，根据既定指标、完成情况进行对比趋势分析，为公司安全、生产、运营提供决策依据。4)建立集团级风险预控监管体系。实现从人员组织、政策法规、人机环管的实时监管、失控应急等方面实现对集团风险预控体系的标准化管理，包括风险基元库、质量标准化检查、隐患闭环处理、A级隐患挂牌跟踪、人员违章监察、在岗培训、领导带班等业务功能。5)建立作业环境参数异动报警和专家智能诊断模块。实现基于作业环境参数趋势分析和异动报警模型，以概率统计学理论结合矿井实际通风状况、近期历史数据，采用固定门限、均方差和分时均方差等三种预警模型对矿井各类环境参数的异动情况进行分析和评价，实现提前预警，使管理人员尽早掌握作业环境异动情况。建立专家智能会诊平台，将隐患分析模型与日常专家经验结合，实现对各超限数据进行自动诊断，提供报警原因及处理措施，避免报警误判断。6)在线标校、计划性维检的管理。利用实时数据结合日常标校流程，正确的区分矿井传感器标校与超限报警，如周期性的一氧化碳、瓦斯传感器标校，实现日常标校精细化管理;实现日常系统维护记录的在线登记与管理，如工作面沿线、掐线、计划性升井更换维检、计划性停电等。7)建立可视化综合调度系统。将调度通信、工业视频、实时监测数据进行有机融合联动，实现与基层调度中心的一键通可视化综合调度。8)建立高效可视化的应急救援辅助系统。当发生事故时，矿井调度指挥中心作为应急救援第一现场，而集团调度指挥中心通过平台实时的掌握整个救援过程和救援进度，查阅包括该单位与就近单位救援物资储备情况、受灾区域人员分布、现场视频图像、图文图纸等信息，配合矿井进行协同救援，包括联系就近的医院、血库和救援专家、救援物资等，在救援结束时，进行本次救援的点评与事故通报。系统支持根据时间轴对救援的过程回放［5－7］。

4结语

平台研发完成后，在邢矿集团进行了工业性实验及应用，实现了老母坡、金谷两矿安全监测、人员定位、综合自动化、生产调度、工业视频，钾碱、硅业、天津电源、油脂公司工业视频、厂区环境、DCS系统数据的集成与应用，实现在公司安全生产调度指挥中心对基层单位作业现场安全生产运营状况的实时监视，提升了公司在运营战略管控过程中的基础服务及多元协同的调度指挥能力，实现了公司整体运营的精细化管理，对基层单位数字化矿山进行了有效的业务扩展与决策分析。煤炭集团公司安全生产运营指挥系统平台，梳理了集团公司安全生产调度信息化与数字化矿山的功能定位与建设思路，适应于煤业集团做大做强、跨区域、跨行业、多元发展的需求，构建了两级调度信息化协同办公平台，使得公司领导及调度管理人员即时、准确、全面地了解和掌握作业现场环境安全与生产运营状况，便于及时和正确地协调指挥生产，提高管理效率和水平。平台的建设拓宽了公司整体运维管控视野，提高集团整体管理水平、安全预警和调度指挥能力。

作者：阙建立 单位：冀中能源邢矿集团