塔山煤礦三維安全生產調度管理平臺的設計及應用

劉宏杰

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塔山煤礦三維安全生產調度管理平臺的設計及應用

劉宏杰

摘要基于三維地理信息系統平臺，塔山煤礦設計建成了三維安全生產調度管理平臺，通過數字化、自動化、動態可視化等高科技監測手段實現全礦生產環節的動態實時監測。該平臺在三維模擬場景的基礎上集成了生產調度指揮中心用于生產調度、安全調度、應急指揮等功能所需求的各類數據，通過對海量數據的有效篩選，調度人員可以有效處理生產安全各類問題，創新了企業生產管理流程。

關鍵詞生產調度；三維平臺；信息化管理；數據集成

1　系統應用背景

近幾年，隨著IT技術的發展和地理信息系統技術的逐漸走向成熟，三維地理信息技術發展非常迅速［1］。三維仿真技術逼真的現實場景模擬被各行業各領域以不同的用途和表現形式所推廣和應用。

以煤炭行業為例，目前國內大多數的現代化礦井都建立了以三維地理信息系統為基礎平臺的信息化調度指揮中心。在三維調度管理平臺建立之前，礦井調度指揮工作大多普遍存在三個方面的不足：（1）各類生產安全系統無序的實時數據難以有效傳遞；（2）生產監控信息難以直觀可視化再現；（3）生產調度和技術決策對海量數據篩選的需求。

同煤集團塔山煤礦為解決上述問題，通過研究煤炭行業三維地理信息系統的發展趨勢［2］和技術成果［3］，利用前期搭建的企業三維全息信息化平臺，設計出了三維安全生產調度管理平臺，通過數字化、自動化、動態可視化等高科技監測手段實現全礦生產環節的動態實時監測，該平臺在三維模擬場景的基礎上集成了生產調度指揮中心用于生產調度、安全調度、應急指揮等功能所需求的各類數據，通過對海量數據的有效篩選，調度人員可以有效處理生產安全各類問題，及時上傳下達，創新了企業生產管理流程。

2　三維平臺設計

2.1概述

塔山煤礦通過近兩年多的信息化建設，礦井總體信息化基礎平臺及基礎數據已經基本建立完畢，目前礦井建成了千兆環網輔以4G無線數據網絡的基礎網絡平臺，集成生產安全相關各類數據的大型開放式數據庫平臺，現在面臨的重點工作是對建立起來的各系統平臺進行整合，對礦井生產安全相關聯的海量數據進行篩選，通過數據篩選、數據分析，將有用數據進行整合利用，達到信息化輔助煤礦安全生產、高效綠色生產的目標。

通過了解礦井生產調度指揮中心對于生產安全相關各類數據的篩選處理、直觀可視化展現等需求，為進一步提升現代化高產高效礦井安全生產調度管理水平，在三維地理信息平臺的基礎上我們設計出了滿足調度指揮工作實際需求的三維安全生產調度管理平臺。全息化數字化礦山管理平臺是一種全新的礦山信息化管理技術手段，該平臺依托3D-GIS技術和虛擬仿真技術，通過構建一體化的三維可視化平臺，將礦山地形地貌、地表設施、井巷工程、礦體圍巖等客觀空間構造，在平臺系統中真實再現，同時將各類實時監控數據、生產數據、設備信息、人員信息、管理信息等植入系統，構建成能真實反映企業復雜生產環境和狀態的三維數字化礦山；在此基礎上，根據企業不同層級、不同部門的業務需求，定制相應的業務功能，為企業運營管理提供可視化的信息支持。

該平臺將平時調度指揮工作相關的各系統實時數據進行了有效篩選和整合，并且實現以三維模擬場景為基礎，以數據驅動為核心的礦井所有生產環節實時生產狀態的動態可視化展現，見圖1：

圖1系統平臺總圖

2.2三維安全生產調度管理平臺功能構成

三維安全生產綜合調度管理平臺，集成了與礦井安全、生產相關的生產運輸、人員定位、視頻監控、通風系統、監測監控、瓦斯抽采、制氮、排水、壓風及語音廣播等重要系統的實時信息和數據，實現了有效數據篩選和管理模式的簡化，有效監測管理礦井的各個生產環節。平臺共分為三個部分：（1）場景部署：地面生產相關廠房建筑及鐵路運銷、井下采掘工作面及主要運輸通風巷道、礦井采區煤巖層分布等三維場景模擬；（2）數據集成：生產安全各相關實時數據集成及有效篩選，并且實現以三維模擬場景為基礎，以數據驅動為核心的礦井所有生產環節實時生產狀態的動態可視化展現；（3）信息發布：包含當日、當月全礦井產量、進尺、洗選、外運情況；礦井生產安全重要信息發布情況；通風瓦斯、皮帶運輸、采掘設備等重要參數的實時報警情況。

（1）場景部署

首先，以三維地理系統為基礎，將全礦井安全生產各環節所涉及到的場景及相關設備進行三維建模。包括：采掘工作面、主要進回風巷道、各盤區風井、主井房、原煤倉、煤炭洗選各環節相關廠房、精煤倉、運銷鐵路系統等，如圖2所示。

圖2基礎場景部署

另外，還將礦井采區的煤巖層分布情況加入到了三維安全生產調度管理平臺中，同時用不同的顏色進行區分標注，使整個平臺的基礎地理信息更加完整，見圖3。

圖3煤巖層分布

（2）數據集成

這個部分是整個平臺的核心和落腳點，通過利用礦井已經搭建起來的大型開發式數據庫基礎數據池，再結合通用的OPC、Modus、Profibus等通訊協議，將礦井海量的安全生產數據進行了篩選，然后將這些篩選好的實時數據和歷史數據加入到已經搭建好的三維礦井模擬場景中，實現以三維模擬場景為基礎，以數據驅動為核心的礦井所有生產環節實時生產狀態的動態可視化展現。

將搭建好的三維安全生產調度管理平臺至于調度指揮中心LPD大屏顯示，調度人員、公司值班領導利用這個平臺可以直觀清晰的看到整個生產系統的實時運行狀態及詳細設備參數，包括綜采工作面機組、前后刮板、順槽皮帶、盤區皮帶、主井皮帶、洗選環節、精煤倉煤位、運銷系統、火車裝車等生產流程全過程。

安全及輔助生產環節方面，該平臺可以實時顯示主通風機運行狀態、瓦斯抽放系統運行狀態、重要地點的瓦斯監測數據及風速溫度等環境數據、主排水系統運行狀態、重要場所的人員分布情況、輔助運輸車輛運行情況、主要生產環節視頻攝像頭圖像等。

整個三維安全生產調度管理平臺共整合了包括綜采設備、皮帶運輸、瓦斯監測、主通風［4］及壓風、煤炭洗選、運銷管理、瓦斯抽放、主排水、人員定位、輔助運輸管理、視頻監視等十一個大系統；并克服了制約礦井安全高效生產的信息滯后、數據篩選等問題，使用數字化、信息化、流程化手段對企業生產調度管理進行流程梳理，提升生產調度管理效率，實現流程再造。通過該平臺的設計及半年多的使用，整個調度指揮中心安全生產調度管理工作效率有了質的飛躍，見圖4。

圖4通風系統及瓦斯監測

另外，根據調度指揮工作的需求，所有集成后的數據信息分系統列于平臺右側工具欄，用于對調度管理過程中了解分系統運行參數時進行查看，具體分為：

A、生產運輸；B、人員定位；C、視頻監控；D、通風系統；E、瓦抽系統；F、制氮系統；G、排水系統；H、壓風系統；I、廣播及報警提示

（3）信息發布

生產信息發布模塊及實時報警窗口，包含當日、當月全礦井產量、進尺、洗選、外運情況；礦井生產安全重要信息發布情況；通風瓦斯、皮帶運輸、采掘設備等重要參數的實時報警情況；以及當前礦井入井人數、入井車數、精煤倉煤量、當日隱患事故等信息，實現礦井生產安全信息及時披露，見圖5。

圖5生產信息發布窗口

實時報警窗口主要突出顯示瓦斯超限及斷線報警、皮帶運行速度報警、采煤機截割速度報警、主要用風地點的風速報警等信息。

（3）平臺數據流結構

圖6數據流及網絡結構圖

為實現實時數據采集，依托綜合自動化系統、大型綜合實時數據庫平臺及井上下千兆工業環網，三維調度指揮管理平臺可以很方便的篩選提取有用數據，通過實時數據驅動三維場景的動態展示，實現安全生產數據的三維可視化，改變傳統調度信息交互方式。

3　應用效果

塔山煤礦通過建立三維安全調度管理監視平臺，將礦井重要數據采用三維動態的方式進行展示，徹底改變了生產調度管理人員數據信息獲取方式，通過各系統協調聯動和數據動態分享，大幅提升生產調度管理運行效率，增強了調度決策指揮能力。

平臺使用后應用效果見表1：

表1三維安全生產調度管理平臺應用效果

4　總結

近兩年礦井各專業類型的信息系統逐步建立投入使用，在使用的過程中這些系統也在不斷改進完善以適應塔山煤礦的實際使用需求。與此同時，在完善各專業系統的過程中，我們也在為將來能夠通過更加先進的云計算及大數據技術，為塔山煤礦搭建數據挖掘及決策支持平臺不斷摸索前行。

以三維地理平臺為基礎，以安全生產相關數據為核心建立的三維安全生產調度管理平臺就是我們挖掘海量數據以服務礦井生產的一個創新嘗試。將全礦井信息數據池中的數據與三維平臺相結合，以三維動態數據展示的方式，建立起了三維安全生產調度管理平臺，大幅提高了生產調度管理效率，保證了礦井安全生產各項工作有序推進，使生產相關資源配置更加及時合理，調度管理更加科學。

參考文獻

［1］李金山，張建民，趙歡.高逼真度三維地理信息系統的研究［J］.計算機仿真，2005（4）：280-282.

［2］齊敏菊，高光發.煤礦安全地理信息系統的研究進展及發展趨勢［J］.中國安全生產科學技術，2011，07（9）：144-148.

［3］伊建峰.三維地理信息系統在煤礦安全生產中的應用研究［J］.煤炭經濟研究，2011，（6）：37-40.

［4］王平，管紅杰.煤礦通風系統三維模擬關鍵技術研究及其實現［J］.煤炭工程，2010：115-117.

劉宏杰男，1980年出生，山西萬榮人，本科。現在同煤集團大唐塔山煤礦公司從事煤礦安全監測及礦井信息化建設工作，工程師。

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

作者簡介

中圖分類號TP391.9

文獻標識碼B

文章編號1000-4866（2016）02-0035-04