基于B/S+C/S架構管控平臺的中小煤礦智能化建設

文/廖建湘 湯世杰 張建生

針對南方中小煤礦智能化建設難題，湖南省煤業集團周源山煤礦依據國家智能化建設政策，基于礦井實際情況，提出基于B/S+C/S架構的輕型智能化管控平臺建設方案，圍繞智能管控核心平臺建設，通過基礎設施改造升級和經營管理信息化“一張圖”融合兩步走實施路徑，打通了各子系統，實現了統一指揮。現場應用表明，該智能化平臺易于維護和應用擴展，使礦井安全生產得到有力保障的同時，大幅提高了生產管理效率，提升了智能開采水平，實現了減人提效保安的目的。

一、智能化建設背景

近年來，全國主要產煤省份大力推進煤礦智能化建設，但在南方中小煤礦，由于井型規模小、產能低、地質條件復雜、效益差等因素影響，建設智能化礦井難度很大，只能結合礦井實際情況，分塊分步進行建設。

2021年3月，湖南省煤業集團結合實際情況，率先在其子公司周源山礦業公司實施湖南省第一個煤礦智能化建設項目。周源山礦業公司始建于1966年，1970年投產，1988年進行了技術改造，礦井現生產能力為75萬t/a。智能化煤礦改造前，已經建立了南風井、空壓機、-650中央水泵房等自動化控制無人值守系統，建成生產調度管理、調度通信、人員位置監測、應急廣播與工業視頻等子系統，井下建有千兆工業以太環網等基礎實施，為周源山煤礦智能化建設奠定了一定的基礎。但各子系統均處于相互獨立、“信息孤島”狀態，且大部分子系統不能實現遠程集中監控，無法實現數據融合+系統聯動+信息發布+遠程控制的智能模式。為此，周源山礦業公司提出基于B/S+C/S架構的輕型智能化管控平臺建設方案，其核心是通過平臺打通各子系統，實現統一指揮，提升智能化開采水平，實現減人提效。

二、智能化建設架構及建設內容

1.智能化建設架構

結合周源山煤礦現有機械化、自動化、信息化設施情況，在完善基礎設施建設的基礎上，提出圍繞智能管控平臺為核心的建設方案，旨在打通生產自動化與安監數字化，形成統一的“一張圖”基礎管理與服務、綜合自動化生產指揮、大數據融合分析及預測預警系統與智能移動終端系統等專業應用，并為智能規劃應用提供擴展。管控平臺采用B/S+C/S架構，既方便維護，又能滿足煤礦智能化建設中比較復雜的各種需求。具體架構如圖1所示。

圖1 周源山煤礦智能化建設架構圖

2.主要建設內容

在通過充分調研現有的網絡基礎實施、子系統及相關設備建設的基礎上，結合智能化建設架構，規劃建設內容分兩期進行。第一期主要完成基礎設施改造、各安全生產相關子系統升級與智能化管控平臺建設，以及在智能化工作面與中央變電所進行5G應用試點建設；第二期主要推進經營管理信息化融合系統、皮帶運輸機道機器人巡檢、井下部分場景智能視頻分析、人員精確定位系統與井下無線通訊系統等內容的建設。

（1）基礎設施改造升級。

①機房建設。機房建設主要包括中心機房的機房供電、UPS電源、機房防雷及接地、機房消防、機房空調等設備的安裝及靜電地板裝設，10臺4U機柜的安裝以及各數據服務器的安裝。

②網絡系統改造。在機房布置2臺核心萬兆交換機，在北抽風機房、配電房、南抽風機房、辦公樓布置4臺千兆交換機與核心機房萬兆交換機相連組成地面千兆環網。直接將外網傳輸接口安裝在調度指揮中心機房，確保地面辦公網絡、自動化子系統及安防視頻子系統的穩定運行。在工業以太環網的基礎上，可以實現礦井安全監控系統、礦井人員位置監測系統、工業視頻監測系統等系統的集中傳輸與管理。

井下保留原來已經在-370水泵房、22-370變電所、24-370變電所、24-650變電所、-650北變電所、-650中央水泵房等機房安裝的6臺千兆交換機組成的礦井千兆環網，在井下原有架構上加裝6臺萬兆環網交換機，重新組網，構成一個安全、可靠、高度冗余的萬兆環網系統。井下原千兆環網運行現有的安全監控系統、人員位置監測系統、應急廣播系統，且這三個系統已經實現融合聯動功能，充分發揮三大系統的應急聯動功能，提升礦井災害預警處置功能。新安裝的礦井工業視頻、智能化工作面及各個自動化子系統均加載到萬兆光纖環網上，實現數據流的高速輸出及智能化分析運用。

③調度指揮中心配置。新調度指揮中心內設置一個9米長、3米高的LCD液晶顯示大屏，顯示各子系統參數和工業視頻圖像。調度指揮中心配置三排操作臺，每排6個工位，共配置18臺顯示器及電腦，用于各系統操作和顯示，構建形成了一個平臺、多個子系統的協同控制指揮中心系統。

（2）智能管控平臺建設。周源山智能管控平臺是整個煤礦智能化建設的核心，是煤礦操控“大腦”，其通過網絡傳輸平臺實現井上下各子系統的遠程綜合自動化指揮、智能管控、融合聯動、預警分析等。

①“一張圖”基礎管理服務平臺。

全息“一張圖”基礎服務。通過多圖層形式展示，全息GIS“一張圖”位置服務在礦井的應用主要有定位、導航、查詢三類應用。

“一張圖”協同設計服務。主要基于協同平臺完成地質、測量、水文、采掘、供電、生產等各專業的日常業務“一張圖”協同設計，使各業務部門共同維護礦井的“一張圖”數據，并實現業務之間的數據共享和協作。

“一張圖”集成融合服務。在對全礦井各子系統所有數據進行梳理的基礎上，通過地理位置進行關聯并存入數據庫，并將以“一張圖”集成服務的方式分類對外提供。

“一張圖”協同管理服務。在集成融合服務的基礎上，對礦井生產與安全各個方面進行綜合管理，主要包括地質測量管理、“一通三防”管理、機電運輸管理、回采掘進管理、礦井安全管理、設備資產管理、智能監控管理和綜合調度管理等“一張圖”的協同管理服務。

“一張圖”決策分析服務。在大數據融合分析的基礎上，對礦井生產與安全各類數據進行綜合分析，為管理者提供“一張圖”決策分析服務，主要應用于災害事故分析預警、安全風險量化分析、設備故障診斷與處置分析等，實現各類分析的位置服務與聯動。

②大數據融合分析及預測預警系統。應用大數據、數據挖掘技術、量化分析技術，對安全生產相關的信息進行綜合展示、關聯分析、探索挖掘、概括推理，發現歷史數據中蘊含的安全生產知識規則和人機環管要素演化模型，根據實時數據量化概括當下的安全生產狀況，發現目前存在的安全風險和問題，診斷推理風險與問題發生的原因及可采取的處理措施，根據歷史和實時數據對未來的安全生產形勢進行預判和預警，實現煤礦安全生產的動態診斷和輔助決策監管。

基于“一張圖”實現井下“水、火、瓦斯、頂板”等重大危險源監測與預警，根據預警報警信息，將信息向智能移動端推送，將不同的報警信息推送給不同的處理人員移動終端，實現報警分級管理和區域化自治管理。當某個報警長時間未處理后，自動提升報警等級并推送到上一級處理；對重要報警信息在分配的同時也推送到調度指揮中心。報警處理界面上具有報警確認、報警反饋等功能，智能移動端報警與監控中心PC端報警應保持信息同步，在中心能夠查看報警處理進度、結果等。

③綜合自動化生產指揮平臺。綜合自動化生產指揮平臺建設對各子系統進行數據采集、處理、存儲、發布，完成統一的信息集中管控、網絡平臺發布，建立一套完善的綜合自動化生產指揮管控系統，實現監測系統數據的整體融合和業務聯動。

④移動智能終端門戶系統。智能終端門戶系統主要通過手機查詢各類實時信息，輸入各類報表數據，審批各類文件。

（3）智能裝備及其控制系統建設。周源山煤礦智能化建設中，對智能裝備及其控制系統進行改造、完善與新建。

①新建智能系統。新增綜采工作面智能化控制系統、電力監控系統、地面皮帶集控系統、-650軌道運輸監控系統、水文監測系統等建設。以綜采工作面智能化建設為例，在3231綜采工作面實現智能工作面建設，將原有支架進行電液控制自動化改造，通過智能化采煤機和工作面刮板運輸機、支架自動供液系統、工作面視頻監視系統、工作面人員定位系統、水質處理系統等建設，實現井下和地面智能化集中控制，進而實現工作面采煤及運輸設備集中控制，一鍵啟停。

②強化系統改造。通過改造礦井安全監控系統、井下人員位置監測系統、空壓機監控系統、通風機監控系統、提升監控系統（主井、新副井、老副井），實現了自動化控制，并接入綜合自動化生產指揮平臺。

③增設工業視頻監視系統。在主井、新副井、老副井、壓風機房、地面變電所、抽風機房、井下采區變電所等增設安裝20個監視點，基本滿足現有智能化建設應用需求。

④開展5G網絡應用建設。在智能化綜采工作面及中央變電所，通過5G網絡實現了高清視頻回傳、設備的遠程監控與手機音視頻無線通訊。

三、智能化建設保障措施及經驗

1.健全機構，強化領導

成立煤礦智能化建設組織機構，總經理擔任組長，公司其他領導和安全、生產、經營、技術各部門主要負責人各司其職、各負其責，并設置智能化煤礦建設辦公室負責日常事務。

2.分工實施，重點推進

編制智能化煤礦建設項目技術方案、智能化煤礦建設實施組織措施，設立安全技術、井巷工程、設備準備、設備安裝、機房改造、網絡安裝、綜合協調7個項目實施小組，確定調度指揮中心改造、礦井網絡升級改造、智慧管控平臺建設、智能化綜采工作面建設、運輸集中控制系統建設、自動化子系統建設6大重點任務。掛圖作戰，每天標記，每天督查，一周一匯總、一旬一通報、一月一小結。

3.超前規劃，切合實際

智能化煤礦建設是一個系統工程，并且投資大，牽涉面廣，必須根據礦井實際情況制訂詳盡的建設規劃，對管控平臺的功能要求要切合本礦實際，對子系統的建設要達到減人提效的目的。資金難以一步到位時可以分步實施，先建設管控平臺和重要安全生產子系統，后續再增加其他相關系統。

四、應用效果

1.減人提效成效顯著

周源山煤礦智能化管控系統運行以來，通過智能管控平臺及其子系統實現了綜采工作面自動化控制，主要固定設備實現了遠程控制無人值守，工作面實現了手機音視頻無線通訊，使得固定設備崗位減少值守人員70%，采煤工效提高了20%。

2.生產管控效率大幅提高

通過各子系統實現遠程監測監控、管控平臺的數據分析及預警，同時通過使用方便快捷的手機APP，生產管理的效率得到了大幅提高。

3.安全保障能力顯著增強

通過建立安全生產相關監測監控系統，各生產系統運行安全性能大幅提高，礦井安全生產得到了有力保障。