1/1煤礦智能監(jiān)測監(jiān)控安全保障示范工程煤礦智能監(jiān)測監(jiān)控安全保障示范工程

完成單位：兗礦集團(tuán)兗州煤業(yè)股份有限公司興隆莊煤礦

兗礦集團(tuán)信息化中心

西安兗礦科技研發(fā)設(shè)計(jì)有限公司

山東省科學(xué)院激光研究所

山東藍(lán)光軟件有限公司

中國礦業(yè)大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)（感知礦山）研究中心

1.礦井概況

兗礦集團(tuán)興隆莊煤礦是我國的大型現(xiàn)代化礦井，煤田橫跨兗州區(qū)和曲阜市，煤質(zhì)為優(yōu)質(zhì)的動力用煤和煉焦配煤。礦井先后榮獲國家級安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化煤礦、全國煤炭工業(yè)質(zhì)量獎等200多項(xiàng)國家級和省部級榮譽(yù)稱號。

2.項(xiàng)目基本情況

2.1項(xiàng)目的背景及意義

兗礦集團(tuán)歷來重視科技創(chuàng)新，然而隨著采深的日益增加，沖擊地壓災(zāi)害日趨嚴(yán)重。繼續(xù)保持安全生產(chǎn)局面，迫切需要提升安全監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定性和智能分析決策技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)對各類安全隱患的超前感知和預(yù)測預(yù)警。

本項(xiàng)目結(jié)合我礦安全生產(chǎn)實(shí)際，進(jìn)一步提升傳感器、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)及安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)智能分析決策水平，實(shí)現(xiàn)對煤礦井下人、機(jī)、環(huán)的無盲區(qū)綜合在線監(jiān)測監(jiān)控、高精度人員定位和大數(shù)據(jù)智能分析，建立國家煤礦安全物聯(lián)網(wǎng)樣板工程。

2.2研究現(xiàn)狀及思路

我國煤礦行業(yè)在20世紀(jì)60年代起開始實(shí)行自動化，裝備了部分煤礦。目前煤礦基本都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全礦井監(jiān)測、控制、管理一體化的

統(tǒng)一管控平臺。但是，煤礦行業(yè)仍需加大信息技術(shù)支持應(yīng)用，使煤礦真正實(shí)現(xiàn)高自動化高智能化發(fā)展。

2.3項(xiàng)目的目標(biāo)

通過項(xiàng)目建設(shè)，實(shí)現(xiàn)礦山三維可視化的集中監(jiān)測或監(jiān)控、進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、分析、診斷和決策，解決礦山的安全生產(chǎn)和高效生產(chǎn)問題。建立一套完整的礦山安全智能化預(yù)警系統(tǒng)，建立人、機(jī)、環(huán)境一體化本質(zhì)安全體系。

2.4技術(shù)路線

在綜合智能安全監(jiān)控系統(tǒng)方面，建立多氣體傳感器，光纖多參數(shù)大容量傳感網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)急通訊系統(tǒng)；在自動化控制方面，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控，提升采掘自動化程度；在人員定位系統(tǒng)方面，實(shí)現(xiàn)3米以內(nèi)的人員精確定位；在傳輸網(wǎng)絡(luò)方面，增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)高可靠性WIFI無線通訊傳輸網(wǎng)絡(luò)；在智能分析預(yù)警方面，提高生產(chǎn)管理系統(tǒng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性，保證礦井的安全高效開采。

2.5完成情況

本示范工程項(xiàng)目在興隆莊煤礦原有信息化建設(shè)基礎(chǔ)上，按照項(xiàng)目任務(wù)書要求，具體建設(shè)以下五方面內(nèi)容：

1、完成了光纖傳感器及綜合安全監(jiān)測系統(tǒng)升級改造。實(shí)現(xiàn)了瓦斯、采空區(qū)溫度等多參數(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的融合、智能挖掘與分析。

2、完成了寬帶無線/光纖礦山井下高可靠性傳輸系統(tǒng)建設(shè)。實(shí)現(xiàn)骨干網(wǎng)絡(luò)的萬兆升級，建立了高可靠性傳輸網(wǎng)絡(luò)。

3、完成了礦井高清視頻及遠(yuǎn)程集控改造。實(shí)現(xiàn)井上下各重要地點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控；建立礦井集中控制中心。

4、完成了三維GIS地理信息系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化升級，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入,使各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)在一個(gè)平臺上顯示。

5、完成了礦井生產(chǎn)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心建設(shè)，建成了礦井云平臺，隱患預(yù)警分析和皮帶監(jiān)控智能分析系統(tǒng)。

3.項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)及性能指標(biāo)

3.1關(guān)鍵技術(shù)

1、光纖傳感技術(shù)

其基本原理是利用外界信號的擾動改變光纖中光的強(qiáng)度，再通過測量輸出光強(qiáng)的變化實(shí)現(xiàn)對外界信號的測量。

2、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)傳輸是指用一系列的線路經(jīng)過電路的調(diào)整變化依據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議來進(jìn)行通信的過程。

3、GIS技術(shù)

地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)可以有效地對多時(shí)期的資源環(huán)境狀況及生產(chǎn)活動變化進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測和分析比較，明顯地提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。

4、云計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算是分布式計(jì)算、并行計(jì)算、虛擬化、負(fù)載均衡、熱備份冗余等傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物。

3.2項(xiàng)目完成后應(yīng)達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)如下：

3.2.1光纖綜合監(jiān)測系統(tǒng)

3.2.1.1通防安全監(jiān)測系統(tǒng)

3.2.1.2光纖頂板微震安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

3.2.1.3光纖地質(zhì)水文監(jiān)測系統(tǒng)

3.2.1.4主要生產(chǎn)機(jī)電設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

3.2.2高可靠傳輸網(wǎng)絡(luò)和人員定位系統(tǒng)

1）對井上、下工業(yè)骨干支撐網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化改造，增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，將部分重要節(jié)點(diǎn)擴(kuò)容升級至萬兆工業(yè)以太網(wǎng)。

2）優(yōu)化WIFI基站布局，建設(shè)高可靠性、高可用性、高安全性的高速無線工業(yè)承載網(wǎng)絡(luò)。

3）采用超寬帶無線傳輸網(wǎng)絡(luò)TOF等精確定位技術(shù)，在10306工作面建立精確人員定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)3米以內(nèi)的精確移動定位。

3.2.3高清工業(yè)視頻遠(yuǎn)程綜合自動化

1）增加自動化控制系統(tǒng)的傳感器種類、數(shù)量和工業(yè)視頻數(shù)量，在地面集控中心實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測監(jiān)控。

2）對井下供電、排水、壓風(fēng)、皮帶運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行接口改造，通過工業(yè)網(wǎng)傳輸至集控中心，通過組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)上述系統(tǒng)的地面遠(yuǎn)程集控。

3）建立采煤工作面支架狀態(tài)多參數(shù)綜合監(jiān)測。

3.2.4三維GIS可視化系統(tǒng)

升級現(xiàn)有礦山三維GIS系統(tǒng)，進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)生成的自動化程度，減少系統(tǒng)維護(hù)對人力和技能的要求，通過優(yōu)化系統(tǒng)底層算法，提升系統(tǒng)響應(yīng)的實(shí)時(shí)性。

3.2.5礦井生產(chǎn)云數(shù)據(jù)中心及煤礦安全生產(chǎn)預(yù)警分析平臺

建設(shè)礦井生產(chǎn)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，提高生產(chǎn)管理系統(tǒng)的安全性、可用性和穩(wěn)定性；建設(shè)煤礦安全生產(chǎn)預(yù)警分析平臺，實(shí)現(xiàn)各種安全隱患的超前預(yù)測、預(yù)警、預(yù)報(bào)、預(yù)控。

4.項(xiàng)目價(jià)值、優(yōu)勢和創(chuàng)新點(diǎn)。

4.1項(xiàng)目的價(jià)值及優(yōu)勢

該項(xiàng)目有效增強(qiáng)了對各種安全隱患的預(yù)警分析及排除能力。通過完善高清視頻系統(tǒng)、地面集中控制系統(tǒng)，大幅提高了煤礦機(jī)械化自動化水平，提高了生產(chǎn)效率。

4.2創(chuàng)新點(diǎn)

（1）建立基于先進(jìn)光纖傳感器和無線傳感器的全礦井智能綜合監(jiān)測及應(yīng)急通訊系統(tǒng)。

構(gòu)建了光纖分布式測量感知網(wǎng)絡(luò)，為采空區(qū)發(fā)火趨勢分析提供可靠數(shù)據(jù)保障。

（2）建設(shè)礦井安全高可靠性萬兆骨干及寬帶無線傳輸網(wǎng)絡(luò)和精確人員定位系統(tǒng)，對井下現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了拓展，消除了監(jiān)測盲區(qū)。

（3）建設(shè)基于高清工業(yè)視頻、智能圖像識別及遠(yuǎn)程集控的綜合自動化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)井上下各重要地點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)上述系統(tǒng)的地面遠(yuǎn)程集控。

綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

（4）基于地理信息技術(shù)的三維實(shí)時(shí)可視化

對軟件版本進(jìn)行升級、模型進(jìn)行轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了安全監(jiān)測、工業(yè)自動化、人員定位等系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入。

（5）建立基于礦井生產(chǎn)云數(shù)據(jù)中心

建成了礦井工業(yè)云平臺，極大提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、可用性，提高了服務(wù)器的利用率。

重大危險(xiǎn)源預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)架構(gòu)圖

5.經(jīng)濟(jì)效益和社會效益

5.1經(jīng)濟(jì)效益

在生產(chǎn)及系統(tǒng)維護(hù)用人方面，大幅提高了煤礦機(jī)械化自動化水平，顯著減少了井下作業(yè)人數(shù)，提高了生產(chǎn)效率。

通過示范項(xiàng)目實(shí)施減少了作業(yè)人，降低人工成本、設(shè)備故障率、成本投入，提高生產(chǎn)效率，增加利潤。

5.2社會效益

通過推進(jìn)煤礦機(jī)械化自動化開采，有效減少了井下作業(yè)人數(shù)，極

大的減輕了工人的勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，大幅減少了各類事故。提高了礦井的安全管控能力。減少事故隱患的發(fā)生，提高生產(chǎn)連續(xù)性，增強(qiáng)防止各類安全事故發(fā)生的能力。

6.項(xiàng)目應(yīng)用前景及推廣價(jià)值。

通過項(xiàng)目實(shí)施礦井監(jiān)測監(jiān)控智能化水平得到進(jìn)一步提升，有力地促進(jìn)了我國煤礦安全監(jiān)測技術(shù)和礦山物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

通過實(shí)施示范工程，形成了煤礦智能監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范，使智能監(jiān)測監(jiān)控安全保障示范工程具有可推廣性。

7.項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和下一步打算

7.1總結(jié)

示范項(xiàng)目通過三層架構(gòu)的建立，最終形成以現(xiàn)場實(shí)時(shí)安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)為信息基礎(chǔ)，以礦井綜合自動化系統(tǒng)為核心平臺，以工業(yè)大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)為應(yīng)用方式，以多源業(yè)務(wù)門戶