有关煤矿智能化系统探索

＊李 鑫

（山西柳林金家庄煤业有限公司 山西 033300）

煤矿的智能化发展一直都是现阶段能源行业的重点问题，尤其是在整体能源产业生产压力不断加大的环境下，利用信息技术营造自动化的管理模式，是煤矿企业未来发展的改革路径。因此以技术分析法以及案例解析法作为主要方式，以提升煤矿智能化管理系统的运行质量为目的进行论述，解析了常规的系统结构以及技术体系，分析了具体的业务流程以及实践方式，以此为当前的煤矿智能化系统升级和创新奠定基础。

1.基础理论及背景分析

在当前的人工智能化时代，以信息技术为基础打造的智能化生产管理体系，已经与多种行业构建了关联，这其中煤炭工业的发展往往依赖于信息技术。我国当前的煤矿智能化体系建设已经初步形成，并且逐步向着高端化方向前进。近些年国家以及相关机构也出台了大量的政策和方案，确保煤矿的工业转型能够顺利进行，并且实现技术体系的升级。

为了进一步增强文章论述的科学性和有效性，本文综合山西省某煤矿智能化建设体系进行借鉴式分析。山西省积极地响应国家的号召，全面推进煤矿智能化以及自动化转型。发展至2020年，该省的采煤机械化率已经高达96%，大量的辅助系统也向信息化以及智能化方向转型，并且实现了100%目标完成率。以煤矿采煤工作面的智能化升级验收为主的煤矿高达10处，利用综合机械化进行改造的煤矿高达68处，有效改善了原有的煤矿作业环境，进一步提升了安全性以及生产效率。

这依赖于信息技术构建的综合性管控系统，系统中涵盖了大量的子结构，能够有效满足煤矿生产以及运行过程中的大部分业务需求。

另外，近些年，山西省及各市政府积极地推动信息技术与产业结构的融合，认为大数据技术、物联网技术以及云计算技术，将作为新一代的信息技术产业代表性成果，成为全面推动社会发展的本质技术结构[1]。为此在全面推动实体经济高质量发展的环境下，打造智慧能源管理体系，已经成为了煤炭产业的主要发展方向，而利用现代化的技术体系营造完善的业务平台，有效破解传统管理以及生产模式存在的问题，这是进一步增强现代化煤矿发展质量的主要战略思想。

2.煤矿智能化生产管理平台基础结构分析

（1）用户层架构。综合当前的信息技术应用情况来看，构建智能管理平台以及综合应用系统，往往基于C/S架构以及B/S架构进行设置，本文所选择案例的智能化平台采用的是后者，从具体的结构角度来讲，主要分为几项结构体系，这也是最基础的用户层，将直接服务于煤矿生产以及运行过程中的主要结构，煤矿企业、运维服务机构、调度中心以及监管部门是维持煤矿良好运行和高质量发展的核心结构，利用互联网技术将其进行关联，并且打造完善的管理体系，能够让各职能充分发挥，营造完善的监督管理模式。

（2）应用层结构。应用层主要指的是整体智能化服务平台，能够为用户提供的最基础的应用服务，所对应的云架构为SaaS模式。这其中主要依托某“云上服务”体系，具有较强的数据储存以及数据挖掘和分析能力，通过智能化系统进行故障检测以及整体系统的定时维护，并且能够为煤炭行业监管部门以及运维机构提供最常规的服务体系。

（3）支撑层结构。支撑层主要涵盖云架构的IaaS层以及PaaS层。这二者主要提供虚拟服务，能够将煤矿生产过程中大量的数据资源进行整合，通过虚拟化的软件来打造虚拟资源池。其中所有的计算数据资源都存储在资源层中，能够直接为用户提供数据资源导入、软件开发、平台管理等相关功能[2]。同时又可以结合不同的主题建立不同的数据库，可以直接实现在线和离线的综合计算。在这个过程中主要综合前期录入的大量安全管控标准以及故障检测节点进行数据对比，通过虚拟数据的比对，能够快速地分析煤矿运行系统以及生产系统中存在的缺陷，并且快速地进行体系调度，能够有效提供具有时效性的智能化管理服务。

（4）采集层结构。采集层主要指的是直接深入到煤矿生产现场以及运行体系中的大量子系统以及硬件设备，它是常规的采集系统，涵盖了煤矿生产期间的各个业务体系，能够有效保障煤矿生产安全。依托于智能遥控设备以及监管设备进行数据采集，能够及时定位煤矿生产以及管理过程中的大量信息，将这些信息通过实时传输的方式传递到云系统上，云端数据和网关数据进行结合，利用VPN加密单向传输的模式进行管理，能够有效确保数据安全，同时也可以提升数据传输的时效性和安全性。总的来讲，采集层的具体运行状态将决定整体智能化运行系统的效率。

除此之外还需要打造标准的信息化管理规范体系，这就需要遵循国家针对煤矿安全生产以及煤矿运行过程中相关要求制定的标准作为基准，这样能够实现区域内的信息共享以及信息交换。另外以上几个层次的基础结构以及技术体系必须相辅相成，共同完成信息安全以及运行维护等相关服务。

3.煤矿智能化系统平台建设的基础技术

(1)云技术体系

在煤矿智能化管理平台建设的过程中，要求所有的数据信息必须实时传递到云系统上，这时就需要云技术体系，其中涵盖了大数据技术、智能硬件技术等相关技术结构，需要将所有的基础信息落实统一编码，结合数据运行的相关需求进行一次上传，打造统一的智能化格式，并且利用矿端采集网关以及云端数据配置系统进行综合管理。

本案例中则利用MQTT协议Gson数据来进行推送，能够实现相关信息的实时上传。首先矿端采集网关的MQTT推送数据需要进行相关信息测点编码以及特点数值的统计，其次框端的调用，云端测点针对各个节点的数据信息进行API准确描述，确保能够顺利地获得相关信息，然后云端后台进行数据库解密，将数据写入数据库中。在此基础上还需要建立流媒体视频管理平台，主要联动监管体系中的监控系统，能够直接实现视频流的推送以及拉流管理。确保相关监控画面可以顺畅无阻的播放。这种模式能够有效减少带宽推送的占用率，可以有效提升传输速度，增强安全性。

(2)智能故障监测技术

经过上述的数据写入以及推送流程之后，运维服务平台将接收到智能化运行系统提供的大量实时数据，并且针对这些数据进行前期的预处理，包括数据清洗、加工、分类以及储存。然后将数据库中提前存放的故障算法库调取出来，结合传输的数据进行预值以及方差等相关计算结果的对比分析是否存在系统故障，若出现系统故障那么对比的结果会出现参数异常情况，这时智能化系统会快速的联动预警体系，发出声光报警。然后会将最终的对比结果发送到煤矿企业以及运维调度中心，供一线的生产体系快速地进行调整。

(3)SaaS云服务技术

该项服务技术主要是建立在SaaS模式的基础上，能够直接为各个主体提供高质量的云服务，用户只要接入了互联网，便可以及时地通过平台来获取相关功能。这种方式极为简单便捷，不需要额外地在用户端开发相关软件，也不需要调取底层资源信息，便能够实现对整体系统以及运行设备的实时状态查看以及智能监管。

(4)安全维护技术体系

该项技术体系主要借助了当前较为常见的防火墙技术以及密钥技术，能够结合整体系统的运行，打造安全防护网络，可以有效避免受到外界不正常手段的攻击，也可以降低硬件设备的抗干扰能力，避免周边环境（电磁、温度、水分等）对系统造成干扰影响，不会出现数据损失以及数据乱码等情况[3]。

4.煤矿网智能化系统基础服务模块

煤矿智能化系统主要服务于煤矿企业、运维调度中心、维护机构以及监管部门，因此相关的基础服务模块必须要满足各方主体的实际运行需求，综合来讲，当前较为常见的服务体系，如图1所示。

图1 基础服务模块

（1）监测及故障分析。该模块直接为运维服务平台提供针对性的服务，在云平台接收到了相关智能化数据信息之后，进行数据加工和数据处理，这时可以结合已经打造的故障诊断模型进行智能化对比，能够将对比的结果发送到运维服务中心，结合运行系统的实际问题，制定针对性的诊断以及预警方案，这样能够为煤矿的智能化运行以及安全稳定发展提供良好基础。

（2）企业服务模块。该模块主要应对煤矿企业的日常运营以及未来发展的相关业务，主要体现在传统人工处理较为困难的报表分析以及运维分析领域。例如可以及时地进行系统表单的分期查看，了解运维报修和运维反馈的相关信息。另外在企业合作、运维评价、内部运维管理、财务结算、故障管控、设备周期管理中也有一定的应用价值。

（3）运营派单系统。整体的智能化系统平台会结合运维机构的具体运行需求，合理地分布物资以及相关资源的运行情况，了解运维效率以及服务质量，然后结合调度人员的调度方案，自主制定并且推荐最优的运营派单体系[4]。这样能够及时地形成现场反馈、实践、表单生成的闭环管理流程。从而进一步优化运维派单工作的效率和质量，进一步降低人工成本，提升系统管理有效性。

（4）人员及物资管理模块。在常规的人员物资管理过程中，涵盖了针对人员的基础信息管理以及主要的物资管理。因此数据量较为庞大，同时类型较多，那么为了进一步增强管理质量，利用智能化服务系统，打造高质量的人员及物资管理模块，能够有效实现物资管理、申购、领用、出库、报废等相关信息统计。

（5）保障性服务系统模块。保障性服务系统模块则涉及到了整体系统中的运维机构服务系统、信息发布系统、培训系统、指挥系统、监管系统以及后台管理系统。这些系统模块能够有效实现细节性业务的统一管理，同时打造高质量的发展服务保障。例如通过线上线下相结合的方式进行信息发布以及理论传递，能够有效杜绝原有管理模式下信息传输困难的现象；通过线上体系实现人员培训，利用智能化的软件设备打造数字化的培训资料和培训方式，可以有效增强培训有效性；借助GIS可视化技术，打造智能监管体系和调度体系能够及时地了解煤矿生产运行的现状，快速地进行人员物资的定位，同时能够实现综合体系的监管、隐患报警以及实时视频调取；后台管理系统则可以提升整体系统的运行安全，同时能够实现数据资源的检索和备份，同时也可以更改相关权限，主要用于系统维护人员日常使用。

（6）终端App。终端App主要用于当前的移动办公，不同的用户可以享有不同版本的应用服务体系，能够有效结合煤矿运行过程中的相关管理需求，选择针对性的功能进行网上办公，这种模式较为简洁，能够结合当前的移动终端设备进行高效的管理，具有较强的延展性特点以及便捷性特点[5]。同时也可以实现远程操控以及相关申请，通过这种模式可以让原有的智能管理系统向更加广阔的空间进行拓展，从而增强煤矿运行管理的有效性也可以打造多元化的智能服务体系。

5.智能化系统平台的具体业务流程

当前煤矿管理运行系统的业务较为复杂，但是建立在系统化平台的基础上，所有的业务流程都进行了标准化处理，能够通过子系统进行故障上报，可以选择人工上报以及系统上报这两种类型，通过人工操作以及系统数据传输的方式，能够快速分析整体设备以及系统运行期间存在的问题，落实好故障检测。表单传输至相关部门之后，可以进行现场确认，能够提升故障检测的精准性和有效性，通过手持终端App可以及时地进行事件跟进程度的推送。这期间，所有的流程都可以通过网上进行办理，能够有效缩短时间，同时提升办理的效率，各流程之间的相关细节信息，通过拍照、视频以及文字的方式进行描述，能够有效增强事件办理的精准性。在所有流程完成之后，最终由客户确认流程结束，便完成了一次业务办理。

另外还可以依据系统的智能化管理，实现煤矿自主运维，在自主运维的模式下，主要有三种入口[6]。其一是在故障上报开始便可以进行自主维修，由运维人员及时进行跟进，填写维修过程中的相关明细表单，最终提交订单，最终结束自主运维流程。其二是在运维管理的新增运营路口进行自主维修，由运维人员持续进行跟进，最终结束订单。其三便是通过手机终端App实现自主维修，这种模式往往应用在规模较小的业务流程中，能够实现远程操控以及外部监督。

综合来讲，所有的业务流程都依靠信息技术以及人力相结合的方式来完成，不仅提升了效率，也保证了质量和精准性，能够有效增强当前煤矿运维体系的发展效率。

6.结束语

综上所述，在当前的煤矿企业发展过程中，为了进一步增强煤矿生产以及运维的质量，必须要打造智能化的监管体系，这样能够有效解决煤矿数量众多、位置分散、业务复杂的相关难题，同时也能够为中小型煤矿企业的生产效率提升奠定基础。依托智能云平台，进一步打造完善的智能化监管体系以及技术系统营造高质量的服务模块以及监管方式，不仅能够进一步强化煤矿企业、运维服务机构、调度中心以及监理机构之间的联系，还能够为整体煤矿生产体系的高效运维提供稳定的发展保障，进一步促进煤矿智能化的全面发展，也可以推动数字能源体系的建设。