防治煤與瓦斯突出信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

付京斌

（冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司，河北 邯鄲056107）

0 引 言

當(dāng)前，礦井煤與瓦斯突出事故時(shí)有發(fā)生，突出事故發(fā)生的主要原因是防突措施落實(shí)不到位，這跟防突過程管理信息化程度低，防突信息不真實(shí)，導(dǎo)致管理層決策不科學(xué)有一定關(guān)系。隨著信息化和自動(dòng)化深度融合及“互聯(lián)網(wǎng)+”、云計(jì)算等先進(jìn)成熟技術(shù)的廣泛應(yīng)用，可以充分利用數(shù)字化、信息化、可視化等先進(jìn)技術(shù)，將防突措施實(shí)施過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)的主要信息、監(jiān)測(cè)計(jì)量數(shù)據(jù)、表單臺(tái)賬記錄、圖紙圖片等進(jìn)行科學(xué)、有效的管理，減少礦井在技術(shù)資料管理、抽采達(dá)標(biāo)評(píng)判過程中的人力、物力、時(shí)間方面的投入，提高工作效率。依托信息化和自動(dòng)化技術(shù)，解決目前礦井在防突信息管理手段落后、分析工具缺失的問題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)防突工作的數(shù)據(jù)化、定性化、定量化直觀展示和數(shù)據(jù)信息的追蹤、溯源，方便管理部門決策。

1 防治煤與瓦斯突出信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

（1）先進(jìn)性原則。充分應(yīng)用煤礦自動(dòng)化、信息化、智能化、可視化等先進(jìn)技術(shù)，通過防突措施實(shí)施過程信息化、信息采集流程化、信息處理自動(dòng)化、業(yè)務(wù)分析智能化，實(shí)現(xiàn)煤礦防突過程與質(zhì)量管理的信息化、可視化。

（2）開放性原則。堅(jiān)持開放性原則，系統(tǒng)能夠提供標(biāo)準(zhǔn)接口，集成其他監(jiān)控業(yè)務(wù)，如安全監(jiān)控系統(tǒng)、抽采監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、打鉆視頻監(jiān)控系統(tǒng)、鉆孔軌跡測(cè)定等，實(shí)現(xiàn)跨廠家、跨系統(tǒng)的設(shè)備與業(yè)務(wù)的集成與融合。

（3）可靠性原則。在軟硬件選型、傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、支撐環(huán)境建設(shè)、應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)過程中，充分體現(xiàn)可靠性這一原則，保證設(shè)備可靠、傳輸網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、支撐環(huán)境可靠，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

防治煤與瓦斯突出信息系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)按照分層設(shè)計(jì)原則，由三層次兩體系組成，包括感知層、傳輸層、應(yīng)用層，以及聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和安全運(yùn)維保障體系，技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮了數(shù)據(jù)交互、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析、業(yè)務(wù)分析診斷與評(píng)估等，如圖1所示。

圖1 防治煤與瓦斯突出信息系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)Fig.1 Technical framework of coal and gas outburst prevention information system

感知層主要由智能感知設(shè)備與無線采集設(shè)備構(gòu)成，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)感知和采集，包括在井下部署的鉆孔軌跡、視頻監(jiān)控、在線抽采計(jì)量、移動(dòng)采集終端等設(shè)備。感知層可通過鉆孔軌跡和深度探測(cè)裝置、打鉆視頻監(jiān)控等采集設(shè)備及系統(tǒng)，通過應(yīng)用層進(jìn)行數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)融合，實(shí)現(xiàn)綜合防突措施實(shí)施全過程的感知信息采集、集成。

傳輸層負(fù)責(zé)感知層的網(wǎng)絡(luò)接入、數(shù)據(jù)傳輸及相應(yīng)控制管理等工作。傳輸層主要包括礦用以太網(wǎng)交換機(jī)、地面核心交換機(jī)、無線傳輸設(shè)備等網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備和線路構(gòu)建的礦井光纖環(huán)網(wǎng)，以及由無線傳輸設(shè)備組成的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)等。

應(yīng)用層將感知層和傳輸層所采集、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總、存儲(chǔ)、分析、轉(zhuǎn)換、處理和展示，主要包括應(yīng)用支撐子層、業(yè)務(wù)應(yīng)用和展示子層。應(yīng)用支撐子層由基礎(chǔ)環(huán)境支撐和數(shù)據(jù)資源與服務(wù)支撐組成，提供基礎(chǔ)的系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境、數(shù)據(jù)資源及業(yè)務(wù)分析平臺(tái)、數(shù)據(jù)調(diào)用接口等功能。業(yè)務(wù)應(yīng)用與展示子層主要包括業(yè)務(wù)應(yīng)用、業(yè)務(wù)分析和業(yè)務(wù)展示?；诟兄獙硬渴鸬闹悄芨兄O(shè)備和智能采集設(shè)備提供的采集數(shù)據(jù)，以及基礎(chǔ)支撐提供的業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)防突過程質(zhì)量管理、鉆孔全過程管理、分元達(dá)標(biāo)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)、資源調(diào)度優(yōu)化、應(yīng)急調(diào)度指揮、異常業(yè)務(wù)診斷與分析和各類多業(yè)務(wù)集成分析。

3 系統(tǒng)建設(shè)方案

3.1 信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建設(shè)方案

信息系統(tǒng)主要包括信息化系統(tǒng)基礎(chǔ)環(huán)境搭建、無線通信傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、防突信息數(shù)據(jù)采集平臺(tái)搭建、防突信息綜合管理平臺(tái)搭建、鉆孔全過程質(zhì)量管理、抽采效果智能評(píng)價(jià)等，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Fig.2 System network structur

3.2 信息化系統(tǒng)基礎(chǔ)環(huán)境建設(shè)方案

信息化系統(tǒng)的基礎(chǔ)環(huán)境包括基礎(chǔ)硬件設(shè)備及應(yīng)用系統(tǒng)軟件、軟件工具等。硬件設(shè)備主要包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、多應(yīng)用服務(wù)器、Web發(fā)布服務(wù)器、融合服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備；系統(tǒng)軟件主要包括各類操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、應(yīng)用軟件等。

3.3 采集平臺(tái)建設(shè)方案

根據(jù)實(shí)際需要，構(gòu)建防突信息數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)日常防突工作中鉆孔數(shù)據(jù)、壓力含量數(shù)據(jù)、日常預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)、抽采計(jì)量數(shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、打鉆視頻信息、鉆孔軌跡數(shù)據(jù)等相關(guān)數(shù)據(jù)的采集功能。支持系統(tǒng)融合相關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集，包括安全監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)、抽采計(jì)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)、打鉆視頻監(jiān)控信息、鉆孔軌跡測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)等，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、融合、建庫。同時(shí)，該數(shù)據(jù)采集平臺(tái)還支持基于Excel電子表單導(dǎo)入，煤礦現(xiàn)有防突相關(guān)數(shù)據(jù)可以快速導(dǎo)入到信息化平臺(tái)中。

3.4 管理平臺(tái)建設(shè)方案

管理平臺(tái)可以對(duì)防突措施實(shí)施過程中的相關(guān)文檔、參數(shù)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)報(bào)表、數(shù)據(jù)的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)審批流程電子化，降低防突人員日常管理工作量。平臺(tái)為數(shù)據(jù)分析和可視化展示提供格式化的數(shù)據(jù)，方便煤礦技術(shù)人員準(zhǔn)確掌握具體防突工作所在的空間分布情況，將施工情況與防突工作進(jìn)展進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，提高防突工作效率。

（1）結(jié)構(gòu)化防突信息體系構(gòu)建。系統(tǒng)基于鉆孔唯一性編碼，以鉆孔為中心實(shí)體關(guān)聯(lián)鉆孔設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收、聯(lián)抽、鉆孔軌跡、鉆孔視頻、人工計(jì)量、在線計(jì)量、瓦斯含量、瓦斯壓力等各類計(jì)量信息；基于底抽巷唯一性編碼，以底抽巷為中心實(shí)體關(guān)聯(lián)區(qū)域預(yù)測(cè)、區(qū)域措施、區(qū)域效檢等鉆孔信息；基于進(jìn)回風(fēng)巷唯一性編碼，以進(jìn)回風(fēng)巷道為中心實(shí)體關(guān)聯(lián)底抽巷信息、區(qū)域驗(yàn)證、工作面預(yù)測(cè)、工作面效檢等鉆孔和各類防突指標(biāo)信息；基于采煤工作面唯一性編碼，以采煤工作面為中心實(shí)體關(guān)聯(lián)底抽巷、進(jìn)回風(fēng)巷、區(qū)域驗(yàn)證、工作面預(yù)測(cè)、工作面措施、工作面效檢等信息。

（2）防突工作表單電子化、圖紙檔案化。日常防突工作的施工記錄、臺(tái)賬、視頻等全面實(shí)現(xiàn)信息化、流程化。根據(jù)防突工作有關(guān)表單記錄進(jìn)行定制化開發(fā)，建立適合礦井的鉆孔參數(shù)、抽采參數(shù)、校檢參數(shù)、測(cè)定記錄等電子化表單，將相關(guān)記錄、臺(tái)賬實(shí)現(xiàn)電子化、信息化。系統(tǒng)建立鉆孔圖紙、監(jiān)控圖紙、文檔文件等，有關(guān)技術(shù)資料、檔案等形成規(guī)劃化、格式化長(zhǎng)期性建檔，形成“一礦一策、一策一工程、一工程一檔案”，實(shí)現(xiàn)礦井防突資料的信息化、檔案化管理。

（3）防突信息在線流轉(zhuǎn)審批。系統(tǒng)結(jié)合《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》和煤礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求開發(fā)防突信息在線流轉(zhuǎn)審批模塊，通過手機(jī)APP等移動(dòng)客戶端和web客戶端發(fā)起文件和表單在線流轉(zhuǎn)審批流程，基于權(quán)限管理和表單審批規(guī)則，表單自動(dòng)流轉(zhuǎn)到各級(jí)審批人員賬號(hào)，各級(jí)審批人員通過手機(jī)APP和web客戶端進(jìn)行審批。支持審批人員對(duì)表單文件簽轉(zhuǎn)審批意見，推動(dòng)高效開展瓦斯治理工程和生產(chǎn)活動(dòng)。

（4）防突信息自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析?；谑┕と藛T提交的鉆孔驗(yàn)收單、鉆孔施工進(jìn)度計(jì)劃等信息，按照時(shí)間自動(dòng)生成鉆孔日?qǐng)?bào)表、旬報(bào)表、月報(bào)表等，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析實(shí)際完成工作量、計(jì)劃完成比例。按照工作面、底抽巷、鉆場(chǎng)、評(píng)價(jià)單元等空間維度自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析鉆孔設(shè)計(jì)工程量、已完成實(shí)際工程量、剩余工程量等。自動(dòng)生成各類報(bào)表、臺(tái)賬和分析結(jié)果，降低人員工作量。

（5）防突綜合預(yù)警分析。系統(tǒng)支持煤礦在用防突綜合預(yù)警記錄在線管理功能，包括采掘工作面日常防突效果驗(yàn)證測(cè)定結(jié)果，工作面是否出現(xiàn)噴孔、頂夾鉆、煤壁外鼓、掉渣、煤塵增大、煤壁掛汗、煤體層理紊亂等突出預(yù)兆，工作面是否出現(xiàn)瓦斯異常變化狀況，工作面當(dāng)前位置是否存在地質(zhì)構(gòu)造，如斷層、褶曲、火成巖侵入、煤層賦存急劇變化等，工作面是否受采掘影響處于應(yīng)力集中帶以及綜合以上因素的分析結(jié)果的在線管理。

4 結(jié) 語

通過建設(shè)防治煤與瓦斯突出信息系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)防突信息的在線監(jiān)測(cè)，保證防突工作施工精準(zhǔn)和效果透明，對(duì)防突信息進(jìn)行自動(dòng)分析預(yù)警，有助于決策層對(duì)防突工作的監(jiān)管糾差和決策，降低瓦斯突出事故風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，通過規(guī)范化管理、流程信息化、設(shè)計(jì)與施工計(jì)算機(jī)協(xié)同以及對(duì)防突信息的綜合集成，降低技術(shù)人員工作量，為礦井通防智能化做出了有益探索。