塔山煤矿三维安全生产调度管理平台的设计及应用

刘宏杰



塔山煤矿三维安全生产调度管理平台的设计及应用

刘宏杰

摘要基于三维地理信息系统平台，塔山煤矿设计建成了三维安全生产调度管理平台，通过数字化、自动化、动态可视化等高科技监测手段实现全矿生产环节的动态实时监测。该平台在三维模拟场景的基础上集成了生产调度指挥中心用于生产调度、安全调度、应急指挥等功能所需求的各类数据，通过对海量数据的有效筛选，调度人员可以有效处理生产安全各类问题，创新了企业生产管理流程。

关键词生产调度；三维平台；信息化管理；数据集成

1　系统应用背景

近几年，随着IT技术的发展和地理信息系统技术的逐渐走向成熟，三维地理信息技术发展非常迅速［1］。三维仿真技术逼真的现实场景模拟被各行业各领域以不同的用途和表现形式所推广和应用。

以煤炭行业为例，目前国内大多数的现代化矿井都建立了以三维地理信息系统为基础平台的信息化调度指挥中心。在三维调度管理平台建立之前，矿井调度指挥工作大多普遍存在三个方面的不足：（1）各类生产安全系统无序的实时数据难以有效传递；（2）生产监控信息难以直观可视化再现；（3）生产调度和技术决策对海量数据筛选的需求。

同煤集团塔山煤矿为解决上述问题，通过研究煤炭行业三维地理信息系统的发展趋势［2］和技术成果［3］，利用前期搭建的企业三维全息信息化平台，设计出了三维安全生产调度管理平台，通过数字化、自动化、动态可视化等高科技监测手段实现全矿生产环节的动态实时监测，该平台在三维模拟场景的基础上集成了生产调度指挥中心用于生产调度、安全调度、应急指挥等功能所需求的各类数据，通过对海量数据的有效筛选，调度人员可以有效处理生产安全各类问题，及时上传下达，创新了企业生产管理流程。

2　三维平台设计

2.1概述

塔山煤矿通过近两年多的信息化建设，矿井总体信息化基础平台及基础数据已经基本建立完毕，目前矿井建成了千兆环网辅以4G无线数据网络的基础网络平台，集成生产安全相关各类数据的大型开放式数据库平台，现在面临的重点工作是对建立起来的各系统平台进行整合，对矿井生产安全相关联的海量数据进行筛选，通过数据筛选、数据分析，将有用数据进行整合利用，达到信息化辅助煤矿安全生产、高效绿色生产的目标。

通过了解矿井生产调度指挥中心对于生产安全相关各类数据的筛选处理、直观可视化展现等需求，为进一步提升现代化高产高效矿井安全生产调度管理水平，在三维地理信息平台的基础上我们设计出了满足调度指挥工作实际需求的三维安全生产调度管理平台。全息化数字化矿山管理平台是一种全新的矿山信息化管理技术手段，该平台依托3D-GIS技术和虚拟仿真技术，通过构建一体化的三维可视化平台，将矿山地形地貌、地表设施、井巷工程、矿体围岩等客观空间构造，在平台系统中真实再现，同时将各类实时监控数据、生产数据、设备信息、人员信息、管理信息等植入系统，构建成能真实反映企业复杂生产环境和状态的三维数字化矿山；在此基础上，根据企业不同层级、不同部门的业务需求，定制相应的业务功能，为企业运营管理提供可视化的信息支持。

该平台将平时调度指挥工作相关的各系统实时数据进行了有效筛选和整合，并且实现以三维模拟场景为基础，以数据驱动为核心的矿井所有生产环节实时生产状态的动态可视化展现，见图1：

图1系统平台总图

2.2三维安全生产调度管理平台功能构成

三维安全生产综合调度管理平台，集成了与矿井安全、生产相关的生产运输、人员定位、视频监控、通风系统、监测监控、瓦斯抽采、制氮、排水、压风及语音广播等重要系统的实时信息和数据，实现了有效数据筛选和管理模式的简化，有效监测管理矿井的各个生产环节。平台共分为三个部分：（1）场景部署：地面生产相关厂房建筑及铁路运销、井下采掘工作面及主要运输通风巷道、矿井采区煤岩层分布等三维场景模拟；（2）数据集成：生产安全各相关实时数据集成及有效筛选，并且实现以三维模拟场景为基础，以数据驱动为核心的矿井所有生产环节实时生产状态的动态可视化展现；（3）信息发布：包含当日、当月全矿井产量、进尺、洗选、外运情况；矿井生产安全重要信息发布情况；通风瓦斯、皮带运输、采掘设备等重要参数的实时报警情况。

（1）场景部署

首先，以三维地理系统为基础，将全矿井安全生产各环节所涉及到的场景及相关设备进行三维建模。包括：采掘工作面、主要进回风巷道、各盘区风井、主井房、原煤仓、煤炭洗选各环节相关厂房、精煤仓、运销铁路系统等，如图2所示。

图2基础场景部署

另外，还将矿井采区的煤岩层分布情况加入到了三维安全生产调度管理平台中，同时用不同的颜色进行区分标注，使整个平台的基础地理信息更加完整，见图3。

图3煤岩层分布

（2）数据集成

这个部分是整个平台的核心和落脚点，通过利用矿井已经搭建起来的大型开发式数据库基础数据池，再结合通用的OPC、Modus、Profibus等通讯协议，将矿井海量的安全生产数据进行了筛选，然后将这些筛选好的实时数据和历史数据加入到已经搭建好的三维矿井模拟场景中，实现以三维模拟场景为基础，以数据驱动为核心的矿井所有生产环节实时生产状态的动态可视化展现。

将搭建好的三维安全生产调度管理平台至于调度指挥中心LPD大屏显示，调度人员、公司值班领导利用这个平台可以直观清晰的看到整个生产系统的实时运行状态及详细设备参数，包括综采工作面机组、前后刮板、顺槽皮带、盘区皮带、主井皮带、洗选环节、精煤仓煤位、运销系统、火车装车等生产流程全过程。

安全及辅助生产环节方面，该平台可以实时显示主通风机运行状态、瓦斯抽放系统运行状态、重要地点的瓦斯监测数据及风速温度等环境数据、主排水系统运行状态、重要场所的人员分布情况、辅助运输车辆运行情况、主要生产环节视频摄像头图像等。

整个三维安全生产调度管理平台共整合了包括综采设备、皮带运输、瓦斯监测、主通风［4］及压风、煤炭洗选、运销管理、瓦斯抽放、主排水、人员定位、辅助运输管理、视频监视等十一个大系统；并克服了制约矿井安全高效生产的信息滞后、数据筛选等问题，使用数字化、信息化、流程化手段对企业生产调度管理进行流程梳理，提升生产调度管理效率，实现流程再造。通过该平台的设计及半年多的使用，整个调度指挥中心安全生产调度管理工作效率有了质的飞跃，见图4。

图4通风系统及瓦斯监测

另外，根据调度指挥工作的需求，所有集成后的数据信息分系统列于平台右侧工具栏，用于对调度管理过程中了解分系统运行参数时进行查看，具体分为：

A、生产运输；B、人员定位；C、视频监控；D、通风系统；E、瓦抽系统；F、制氮系统；G、排水系统；H、压风系统；I、广播及报警提示

（3）信息发布

生产信息发布模块及实时报警窗口，包含当日、当月全矿井产量、进尺、洗选、外运情况；矿井生产安全重要信息发布情况；通风瓦斯、皮带运输、采掘设备等重要参数的实时报警情况；以及当前矿井入井人数、入井车数、精煤仓煤量、当日隐患事故等信息，实现矿井生产安全信息及时披露，见图5。

图5生产信息发布窗口

实时报警窗口主要突出显示瓦斯超限及断线报警、皮带运行速度报警、采煤机截割速度报警、主要用风地点的风速报警等信息。

（3）平台数据流结构

图6数据流及网络结构图

为实现实时数据采集，依托综合自动化系统、大型综合实时数据库平台及井上下千兆工业环网，三维调度指挥管理平台可以很方便的筛选提取有用数据，通过实时数据驱动三维场景的动态展示，实现安全生产数据的三维可视化，改变传统调度信息交互方式。

3　应用效果

塔山煤矿通过建立三维安全调度管理监视平台，将矿井重要数据采用三维动态的方式进行展示，彻底改变了生产调度管理人员数据信息获取方式，通过各系统协调联动和数据动态分享，大幅提升生产调度管理运行效率，增强了调度决策指挥能力。

平台使用后应用效果见表1：

表1三维安全生产调度管理平台应用效果

4　总结

近两年矿井各专业类型的信息系统逐步建立投入使用，在使用的过程中这些系统也在不断改进完善以适应塔山煤矿的实际使用需求。与此同时，在完善各专业系统的过程中，我们也在为将来能够通过更加先进的云计算及大数据技术，为塔山煤矿搭建数据挖掘及决策支持平台不断摸索前行。

以三维地理平台为基础，以安全生产相关数据为核心建立的三维安全生产调度管理平台就是我们挖掘海量数据以服务矿井生产的一个创新尝试。将全矿井信息数据池中的数据与三维平台相结合，以三维动态数据展示的方式，建立起了三维安全生产调度管理平台，大幅提高了生产调度管理效率，保证了矿井安全生产各项工作有序推进，使生产相关资源配置更加及时合理，调度管理更加科学。

参考文献

［1］李金山，张建民，赵欢.高逼真度三维地理信息系统的研究［J］.计算机仿真，2005（4）：280-282.

［2］齐敏菊，高光发.煤矿安全地理信息系统的研究进展及发展趋势［J］.中国安全生产科学技术，2011，07（9）：144-148.

［3］伊建峰.三维地理信息系统在煤矿安全生产中的应用研究［J］.煤炭经济研究，2011，（6）：37-40.

［4］王平，管红杰.煤矿通风系统三维模拟关键技术研究及其实现［J］.煤炭工程，2010：115-117.

刘宏杰男，1980年出生，山西万荣人，本科。现在同煤集团大唐塔山煤矿公司从事煤矿安全监测及矿井信息化建设工作，工程师。

Design and Application 3D Safety Production Scheduling Management Platform of Tashan Coal Mine

Liu Hongjie

Abstract：Based on the 3D geographic information system platform，3D safety production scheduling management platform is designed and built in Tashan Mine，the dynamic real-time monitoring of production link for all mine imple⁃mented by the means of the high-tech monitoring such as digitization，automation and dynamic visualization，the platform on the basis of 3D simulation scene integrates production scheduling command center for all kinds of data that the func⁃tions of the production scheduling，safety dispatching and emergency command need，through effectivly screening of the large amounts of the data，scheduling staff can effectively tackle the problems of production safety，and the enterprise pro⁃duction management process isinnovated.

Keywords：production scheduling；3D platform；information management；data integration

收稿日期：2016-01-20

作者简介

中图分类号TP391.9

文献标识码B

文章编号1000-4866（2016）02-0035-04