煤矿生产辅助系统管理的智能化及信息化探究

张乘风 王广龙

陕西延长石油巴拉素煤业公司 陕西 榆林 719000

引言

2015年6月，国家安全监管总局根据煤矿生产形势，通知要求煤矿企业逐步取代人工，为煤炭的高效率生产提供技术支持，并进一步加强安全技术支持。目前，我国煤炭企业中，由于辅助系统的资料过于零散，很多资料与信息无法协调，导致了大量的资料资源的消耗，从而形成数据孤岛的局面，难以对数据、信息进行钻取和利用，煤炭公司根据自己的情况，积极响应国家有关部门的号召，主动提出提升煤炭辅助设备的智能化，利用计算机技术、控制理论、感知技术等技术，实现了煤炭的全部空间信息和可利用的属性信息的数字化存储、传输、表达和深处理，并把它应用到各个环节，过程控制和管理的决定上。

1 建设内容及目标

1.1 建设目标

企业通过调研和实地考察内部生产辅助系统的真实情况，基于网络技术和计算机技术，结合了现代的边界传感技术、网络通信技术、逻辑控制技术和信息技术，建设煤矿安全监控、自动控制平台和煤炭信息管理平台等信息管理平台，实现煤矿安全、高效、环境友好的目标[1]。

1.2 建设内容

煤炭自动化控制是煤炭自动化的重要组成部分，其中核心子系统项目包括煤流运输自动化系统、井下巷道主排水控制系统、主煤炭通风系统、压风系统、煤炭通风系统，电力系统，工业视频监控系统，基于 B/S多层架构，构建了以煤矿企业为中心的多层数据存储模型，利用现代信息技术对企业进行了系统的优化；根据煤炭目前的各项安全制度和相关的设备，从功能、数据、性能、接口、编码等方面进行了系统的规划与开发，确保其功能和表现优良，逐步完善煤矿生产、物资、煤炭资源、安全、人事劳资、设备、技术档案、技术的数字化系统[2]。

对原有的辅助生产进行了改进，实现了运输、排水、通风、压风、瓦斯的集中控制、电力的集散控制。根据煤炭流量负荷的动态变化，自动启动和停止煤炭流量输送，由电脑进行自动控制，正常运行中不需要人工的干涉；自动排水系统根据水槽的水位，自动启动或关闭主排或后备排水机，同样无须人工介入[3]；主通风扇及部分通风系统均可通过变频方式实现，并能实现对工作状态的实时监控以及实现遥控和开关操作；压风系统可依据实际的风流量，对压风扇的工作数量进行动态调整，并对其进行监控，从而达到对机组的自动化和安全性的警告；瓦斯抽放装置对抽水泵站进行了中央控制，对抽油泵进行了实时监控和自动化；电力系统在调度站内实现了对开关的统一遥控，无须运行工人前往变电站。

2 系统工作原理及整体架构

企业以煤矿生产、安全、经营等信息为依托，以煤矿生产、安全、经营等为主要内容，以海量数据高度集成、融合，数据有效挖掘运用为工作原则，实现系统智能实时感知、遥控指挥员的集控性和智能化的分析。

针对煤炭的实际需要，对煤炭监测和自动控制系统进行了研究。该工作适用于煤矿采煤、掘进、运输、回风等煤炭的实时运行情况，瓦斯抽采管道工作条件、工作人员的工作状况及运动路线等。对各种综采设备的运行状况进行更新，对现有的系统进行更新，并设置各个子系统的数据收集渠道，对原始资料进行收集[4]；其可以将所获取的动态信息进行逻辑分析、加工、归类、实现远程控制的，采用现在普遍采用的液晶显示屏，在煤矿调度室内实现集中显示，并由计算机终端单独进行显示屏，以计算机为主体，以可视的图形和人机交互方式，全面展现各类综合性的信息；本系统采集了各种生产过程中产生的各种时空数据、机械设备状态数据、人员位移数据、轨道数据、加载、转换等标准工作，能够实时采集、处理和传送数据，将其转化为数据库、数据仓储所需的数据，并与其集成到系统的数据库、主题库中，为系统的运营和智能化的决策提供了依据。

煤矿各部门之间、集团之间的数据实时、精确，以及县、市、省煤矿安监局、能源局调度指挥中心的数据，实现实时、准确、完整的数据上传和指令下达。研制出1 G/10 G等级贯通矿井的高速光缆产业环形网络，保证能够无缝连接至国际高速光纤互联网Internet上[5]。

基于煤矿现代信息技术应用管理与技术实践中出现的大量的实际需求，设计研制及自行开发了煤矿信息的集成管理平台。该系统将各种生产活动所产生的大量的空间数据、煤炭监测和自动控制系统中的各种设备状态数据、环境参数变化状况、人员位移和轨道等数据汇集在一起，通过自主设计和研发形成各种数据管理存储模块和数据报表分析计算模块，可自动进行数据处理、存储运算处理和数据综合应用处理，建立了煤矿安全监测系统的系统架构，并建立了各类煤炭监测数据库，从而为全面挖掘及应用煤炭数据价值提供了优质的数据资源，为我国广大煤矿行业安全生产质量及企业管理者水平的提升等工作，提供了一个全方位立体的大数据信息资源展示共享空间和专业的决策数据服务支持。

3 系统建设

针对煤炭实际的应用特征及技术发展的方向，考虑到技术更新的特征，提出了基于数据组织、存储和管理的多系统数据结构，主要包括成果信息发布、信息浏览及检索、系统维护三个层次，根据信息化系统的先进性、实用性和可靠性、安全性高等技术要求，对煤炭信息化管理系统进行系统的建设，使项目管理规范化、业务数字化、数据智能化管理，确保了我国数字煤矿企业生产辅助系统智能化、信息化得以顺利建设实施[6]。

3.1 坚持先进性原则

基于对大局的把握遵循“人无我有，人有我先，人先我优，人优我特”的标准，充分落实煤矿相关部门管理需求，把这个体系作为一个简单、易于使用的软件，通过对企业内部的数据进行协同和共享，充分利用系统对企业的生产经营和决策进行有效的分析。该软件采用了一个完整的软件平台，利用网络虚拟化系统平台和云平台技术，对大量的计算、网络以及所有的存储器和其他的硬件都用于建立一个虚拟的资源库，并在网络上完成，提高了整个虚拟化系统稳定性，避免出现网络信息大量使用时可能造成的资源存储不足无法使用的故障情况，以确保系统在三至五年内不发生技术上的重大变化，从而达到系统的稳定性、可靠性和前瞻性[7]。

3.2 坚持实用可靠性原则

为实现生产过程中各个生产环节和重点安全管理区域的实时可视化，必须在生产过程中安装监控系统。该软件能够将地表和地下重要位置的影像即时传输至煤矿调度室，使得调度人员和生产指挥员能够直观、准确地掌握各个生产过程中的具体状况，方便调度和指挥；该系统能够对所监测地区的影像资料进行录影、记录关键数据，为处理突发事件提供实际的基础，并能更好地指挥生产、处理和解决生产过程中的各类问题和意外。而在监控系统中，监控是降低生产效率、减少人员投入的重要一环[8]。针对目前煤矿生产中存在的问题，提出了一种基于视频技术的数字化产业电视方案。

3.3 坚持安全性原则

系统应用层相对独立，降低了体系间的相互缠绕；该系统的硬件系统具备抗黑客攻击的能力，虚拟资源池中的虚拟云桌面系统的安全，不会受到病毒和黑客的攻击，并且可以阻止未经过系统许可的使用者进行的非法侵入和被许可的使用者的越权行为；可设定权限控制审核，操作日志等多种安全性等级；在数据的传送中，使用特殊的密码技术来防止非法泄漏、拦截和破坏；采用防火墙技术，建立起一种可信赖的边界，仅对满足规范的业务进行安全保护，保证了内部网的存取和内部网的安全性；构建统一的用户资料库和数据资料库，对使用者进行统一的身份验证，以达到单一的登陆；根据级别、功能对用户的业务权限进行了归类和操作授权的匹配；在此基础上，采用DES或3 DES加密技术对密钥进行加密和存储，并利用用户私有的密码进行存储，并实现了对密码的独特性；将将操作状况、运行状态等信息以一种统一在的方式存储在后台记录中，并且需要由管理员许可方可存取等多种方式来保障数据的安全性。

3.4 坚持标准性及扩展性原则

本系统的设计是以开放的体系结构和各种规范的界面，软件兼容和可扩充性较强；采用“一张图”的平台设计与开发思路，完成了整个系统的软体设计，在该平台应用中客户可以任意通过按钮操作或者使用热键功能切换应用至任一子系统的运行管理界面中查询该设备当前运行系统状态、工况参数、报警系统信息、故障状态统计数据等有关信息[9]。系统平台设计采用了模块化设计，采用 B/S及 C/S架构，便于扩充各功能模块；根据当前的国际产业技术规范，根据项目、场地技术需求以及产业技术发展的最新动态，为企业的生产能力提供了更大的发展余地。

4 智能化及信息化建设成效

智能辅助生产管理体系的推行，从而大大地提高了我国煤矿的自动化水平和信息化水平，从而提高了煤炭的生产率和产量，生产效益得到了显著的提高，并可预防和降低了重大的事故，为煤炭的安全管理和应急管理工作起到了重要作用。系统能够准确及时地反映现场的工作状况，对员工、装备、安全状况进行跟踪分析，掌握现场的安全状况。调度集中控制系统软件和软件的设置有助于企业把握企业的安全生产，增强企业对突发事件的处置和应急响应。

煤炭监控及自动化监控系统建设完成后，对煤炭皮带运输、通风机房、压风机房、排水泵房、井上下变配电室等设备的监控、监控和监控，可实现无人值守。在智能控制后，该系统达到了节能减排的目的，并采用了中央遥控方式，缩短了设备的运行周期，降低了电力和机械的损耗，从而达到了既节省了费用又节省了经济效益的目的。

5 结束语

近几年来，国家安监总局、各地煤炭公司、煤炭局相继推出了有关鼓励措施，全力推进煤炭辅助设备的智能化改造，本文所介绍的系统，始终重视自身的优化、完善和改进，目前已完成了实时在线监测、在线专家诊断、实时异常报警、实时发布运行状态指令等多项技术。实现了系统高品质稳定的串行通讯数据快速传输、精密精确的逻辑控制程式，将电脑技术的先进与应用，充分体现出来。其应用领域的基础性工作已经不再限于综合应用于煤炭的独立系统，并在全国县、市、省地方三级煤炭安全生产管理信息系统和全国能源局煤炭行业调度救援指挥中心数据综合处理平台，将相关系统数据集中共享处理并予以长期和有效安全保存，为各级煤矿做好安全大生产综合调度、应急处置救援以及对事故的源头追踪和处置，将会更加强有力的支持和保证，为中国煤炭行业大力发展绿色矿山、实现国内煤炭经济环境的绿色可持续快速发展战略提供积极助力。