浅析大数据技术助力煤矿安全管理

丁 振 张 驎

（华北科技学院安全工程学院，河北省三河市，101601）

浅析大数据技术助力煤矿安全管理

丁 振 张 驎

（华北科技学院安全工程学院，河北省三河市，101601）

针对计算机技术、物联网技术在煤矿安全管理中的广泛应用，产生了大规模的数据，为煤矿的安全管理提供了新的思路。分析了煤矿数据的特点，阐述了大数据技术在煤矿应用的可行性；探讨了大数据技术在煤矿安全管理中的应用前景。

煤矿安全 大数据 煤矿数据特征 应用前景

煤矿是个复杂的系统，安全工作寓于生产和管理的每一个环节。综合信息化加强了煤矿各子系统之间的联系，实现了对生产的实时监控，提高了监测数据的广度和精度。为安全管理积累了大量数据，包括人的不安全行为、物的不安全状态、管理上的缺陷等方面的数据。但目前收集到的数据并没有充分挖掘利用，依然局限于表面直观的应用，如历史查询、记录、形成曲线、报警等，没有挖掘出各类型数据之间的相关关系，不能有效解决整个生产系统中的安全问题。要实现煤矿安全形势进一步好转，必须不断加强信息化建设，加强海量数据分析工具的开发和利用，挖掘释放大数据价值，建立监测模型、寻找灾害事故规律、预测安全状况，共同支持安全生产决策。这对提高安全生产的管理水平具有重要意义。

1　大数据及其应用

大数据（Big Data）一词来源于2011年5月美国麦肯锡全球研究院发表的名为 《大数据:未来创新、竞争、生产力的指向标》（Big Data:The next frontier for innovation，competition and productivity）的研究报告，或称巨量数据、海量数据，指无法通过人工在合理时间内达到攫取、管理、处理并整理成为人类所能解读的讯息；大小超出常规的数据库工具获取、存储、管理和分析能力的数据集合。

大数据具有数据产生和增长速度快（Velocity）、数据种类繁多（Variety）、数据规模不断增大（Volume）、数据价值密度低（Valuablity）4V特征。

大数据是一种新的预测工具，以其更有效、更及时的指示标亮相于世界。大数据已经撼动了世界的各个角落，悄然存在于我们的日常生活中。例如:亚马逊通过分析消费者在该网站上的购买和浏览历史，推测消费者的喜好，以信息的形式或下次打开该网站时向买家推荐可能感兴趣的商品；12306网站通过采集和分析旅客的订票信息，运用大数据技术预测相关线路的客流量，指导和调控运力的分配，方便旅客的出行等等。

大数据推动着人类生产活动各个领域数据观念的转变，较之传统数据观念（抽样分析、精确测量、探寻因果）更加注重全体的特征、事件处理的效率和数据之间的相关关系。它正变革人们的生活方式和社会、经济发展的模式，在世界范围内掀起一场数据革命。

2　大数据与煤矿安全管理

近年来，国家三令五申强调煤矿安全生产，颁布一系列法律法规，制定严格的追责制度为煤矿安全保驾护航。全社会对煤矿安全广泛关注，煤矿安全取得了长足的进步。近十几年，煤矿主要安全指标持续好转，2014年全国煤矿死亡人数931人，百万吨死亡率0.255。但是煤炭行业与国内其他行业相比依然是高危行业，没有摆脱事故高发的被动局面。国家安全生产监督管理总局统计数据显示，工矿商贸企业中，1/3以上的事故、近1/2的重大事故和3/4的特大事故都发生在煤矿企业。进一步提高煤矿安全生产水平，需要从生产技术、安全系统管理、法律法规、职工教育等方面共同努力，其中安全管理是软性的，很容易被让位于生产目标，是提高安全水平的薄弱环节。将大数据技术引入安全管理，能够丰富管理手段、完善管理系统，是推动煤矿安全形势进一步好转的有效手段。

2.1煤矿生产特征

近两年来，我国煤炭行业极不景气，但煤炭仍然是支持国家建设发展的基础能源，其战略地位不可替代。煤炭开采行业十分特殊，涉及众多的科学技术领域，具有与其他工业截然不同的特点。

（1）我国绝大部分煤矿为井工开采，开采条件复杂，受到井田规模、煤层赋存条件、地质构造等影响，开采方法多种多样。

（2）煤矿作业大部分位于地下深处，井下作业具有空间狭小、环境恶劣、作业场所不断变动等不利因素，各类事故难以有效控制，这对设备安全性和可靠性要求高。

（3）煤矿生产过程复杂，须有开拓掘进系统、采煤系统、通风系统、运输系统、供电系统、压风系统、供水系统、瓦斯抽排系统等，要使各系统相互协调、安全高效运转十分不易。

2.2煤矿数据特征

（1）数据规模大。煤矿企业生产过程中的数据是很重要的动态数据，包括了以瓦斯为主的环境监测数据、设备信息、井下人员信息及空间信息等测量数据。

（2）数据的种类繁多。煤矿安全生产监测数据类型可分为原始瞬时值、平均值、累计值等结构化数据，同时还存在着矿图数据、监控视频及图像数据、应急知识、事故案例等半结构化和非结构化数据，并且此类数据所占份额越来越大。

（3）数据价值密度低。井下各种类型传感器和监测设备实时运行，严密监控生产环境和设备运行状况。不间断监测产生大量的数据与从中所要获取的知识成反比。

（4）数据产生和增长速度快。物联网与自动化联合应用于煤矿生产安全管理，涵盖越来越多的子系统:瓦斯监测系统、通风网络监测系统、矿压监测系统、人员考勤系统等，形成一个庞大又关系密切系统网。各系统的24 h不间断运行、设备的实时监测产生大量的数据，并持续快速增长。

大数据的核心是预测。煤矿数据具备大数据的4V特征，能够运用大数据技术进行分析，并预测煤矿发生事故的可能性。收集与生产现象相关的全部数据，利用大数据技术处理不同数据值之间的数理关系，得出它们的相关关系，预测生产过程的安全状况。大数据下的相关关系分析为安全管理提供新的视角，依靠数据分析结果做出决策，有效降低人为直觉判断中的错误。助力构建以数据、技术、思维为轴心的安全管理系统。

3　大数据在煤矿安全管理中的应用前景

3.1大数据变革管理思维，增强系统安全观念

小数据时代下的直线思维侧重于数据的精确性，致力于提高样本数据的精确性，运用先进的算法寻找事物规律，指导安全生产工作，这种方式不能完全应对煤矿这一庞大复杂的生产系统。煤矿经过多年的信息化应用，产生海量的结构数据和非结构数据，包括矿山地质数据、以瓦斯为主的环境监测数据、矿图数据、GIS数据、监控视频及图像数据等。结构化数据约占5%，能够用于传统数据库，也是技术人员重点分析的数据。剩下大量格式不一、混杂的非结构化数据依然没有被开发和利用。若想进一步应对煤矿复杂的安全生产系统，就必须转变思维，降低对数据精确性的追求，接受和分析大数据时代下的混杂数据。海量纷杂的数据、先进的计算机设备和强大的分析工具为全样本数据分析提供了可能。大数据技术分析煤矿全体结构化和非结构化数据比精确的、少量的样本数据更适合煤矿系统复杂的特点，挖掘数据之间的关联，寻找通过传统方式无法注意到的细节，获得更多更全面的信息，降低人为主观意识的错误，支持安全决策。

3.2大数据技术提高设备运转可靠度，监测设备健康运行

随着煤矿机械化、自动化程度的提高，矿山设备的安全运行对煤矿的安全生产起着非常重要的作用。传统的设备管理大多是在设备出了问题以后再进行维修，这样既增加了维修难度，又耽误生产，增加生产成本，也加大事故的风险。大数据技术能够有效解决这一问题，如矿井通风机是煤矿的核心设备，它运行正常与否对煤矿的安全至关重要，如果在通风机上安装传感器，记录风压、风量、转速、振幅、声音等，收集所有的数据，分析预测通风机工况点的变化位置、个体特性曲线等，捕捉设备要出故障的信号，比如发动机的声音、振幅异常等，系统把这些异常情况与正常情况进行对比，就会知道问题所在。尽早发现异常，系统可以提示工作人员在故障之前采取相应措施。较之设备故障造成停产的损失，收集和分析数据所花费的人力和财力要小得多，而安全系数要高得多。

3.3大数据技术提供事故分析新视角，实现安全管理关口前移

近年来，我国煤矿安全管理取得了长足的进步，但是对事故的处理主要是事后追查。事故发生后，应用事故的致损因果连锁模型分析事故发生的原因、确定相关责任人的责任、教育广大煤矿工作者，在一定程度上降低了事故发生的概率，但这种事后追查有不容忽视的局限性和滞后性。没有对安全生产中有价值的数据信息进行深度挖掘，寻找出事故内在规律和模式。如对瓦斯爆炸事故的直观认识主要从氧气浓度、甲烷浓度、火源三方面入手，再找人、设备和管理上的原因，这种事故调查方式对促进煤矿安全生产具有一定的积极作用，但并不全面，对瓦斯爆炸的分析研究大多是在实验室或模拟硐室中进行，忽略了井下的实际环境，无法有效分析其他因素对瓦斯爆炸的影响，所以用系统的视角看待瓦斯事故，运用大数据技术分析瓦斯事故更为全面。收集矿井（中国乃至世界范围的煤矿）发生瓦斯爆炸区域的参数，包括瓦斯浓度、氧气浓度、空气参数、抽采参数、设备运行参数、煤层赋存特征参数、通风参数、巷道参数等数据。运用大数据技术进行分析，挖掘出除了3个主要因素以外的相关环境因素，建立瓦斯爆炸事故数学预测模型，指导井下其他工作区域的安全生产工作。大数据分析技术能够从更多的角度预防事故的发生，真正实现安全管理关口前移，比传统的事故分析更有意义。

4　结论

大数据的发展才刚刚起步，但大数据的时代确实已经到来。大数据在煤矿中的应用仍处于萌芽状态，但其前景是广阔的。大数据技术转变煤矿管理思维:由小数据时代的直线思维向大数据时代相关思维转变；突破事故分析的局限性，实现生产安全关口前移；监测设备运行状态，保障设备运行安全等等。总之，大数据等新的信息技术能够从根本上提高安全管理水平，保障企业生产的平稳运行，将煤炭企业的安全生产带入新的时代。

［1］ Viktor Mayer-Sch nberger，Kenneth Cukier.大数据时代［M］.杭州:浙江人民出版社，2013

［2］ 袁伟昊.煤矿安全现代管理［M］.北京:煤炭工业出版社，2013

［3］ 涂兴子，林在康.数字煤矿的研究与探讨［J］.中国煤炭，2004（2）

［4］ 邱宜萍，孙永红.“数字煤矿安全”广域网络在煤矿监察中的应用［J］.中国煤炭，2004（12）

［5］ 周平福.煤矿设备监测和事故预报系统设计思路［J］.煤，2010（2）

［6］ 李润求.煤矿瓦斯爆炸事故特征与耦合规律研究［J］.中国安全科学学报，2010（2）

（责任编辑 张艳华）

Brief analysis of big data technology contributing to coal mine safety management

Ding Zhen，Zhang Lin
（College of Safety Engineering of North China Institute of Science and Technology，Sanhe，Hebei 101601，China）

The wide application of computer and the internet of things technology in the coal mine safety management generated massive data，which provided new ideas for safety management of coal mine.The coal mine data characteristics was analyzed and the application feasibility of big data technology in coal mine was elaborated；the application prospect of big data technology in coal mine safety management was discussed.

coal mine safety，big data，coal mine data characteristics，application prospect

TD79

A

丁振（1985-），男，安徽淮北人，华北科技学院安全工程专业硕士研究生，主要研究方向：矿业安全。