煤矿智能化综采工作面管理平台设计

邢呈呈

(中国煤炭科工集团 常州研究院有限公司， 江苏 常州 213015)

0 引言

近些年，煤矿综采工作面自动化控制技术有了一定的发展，其中德国MARCO、天地玛珂等企业在工作面智能控制方面都取得了较大进步，在智能控制技术和成套装备智能水平的带动下，煤机装备自动化、智能化方面的整体技术在进步，为建设大型现代化矿井提供了保障，有力地推动了我国煤炭工业的转型升级[1-3]。黄陵煤业集团开展的综采工作面远程自动化控制技术研究，已能实现较薄与中厚煤层智能化开采，实现了有人巡视无人作业、地面生产常态化的自动化安全高效生产综采工作面。但由于综采工作面生产过程对动作顺序、精准性、敏捷性等要求相对较高，一方面现有针对生产过程监控和管理又面临着设备控制方式分散的问题，往往不能很好地实现设备间快速、准确的配合，不能充分发挥设备性能，造成生产效率不高[4-5];另一方面，现有的工作面综合自动化系统是以过程化控制为核心，与生产过程脱节，没有高效实时地实现信息集成和互通，无法为生产管理者提供决策依据和建议[6]。基于此，本文利用信息技术手段，借助“互联网+”和智能化技术，提出了煤矿智能化综采工作面管理平台设计思路，旨在实现综采工作面采煤信息共享化和移动实时高效化。

1 智能化综采工作面管理平台架构设计

智能化综采工作面管理平台的设计主要为解决煤矿智能化管理平台的数据采集、数据存储、数据分析与应用3个主要需求[7]，平台的设计主要遵循煤矿开采行业制定的业务数据规范和标准，基于大数据信息模型，结合具体的业务和数据的分析处理需求，完成煤矿开采数据规范和数据标准设计，整合开采核心数据，构建统一完整的大数据视图，以此实现煤矿开采数据资源的统一管理和利用，为后期全生命周期的数据资源和数据资产流程管理和标准设计打下坚实的基础。总体架构设计分为数据源、智能化综采管理平台、云服务平台以及移动应用四个层次，总体架构设计如图1所示。

图1 智能化综采工作面管理平台总体架构

如图1的总体设计所示，智能化管理平台将是一个开放的枢纽平台和数据总线，可以为设计、开发和运行现有的和未来出现的各种开采应用系统提供统一的数据规范、数据存储方式和访问方式，以及统一的开采大数据计算分析功能和平台支撑。通过智能化综采管理平台将矿井综采信息整合到一起，矿井的信息化建设过渡到智慧应用阶段，可以实现更透彻的感知、全方位的联通、高度智能化。

2 智能化综采工作面管理平台功能设计

智能化综采工作面管理平台需要具备4个主要功能,即:

1) 数据采集和存储功能。智能化综采平台实现对信息化设备，通过自定义通讯实现对综采自动化监控系统、有害气体监测系统的数据采集、本地存储，并将数据过滤处理，多层加密后发布到云服务平台。平台需建立实时库和工业库本地存储，以及云数据库存储功能，综采数据通过智能化管理平台处理、加工、过滤、整理，以统一的形式发送给云数据库，云服务平台对云数据库进行主从分布式数据库管理和负载平衡管理，使用分布式系统，可做到数据容灾保护，更为数据分析提供稳定可靠的数据源基础。

2) 关键数据移动监测功能。通过移动客户端(手机、平板电脑、矿用移动终端)实现监测综合工况预览、综采工作面关键信息、一键启动记录、违规操作记录、故障汇总、操作汇总和有害气体监测情况。在移动端即时反映自动化设备数据，通过动画，图表等形式对监控数据展示，便于领导、技术管理人员、岗位职工进行实时监控。

3) 平台综合管理功能。针对智能化综采的生产工作进行管理，通过任务模板的制订高效分配任务和任务推送机制，并通过班次模板快速反馈汇报工作内容，实现技术管理人员、岗位职工及时反映工作情况，做到企业精细化管理。通过知识库的分享，提高职工的综合水平，从而更进一步地提高生产效率。平台的系统管理宜通过移动端和Web端分权限进行管理操作，方便技术人员和管理人员集中高效地进行系统管理。

4) 数据分析功能。针对智能化综采生产工作的设备运行工况，根据运行参数和数据分析算法，实现在生产前预判设备状态，生产中实时进行系统自诊断，检查当前各设备的控制状态、传感器、通讯状态等是否正常，同时根据生产工艺对设备进行生命周期算法分析。通过研究工作面开采效能和安全指标评价体系，建立数据模型。开发智能开采高效连续推进决策系统和安全评估决策系统，最终构建智能开采大数据采集分析处理平台。

3 智能化综采工作面管理平台关键技术

智能化管理平台基于工业化组态架构，通过该平台开发的综采自动化、智慧矿山等信息项目的应用，担负着数据采集、通信、计算、存储、显示及监控逻辑的定制、控制设备动作等重要任务，是系统实时监控、数据分析、数据云发布、云服务数据采集转换及存储的中枢[8-9]。平台设计和建设过程当中，需重点解决以下3个关键技术。

1) 基础数据获取技术。实现从设备到生产、排查、应急、预警、运维管理、运输、用户等生产全过程自动监测与感知，对获取的海量数据实时监测并及时上传，是实现智能化管理平台的基础。

2) 基础数据管理技术。包括关系型和非关系型数据管理技术、数据融合和集成技术、数据抽取技术、数据清洗和过滤技术，具体是指矿山数据ETL(Extract，Transfer和Load，即提取，转换和装载)、矿山数据统一公共模型等技术。系统内置的ETL服务子系统与配置工具，支持从文件、DB、数据流中导入数据。

3) 功能模块化设计技术。针对现场多样的需求变更，需要加强各种系统间的协作，必须能够及时响应功能需求的变更，在项目工程组态时，设计、实现组态图形画面、变量、设备和脚本等，是一项繁杂耗时的工作。所以通过提供丰富的模块化功能，复用已有组态工程的内容，将组态工程中经常使用到的设备、变量、脚本、画面等工程组态内容，分别生成模板，生成模块化组态单元，从而在构建新项目时可以从模板快速生成设备、变量、脚本、图形画面等。在此过程中，用户只需要按照向导做些简单配置和变量、字符串替换等工作，就可以快速创建工程组态，大大提高工作效率。

4 结论

通过从综采工作面自动化控制技术发展的需求入手，分析了智能化开采的现状，指出了现有综采工作面设备间配合度较差，效率低的问题。分析认为，现有的工作面综合自动化系统是以过程化控制为核心，与生产过程脱节，没有高效实时地实现信息集成和互通，无法为提供决策依据的问题。基于此，提出了煤矿智能化综采工作面管理平台设计思路。

从数据采集、数据存储、数据分析与应用3个主要需求入手，设计了智能化综采工作面管理平台架构，提出了智能化综采工作面管理平台应具备的4个主要功能。针对现有的系统的设计方案，提出了需要解决基础数据获取、基础数据管理和功能模块化设计3个关键技术。