基于大數據分析的安全生產信息共享平臺建設及管理

楊景峰，劉戰武

(陜西陜煤彬長礦業有限公司，陜西 咸陽 712000)

0 引言

近年來，根據國家相關部門的政策要求，煤礦企業為了進一步提高礦井的信息化、自動化、智能化水平，推動礦井走更加集約、高效的發展道路，提升企業競爭力，均下大力氣，不斷探索傳統模式向智能化模式轉變[1-3]。彬長礦業集團所屬礦井地質條件復雜，水、火、瓦斯、沖擊地壓等防治任務重，安全生產壓力大，更需通過數字化礦山、智能化礦井建設，利用新一代信息技術，解決安全生產中凸顯的實際問題。因此，需要建立基于生產大數據的煤礦安全生產智能診斷模型、危險源預警模型、安全生產綜合分析模型，實現集團安全生產管理的協同調度、集中管控及科學決策，為企業領導層正確決策、管理層業務管理提供科學及時的數據依據，使集團領導和管理部門能夠及時、全面、準確地掌握礦井實際情況，實現對“地域、業務”的全覆蓋。

1 平臺主要建設內容

安全生產信息共享平臺包含16個功能模塊，分別為一張圖服務、綜合門戶、綜合調度、生產技術、地測防治水、一通三防、機電運輸、綜合監測、安全管理、防沖管理、安全培訓、應急救援、節能環保、科技管理、大數據可視化和平臺運維[4-7]。該平臺按用戶管理職能分為礦端管理和集團端管理，根據專業屬性和層級劃分管理權限，使生產執行層和管理決策層均能很好地運用該系統。

1.1 平臺建設基礎條件

彬長礦業集團是陜煤化集團煤炭重要生產基地之一，在陜煤化集團領導下，近年來大力開展信息化建設管理工作，建成了以大佛寺煤礦、小莊煤礦為代表的數字化示范礦井，同時積極推進“兩化深度融合”工作，努力打造新型智慧礦山，逐步形成了“兩地三中心”格局。集團通過梳理組織機構，不斷優化業務管理流程，組建了在業務引領、技術支撐、管理運維為一體的智能化礦井團隊，融合大數據、物聯網、云計算、人工智能、工業互聯網等技術；在礦井“四化建設”中建設應用“無人值守、有人巡檢”遠程集中控制系統、智能綜采工作面、智能化選煤廠、智能無人快速裝車系統、綜合自動化系統、安全監測監控系統、井下人員定位管理系統、井下無軌膠輪車調度管理系統、工業視頻監控系統、井下4G無線通信系統、井下IP廣播系統、井下萬兆工業環網、通信聯絡等系統；并試點開展礦用機器人在選煤廠、井下水泵房、主運皮帶巡檢等方面創新應用，為煤礦安全生產、大數據采集分析起到了積極的支撐作用。

1.2 礦端管理主要內容

以小莊煤礦為例，系統基于B/S架構，采用WEB瀏覽的方式進行登陸訪問，用戶根據專業職能的不同，利用安全生產信息共享平臺來進行業務管理工作。

一張圖服務模塊：礦管理人員可方便地調取需要的圖紙進行查閱，例如可以查看當前采煤工作面的設備布置情況。圖紙按專業進行分類，可分為水文地質、防治水、采掘、通防、機電運輸、安全監測等類別，管理人員可實時對所涉及專業的圖紙進行在線更新、共享、調閱，解決了傳統CAD制圖標準不統一，數據更新不及時、打圖困難等問題。

綜合調度模塊：包含調度填報、調度報表、集團上報、值班情況上報、值班排班、值班報表預覽、日常調度管理功能，系統報表格式統一，填報完成后自動生成報表，數據實時存儲至數據庫中，管理更規范。

生產技術模塊：包含安全生產標準化、基礎信息、年計劃管理、生產報表、生產統計、生產圖件、生產管理功能，方便生產技術部門管理采掘信息、填報生產計劃，編制采掘作業規程、產量及進尺查詢、生產資料管理等工作。

應急救援模塊：包含應急救援指揮、應急救援預案、應急救援保障、應急演練、日常管理功能，當礦井發生事故時，可以通過平臺立即啟動應急處置流程，顯示當班調度值班人員信息，在GIS圖中可方便查詢礦井周邊應急保障資源，按照事先制定好的應急預案，快速開展救援行動。

系統接入：同時，平臺接入了礦井綜合自動化系統、安全監測監控系統、井下人員定位系統、工業視頻監控、水文監測等系統數據。各系統在圖形可視化界面上進行展示，方便管理人員及時查詢，獲取井下人員、設備、環境實時信息，安全生產大數據統計分析給礦領導提供了決策管理的有效支持。

1.3 集團端管理主要內容

集團端可通過安全生產信息共享平臺進行各礦井安全生產管理情況的實時監督、考核。

專業管理功能：集團可對所屬的五對礦井的專業圖紙資料、安全生產填報數據、安全監測監控及綜合自動化系統數據進行查看，可分專業部門對礦井歸口部門進行業務管理指導工作。

數據分析功能：對礦井生產、安全管理情況進行數據分析，可按周、月度、季度、年度生成生產報表，安全隱患、三違等數據統計表，集團通過數據分析結果，統籌安排生產計劃、安全標準化工作，管理更科學、合理。

安全動態診斷功能：該功能可輔助集團安全管理部門對各礦井人員、設備、環境是否安全達標進行診斷分析，最終得出礦井整體診斷結果。

2 平臺項目建設管理

2.1 項目建設前期工作

為確保項目順利實施，在認真貫徹落實陜西煤業股份有限公司下發的《關于進一步推進安全生產信息共享平臺項目建設的工作安排》的各項工作要求，彬長礦業集團于2018年12月29日組織召開項目推進會，會議傳達了股份公司項目建設安排和要求，部署和安排了彬長礦業集團及所屬各礦井安全生產信息共享平臺項目建設工作，確保按要求完成建設任務。2019年1月25日，彬長礦業集團下發了《關于安全生產信息共享平臺項目建設工作安排的通知》文件，文件明確了項目建設的組織機構、建設內容和進度安排等相關要求。

2.2 項目建設原則及內容

建設原則：項目按照“總體規劃、分步實施、因地制宜、效益優先”的原則建設。試點礦井小莊煤礦優先建設，另外，根據各礦實際情況，配合平臺開發方北京龍軟科技公司項目組制定各礦具體實施方案。項目現場實施主要包括硬件平臺搭建、網絡傳輸、圖形數據處理、專業數據錄入、監測監控系統數據集成、綜合自動化系統接入、培訓應用等部分。

建設內容：其中，一張圖數據處理包括地質測量、機電運輸、安全、通防、水文地質5個專業圖紙轉換及屬性數據錄入；在線監測集成系統包括安全監測、人員定位、工業視頻監控、水文監測、束管監測、礦壓監測6個系統；綜合自動化集成系統包括綜采綜掘工作面、井下供電、主煤流運輸、壓風機、主通風機、井下主排水6個自動化監測系統；平臺培訓應用包括生產技術、綜合調度、一通三防、機電運輸、安全管理、安全培訓、地測防治水、防沖管理、應急救援9個專業。

2.3 平臺建設需解決的關鍵問題

標準規范體系的建立：根據煤礦對安全生產業務管理的需求，建立了煤礦信息化標準規范體系、煤礦空間基準參照系、煤礦地理數據采集與處理規范、煤礦地理信息分類與代碼、煤礦地理信息要素數據字典、煤礦地理數據分層標準等一系列標準規范，用于指導各業務系統的設計、開發以及數據的描述與共享[8-10]。

礦山異構數據的融合利用：安全生產管理過程中積累了豐富的業務數據，數據種類多樣，總量增速快，數據資源呈海量化、異構化特點，需以大數據技術，整理內外部各類信息資源，形成基礎資源庫，并在此基礎上整合優化，建設形成應用服務資源庫。

專業分析模型的構建：充分分析總結煤礦“采、掘、機、運、通”業務管理經驗及“水、火、瓦斯、頂板、沖擊地壓”等安全評價經驗，采用大數據的思路和方法[11-13]，構建適合彬長礦業集團現狀的預測預報、綜合評價、智能診斷等模型，為煤礦安全生產管理提供專業大數據分析支撐。

管理和技術人員的保障：智能煤礦安全生產信息共享平臺涉及生產、機電、通防、地測防治水、安全、防沖、調度、信息化等相關專業，從項目前期的方案制定、需求調研到開發建設、上線運行，需要多方共同努力、深度配合，發揮各自專業特長和優勢，從管理、技術兩個維度推進項目建設和落地使用。

知識轉移和分享：項目建設全過程涉及新理念、新技術、新知識，全程采取聯合系統開發模式，強化現場知識培訓和共享應用，注重過程管理以及知識沉淀、轉移，建設管理、操作實踐、運維管理三并重，不斷提升獨立建模、運維、開發創新的團隊能力。

3 平臺應用情況及效果分析

彬長礦業集團通過平臺建設，不斷深化系統應用，創新運維管理模式，將大數據、工業互聯網、人工智能等新一代信息技術與煤礦安全生產管理相融合，充分發揮新動能優勢，進一步提升了煤礦高效管理和安全生產能力。

3.1 平臺應用情況

安全生產信息共享平臺自上線運行以來，切實提高了集團及各礦井技術、安全生產管理水平，各級管理人員利用該平臺提高了工作效率，真正發揮了平臺系統作用，主要表現在以下兩個方面。

管理職責分明：全員參與，系統運行管理職責分明。為了管好、用好該系統，彬長礦業集團制定了《彬長集團安全生產信息共享平臺運行管理辦法》，制度中規范了安全生產信息共享平臺運行管理工作流程，明確了各級管理機構責任，從而保證了系統及數據的安全、穩定、高效、有序運行。①組織職責方面。安全生產信息共享平臺運行實行“分級管理、專業負責”的管理原則，要求各相關單位指定至少1名專業技術人員負責本系統的運維管理工作。集團地測部、信息中心是安全生產信息共享平臺運維管理部門，負責對各級單位的系統運維工作進行監督考評、系統用戶分配和權限管理等工作。各礦成立安全生產共享平臺的管理組織機構(運維管理組)，負責定期召開專題會議，解決運行中存在的問題，確保系統正常運行。同時，礦井各專業科室必須在規定時間內按要求完成圖紙、文檔、報表的填報與發布，礦運維管理組對填報數據的正確與完整性進行監督檢查。集團信息中心和礦井信息化管理部門是安全生產信息共享平臺硬件及網絡技術支持部門；②分專業規定了運營管理內容。制度中對綜合調度、生產技術、地測防治水、一通三防、安全管理、機電運輸、綜合監測、應急救援、防沖管理、系統運維管理、安全保密規范等做了詳細規定，提出填報數據的規范及時限要求，明確運營管理標準，為安全生產共享平臺數據更新的準確性、時效性提供了制度保障。

系統使用管理考核：軟件平臺運行的持久性在于用戶是否真正地運用系統開展相關工作，彬長礦業集團安全生產信息共享平臺上線運行之初也存在過一些問題，例如用戶對系統操作不熟知、不習慣、甚至排斥使用平臺進行技術管理、安全管理等工作。當系統不斷采集相關安全生產監測、圖紙、報表等數據錄入系統中，資源共享、協同工作效率不斷提升時，用戶從被動使用系統逐步轉變為主動提改進功能需求的工作狀態，使用平臺工作成為了一種習慣，安全生產管理水平大為提升。為了更好地運行系統，彬長礦業集團在各礦抽調信息錄入員、技術管理人員近100人，集中進行平臺數據錄入處理、維護專業化培訓，在保障網絡、終端正常的情況下，負責各系統數據的采集、上報、錄入工作，確保了平臺運行持久的生命力。

3.2 平臺應用效果分析

管理層面：利用一張圖數據的高度集成與共享，全面了解、敏銳感知、實時掌控礦井安全生產狀況，實現對礦井安全生產的動態化、精準化、實時化監管，進一步強化集團管控和協同調度能力。創新開展大數據分析和預測預報預警，為各級管理層提供個性化分析服務，為領導層高效決策提供數據支撐。

安全生產層面：實現了安全風險和隱患排查治理的分類分級閉環管理，結合實時監測的人員、設備和環境等的位置、狀態信息，通過數據融合分析及時掌握隱患排查、閉環管理、整改落實情況，真正實現了“人、機、環、管”本質安全型礦井，構建了全礦井協同化、自動化、智能化的安全生產管理新模式。

技術層面：按照一張圖統籌管理、協同配合的理念，規范了地測、通風、采礦設計、供電、供排水、運輸等專業數據標準，提升了輔助圖形和應用系統的數據采集、處理、存儲、分析能力，實現了數據的集成服務與協同更新。利用大數據分析技術建立了水害、火災、應力、微震等災害預警模型，提高了礦井數據和圖形處理的專業技術水平和應急響應能力。

數據層面：以數據流為引導，規范不同用戶、系統之間的共享和服務標準，打破了專業界限和數據壁壘，構建專業數據倉庫，實現數據共享，通過數據分析利用和價值挖掘，進一步提升數據資產價值。

創新層面：通過在礦井開展平臺建設，先進高效的管理技術理念已深深植入各級管理和技術人員心中，可以調動企業內部員工積極學習吸收新知識，創造新活力，不斷促進企業管理創新和技術升級，推動企業可持續創新發展。

總體效果：彬長礦業集團通過平臺項目建設，為煤礦安全生產提供了先進高效的智能化管控平臺，從而代替大量分散、獨立的傳統業務系統，實現了集團到礦井、礦井內部之間的數據自動傳輸、協同共享，提高工作效率，提升了管理科學性、決策準確性。

3.3 平臺建設價值和創新點

將大數據技術理念深度融入到煤礦安全生產過程管控中，促進煤礦生產的管理創新和智能化裝備升級，逐步形成用數據來科學管理決策的工作模式，提升彬長礦業集團的精細化管理、精益運營、精準決策能力。

建成統一業務管理系統：基于大數據技術架構，構建了礦井地理信息系統數據存儲模型、數據結構、大數據分析模型及核心結構算法，建成了符合彬長礦業集團實際情況的統一業務管理系統。

建立平臺應用標準規范體系：根據智能化礦井建設要求，在行業標準規范的基礎上，建立了平臺應用標準規范體系，規范了數據采集、處理、存儲、分析、訪問、表達和應用，以及在不同用戶、不同系統之間的數據共享和服務。

建立安全生產業務一體化管控系統：建立了基于GIS一張圖的全集團安全生產業務一體化管控系統，形成了多級架構分布式在線協同工作平臺，實現了煤礦“采、掘、機、運、通”和“水、火、瓦斯、頂板、沖擊地壓”等數據的統一分析、處理、展示、共享功能。

構建大數據分析模型：構建了煤礦安全生產智能診斷、危險源辨識及預警、安全生產狀況綜合分析等大數據分析模型，通過煤礦GIS一張圖匯集展示采掘、監測監控、綜合自動化、安全管理、生產經營、機電設備管理等數據，實現了各類安全生產信息集成融合、數據挖掘和決策支持，實現了對安全管控流程及存在問題的智能診斷，提高了集團整體安全管控水平。

形成高精度定位的可視化礦山展示系統：通過構建高精度三維動態地質模型，實現了地層、斷層、陷落柱、鉆孔、巷道、工作面、設備、傳感器、瓦斯、水、風流等參數的可視化展示，為平臺大數據分析提供可視化交互環境。

實現知識共享：實現了煤礦生產管理知識的共享、協同及實時更新，通過系統建設及管理提升，進一步提高專業技術資料管理的效率和效果，保障資料精確和及時性，進而保障煤礦安全生產工作正常開展。

形成數據管理新模式：通過梳理安全生產管理業務流程，促進企業管理水平的提升，逐步改變傳統煤炭企業生產管理思維模式，成立了大數據分析團隊，不斷挖掘數據價值，形成了用數據科學管理決策的新模式。

4 結語

基于大數據分析的安全生產信息共享平臺建設及管理應用，在煤礦安全生產管理、數據融合共享、預測預警分析建模等關鍵技術和難點方面，為在其他煤炭企業推廣應用提供了很好的經驗和借鑒。特別是基于GIS一張圖協同管理、大數據安全動態診斷、安全風險管控等關鍵技術的研究與創新應用，解決了一體化管控的智慧礦山建設的部分關鍵問題，為下一步打造智能化、無人化礦井奠定了基礎。