數字化礦山綜合調度指揮平臺研究

張建平 柴洪靜

（太原理工大學經濟管理學院，山西省太原市，030024）

數字化礦山綜合調度指揮平臺研究

張建平 柴洪靜

（太原理工大學經濟管理學院，山西省太原市，030024）

根據數字化礦山的建設要求，對數字化礦山綜合調度指揮平臺進行了總體設計，以統一、集成、一體化為理念，借助計算機網絡及通訊技術，實現礦井各個自動化系統的高度集成和各監測點的綜合顯示、統一管理、及時決策，為進一步建設數字化礦山打下良好基礎。

數字化礦山 調度指揮 安全生產 綜合自動化

數字化礦山是礦山的數字化、信息化，它綜合運用計算機、網絡、通信、虛擬仿真、自動控制以及自動監測等技術對礦山開采過程中各類信息資源進行全面、高效、有序地管理和整合，它綜合考慮生產、管理、經營、安全、效益、環境和資源等各類因素，實現煤炭企業的整體協調優化，在保障煤炭企業可持續發展的前提下，達到提高其整體效益、市場競爭力和適應能力的目的。建設數字化礦山首先要實現礦山的綜合自動化，其次是在綜合自動化的基礎上對整個礦山進行統一的管理、指揮、調度并做出決策，而這些功能的實現都離不開數字化礦山綜合調度指揮平臺的建立。本文根據礦山運作的實際情況對數字化礦山綜合調度指揮平臺的建設進行了探討性的分析。

1 數字化礦山綜合調度指揮平臺建設的意義及需求分析

1.1 建設的意義

數字化礦山綜合調度指揮平臺采用信息科學及系統科學理論，以計算機、通訊、多媒體、網絡等技術為手段，將各個應用系統（包括安全、生產以及管理等）的全部信息進行統一集成，為實時監測的數據信息、工業電視視頻圖像信息以及采、掘、機、運、通等生產信息和產、運、銷等經濟管理信息提供數據通道，實現各獨立子系統間信息的無縫集成，達到各系統軟硬件資源共享。該平臺可使相關管理人員及時全面地了解井上、井下安全生產運作信息，能及時合理安排生產、調運，保證煤礦安全、均衡、穩定、連續地組織生產，是現代化礦井安全高效生產的重要支撐平臺。

1.2 需求分析

煤礦生產井下作業環境復雜，要受到水、火、煤塵、瓦斯、圍巖等惡劣多變的自然條件威脅和傾角、褶皺、斷層、巖溶塌陷等地質構造的限制，不安全因素多，安全生產難度大。此外，煤礦生產的工藝復雜，工序繁多，技術性強，規程要求嚴格。因此，要想安全生產，不僅要有采煤、掘進、通風、地測、機電、運輸等各環節和部門的密切配合，而且還要有洗選加工、物資供應、后勤保障、煤炭運銷等幾大環節和部門的充分保證才能順利進行。目前，煤礦井上井下各系統之間多各自獨立，信息交換的標準不統一，集成化程度不高，信息資源共享程度差。在充分考慮到煤礦生產的多層次結構、復雜的生產環節、千變萬化的自然條件以及應用系統獨立性的前提下，及時掌握、管理、控制、調整與協調煤礦安全生產的動態過程，最大限度地消除不安全因素，使煤礦始終保持安全、持續、穩定地生產，就需要建立一個信息化的綜合平臺，對整個生產過程進行整體調度。

2 數字化礦山綜合調度指揮平臺的功能設計

數字化礦山綜合調度指揮平臺要充分運用計算機、網絡、通訊、監控及傳感器等先進技術，對整個煤礦生產過程中的各個環節進行實時地監控、協調與管理；要在網絡和數據倉庫這兩大平臺的基礎上將礦山安全、工況監測、生產調度等方面的各個系統集成起來進行集中操作、分布控制；要以網絡技術為核心，在各系統之間建立統一的信息交換標準，實現各個系統間信息的無縫集成，達到整個煤礦信息資源的共享。綜合調度指揮平臺要實現的具體功能如下：

（1）環境安全監測。通過安裝在井下作業現場的各種傳感器，以工業以太環網為骨干傳輸通道，將各監測點的瓦斯、溫度、風速以及負壓等相關數據實時地傳送到調度室或有關領導辦公室，具有故障判斷、超限提示和報警、瓦斯抽采量監測與顯示功能。在環境安全監測方面應用的系統主要有實時智能安全監測監控系統、瓦斯源監測系統、通風機監控系統、井下粉塵監測系統、礦壓監測與分析系統以及井下巷道頂板監測系統等。

（2）生產設備實時工況監測。通過井上井下的各監測系統對整個生產過程進行監控，對煤礦采掘、運輸過程中各個生產環節工作情況進行綜合信息顯示，防止因違章操作造成各種故障產生，保證煤礦安全生產。另外，實時采集的數據都會保存至數據庫中，具有歷史數據和歷史速度曲線查詢以及顯示統計等功能。在生產設備實時工況監測方面應用的系統主要有井下帶式輸送機監控系統、主副井提升機監控系統、井下軌道運輸信集閉系統、注漿監控系統以及產量監控系統等。

（3）大屏幕綜合顯示。綜合調度指揮中心的大屏幕綜合顯示系統及工業電視系統主要是為了顯示安全生產過程中各監測系統的各類計算機動態圖形與數據。根據不同場所的監控要求和環境特征配置符合實際需要的攝像機，對整個礦井進行24小時連續清晰的實時監控，實現井上、井下各重要生產環節與主要生產設備的工業電視圖像監控，采集的視頻圖像信息經壓縮編碼處理后通過網絡傳輸到調度室及有關領導辦公室。

（4）調度指揮與決策。在數據庫平臺和網絡平臺的基礎上，收集各個礦井自動化系統的安全、生產、運銷、經營以及煤質等信息，通過數據整合形成煤礦生產的實時數據，并自動完成數據的分析、運算、匯總、存儲與管理，生成相應的報表，同時實現網上實時信息的共享與發布。

（5）應急救援指揮。以煤礦局域網和井下移動通訊系統為依托，救災指令與數據、語音圖像有機集成，調度指揮部門在系統及時提供的預案指令、應急隊伍響應和事故動態狀況及救援專家、裝備、案例等信息的輔助下，實施科學高效地救災指揮。

（6）生產經營管理。在煤炭資源管理系統、采礦協同設計系統、地面儲裝運系統、產量監控系統、辦公自動化系統和礦山ERP系統等的輔助下，以煤炭開采為基礎、成本控制為中心、生產計劃為主線，實現對煤炭資源、物料、人力和資金等的全面掌控，實現整個生產流程的控制、相關業務的集成、有效的決策指揮、各個部門的協同合作，滿足煤礦的整體業務運作和生產經營管理的要求。詳細的功能模塊可劃分為煤炭資源管理、采礦協同設計、生產管理、物資管理、財務管理、設備管理、人力資源管理、定額管理、計劃管理、項目管理、運銷管理、成本管理、客戶關系和供應鏈管理、信息發布、公文管理、行政辦公、個人事務以及系統管理等等。

（7）機電設備的監測與管理。煤礦企業需用到大量的機電設備，如井下變電所、井下壓風機、主扇風機、排水泵、電機車、絞車等等，為了保證整個煤礦的安全生產，就要做好機電設備的保養、維修和檢修工作，實現自動監控，并且還要向集成化方向邁進。要從單一的自動化子系統發展到多個子系統的集成，要盡可能多地將各個原本獨立的機電設備自動監控系統集成到一起，提高監控中心的綜合判斷能力，提高對事故的預防及快速處理能力。此外，還要實現企業的控制網絡與管理網絡的集成，為實現管控一體化打下堅實基礎。

（8）井下人員定位和考勤管理。井下人員定位考勤系統實現對井下人員的精確定位，能準確掌握井下工作人員的數量和位置，可用于日常的考勤管理。

（9）供配電與給排水管理。供配電工作的基本任務是根據用電負荷的需要科學合理地配電，不僅要保證正常時期的供電質量和設備的正常起動和運行，而且能夠快速處理短路、漏電等故障，并使影響范圍最小化。給排水管理工作的基本任務是滿足煤礦生產對水量、水質和水壓的要求，并將煤礦作業點及居住區產生的各類廢水、生活污水及雨水有組織地排出，達到合理利用水資源、合理治理污水及保護環境等目的。

（10）礦山開采調度動、靜態圖形的輸入、編輯與利用。利用煤礦地理信息系統、工程數據庫等技術，根據礦山安全生產的實際情況，提供井上井下各種安全生產的動、靜態平面圖和三維圖形，對井上井下的安全狀況進行分層顯示、分析、評價、查詢、統計和計算，便于調度室及網絡終端查詢利用，為科學地制定管理決策提供依據。

3 數字化礦山綜合調度指揮平臺的結構體系設計

3.1 設計原則

數字化礦山綜合調度指揮平臺結構體系的設計應考慮以下設計原則：

（1）先進性。采用信息技術、計算機技術、現代管理技術、自動控制與監測等符合未來發展的先進技術來構建數字化礦山綜合調度指揮平臺，整個平臺立足于高起點，保證平臺在技術上能夠較長時間處于國內領先地位。

圖1 數字化礦山綜合調度指揮平臺各系統功能關系圖

（2）集成性。集成是保證信息的一致性，是功能整體性的核心。就整個平臺的總體結構而言，它體現在物理集成、信息集成、功能集成和過程集成等方面。煤礦各種生產信息、安全信息、管理信息、經營信息等等都應從信息孤島中解放出來，形成具有安全性、可靠性、一致性的信息集成平臺，為綜合調度指揮平臺提供一個信息共享的環境。

（3）實用性。綜合調度指揮平臺是一個大型的信息工程，應根據煤礦的實際需求，制定計劃，分步實施，消除瓶頸，提高煤礦的生產效率，實現現代化管理的總目標。

（4）可靠性。利用平臺的自診斷、高容錯、自動恢復以及抵御外界環境和人力操作失誤等能力，保證平臺的穩定、高效、長期運轉。

3.2 結構體系設計

數字化礦山綜合調度指揮平臺是煤炭企業安全生產的核心，擔負著安全生產經營、組織、指揮、控制、協調的重大責任，可加快調度數據的采集、匯總、分析及信息發布速度，提高工作效率；為煤礦的安全生產、調度和決策指揮提供直觀、可靠的依據；實現調度工作的網絡化、業務處理的自動化、數據共享的信息化。數字化礦山綜合調度指揮平臺各系統功能關系圖如圖1所示。

基于對數字化礦山綜合調度指揮平臺各系統功能關系的分析和實際應用過程中調度指揮工作流程的規劃，設計出該平臺的層次結構。數字化礦山綜合調度指揮平臺層次結構圖如圖2所示。

圖2 數字化礦山綜合調度指揮平臺層次結構圖

（1）數據庫層。數據庫層是綜合調度指揮平臺的基礎。數字化礦山的數據量很大，既包括礦山信息的靜態屬性數據，也包括礦山管理過程中產生的動態數據；既有易于管理和使用的結構化數據，也有介紹性文檔等非結構化數據。在充分考慮了數據規模對平臺性能的影響及不同數據類型在數據維護、管理以及操作上的一致性和靈活性的基礎上，選用數據庫SQL Server和OLAP聯機分析處理技術，結合群集和磁盤陣列技術，使數據庫具有更高的安全性、穩定性、可用性及數據完整性。

（2）數據處理層。數據采集不但支持實時數據獲取，而且能夠導入歷史數據，并支持采集程序異常緩沖數據。數據采集端可根據運行情況配置優化策略，使系統吞吐量達到最優。將采集來的數據進行智能分析和存儲，根據實際情況利用決策分析系統做出相應決策，并將數據及分析結果通過特定的傳輸通道傳送給相應管理部門，達到提前預測設備故障或防止類似故障再次發生的目的，保證礦山生產運行的安全可靠。

（3）系統集成層。按照統一的參數及編碼標準，通過統一的數據接口，實現各自動化系統之間信息資源的多級使用和共享。利用模板技術將數據進行集成并轉化成統一的表現形式，使所有系統通過單點登錄即可實現全面訪問和控制。

（4）調度應用層。以系統集成、資源共享為基礎，直接面向用戶，為用戶提供不同的服務，實現調度指揮綜合信息的查詢、瀏覽顯示、編輯與管理等。

在綜合調度指揮平臺的建設中，要以總調度室為核心，集實時智能監測、安全生產管控、整體調度協調、自動化辦公于一體，能將瓦斯濃度、風速、溫度、負壓、生產管理、地質水文、壓風排水、通風供電、運輸及圖形報表等信息及時地提供給各層次的管理者及調度人員，從而做出準備及科學決策，提升煤炭企業安全生產過程的管理水平，提高災害預防和對安全生產事故及突發事件的處理能力，將事故損失降到最低，進一步提高生產力水平，促進產業結構升級。

4 結語

數字化礦山綜合調度指揮平臺是現代化數字化礦井安全高效生產的重要支撐平臺，它以效益為目標，實現煤礦生產的設計、經營、管理和保障的集成，消除信息孤島，實現資源共享，滿足調度中心及相關管理部門生產調度協調、安全管理、分析決策及災害預防的需求，保證礦井的安全生產，提高整個煤礦的管理決策水平和整體科技水平。

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Study on comprehensive command and schedule platform for digitalized mine

Zhang Jianping，Chai Hongjing

（College of Economics and Management，Taiyuan University of Technology，Taiyuan，Shanxi 030024，China）

Based on the construction requirement of digital mine，the paper provides a general design of a comprehensive command and schedule platform for digitalized mines，especially the design of the functions and structural system of the platform.The platform is established on the basis of the concept of unity and integration，with the help of computer network and communication technology，so as to realize the highly integration of every mine automatic system and comprehensive display of every monitoring point，as well as integrated management and timely decision－making，which lay a solid foundation for construction in the future.

digitalized mine，command and schedule，work safety，integrated automation

TD211

A

張建平（1960－），男，漢族，山西臨猗人，太原理工大學經濟管理學院教授、博士、碩士生導師，研究方向：管理科學與工程，數字化礦山建設。

（責任編輯 路 強）