面向公司與煤礦的智能一體化管控平臺架構研究

摘 要：該文基于項目研究背景闡述礦山信息模型相關技術發展現狀，提出當前存在的一些問題。按照《國家能源集團煤礦智能化建設指南（試行）》要求，遵循《寧夏煤業有限責任公司智能化礦山建設總體規劃》思路，基于統一數據標準和工業互聯架構，綜合利用云計算、物聯網、大數據和數字孿生等先進技術，采用“云邊協同”部署模式，建設覆蓋安全、生產、調度和運營等業務領域的一體化綜合性管控平臺，實現全礦井監、管、控一體化。

關鍵詞：智慧礦山；一體化管控；云服務；智能管控；智能化建設

中圖分類號：TD672 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）29-0146-04

Abstract： Based on the research background of the project， this paper expounds the development status of mine information model related technology， and puts forward some existing problems. According to the requirements of "guidelines for Intelligent Construction of Coal Mine of National Energy Group（trial）" and following the idea of "General Plan of Intelligent Mine Construction of Ningxia Coal Industry Limited Liability Company"， based on unified data standards and industrial interconnection architecture， this paper makes comprehensive use of cloud computing， Internet of Things， big data， digital twins and other advanced technologies， implements the use of "cloud-side coordination" deployment model to build an integrated and comprehensive management and control platform covering security， production， scheduling， operation and other business areas， in the hope of realizing the integration of supervision， management and control in the whole mine.

Keywords： intelligent mine; integrated management and control; cloud service; intelligent management and control; intelligent construction

2020年3月，國家發展改革委等八部委聯合印發的《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》指出：“建設智能化生產、安全保障經營管理等多系統、多功能融合的一體化平臺，實現煤礦產運銷業務協同、決策管控、一體化運營等智能化應用”[1]。煤礦一體化管控平臺建設成為智能化礦山建設必不可少的關鍵內容[2]。2021年底，國家能源局印發的《智能化示范煤礦驗收管理辦法（試行）》進一步細化了示范煤礦智能一體化綜合管控平臺的建設標準及考評辦法[3]。在此基礎上，《國家能源集團煤礦智能化建設指南（2022版）》中要求將煤礦智能一體化管控平臺分為初級、中級、高級3個不同階段，并最終實現“自主化、精準化、智能決策”管控模式[4-5]。

國家能源集團寧夏煤業有限責任公司（以下簡稱“寧煤公司”）及下屬礦井、選煤廠亦通過數字化轉型以促進企業高質量發展，進行了相關智能化工作的開展，已經取得了階段性成果，在部分安全生產環節上實現了“少人化、無人化”，有效保障了煤礦安全高效生產，但和智能煤礦及實現煤礦的完全信息化管理決策尚存在一定的差距。

為了響應國家相關部委意見要求以及國家能源集團的總體戰略規劃，寧煤公司制定了《寧夏煤業有限責任公司智能化礦山建設總體規劃》[6]，分析公司及下屬十余對礦井、數個洗煤廠智能化建設需求，設計了公司與煤礦（洗煤廠）兩級智能一體化管控平臺總體架構與部署方案，以滿足煤礦智能化發展及安全協同高效生產的需要[7]。平臺利用物聯網、云計算、大數據分析等先進技術，采用軟件系統分層架構設計方法，構建了適用于井工礦井和寧煤公司的兩級智能一體化管控平臺，解決數據統一采集、高效存儲、快速同步等存在的一系列難題[8]，為公司與煤礦安全高效、協同管控提供了技術支撐，具備一定的參考價值與推廣意義。

1 平臺總體架構

面向公司與煤礦的智能一體化管控平臺總體架構如圖1所示，基于煤科云[9]技術底座，實現一次開發、多礦部署。大平臺由公司級煤礦智能一體化管控平臺和煤礦（洗煤廠）級智能一體化管控平臺組成，基于統一安全認證和統一運維體系，在下屬煤礦、洗煤廠云數據中心基礎上，構建煤礦級數據中心和煤礦級管控平臺，為煤礦及洗煤廠安全監控與集中監測提供信息化管理服務。在寧煤公司云數據中心，構建公司級煤礦智能一體化管控平臺，實現公司級安全生產監管與決策分析指揮。

作為平臺的核心技術支撐模塊，煤科云技術底座提供基礎平臺集成開發環境，依據生產工藝和業務流程需求，在數據中臺、業務中臺、技術中臺等PAAS平臺的支撐下，通過APP低代碼開發工具，快速搭建監控類、控制類、管理類礦山APP軟件，具備快速重構業務能力[10]。通過在公司級煤科云工業互聯網平臺開發完成APP后，自動將模型下發到礦井煤礦云平臺，實現控制、應用及模型的下發。通過MK-IOT-UA數據采集共享同步軟件將礦端數據同步至公司端煤科云平臺，對災害監測預警、安全管理風險分析等模型進行訓練后，將相關模型進行下發，從而實現云邊協同。

煤礦級智能一體化管控平臺以智能安全生產協同調度指揮為核心，構建生產集中監控與安全集中監測應用中心。遵循“統一技術架構、統一標準體系、統一安全認證、統一運維體系”，在礦端部署煤科云?；诿嚎圃芃K-IOT-UA，實現透明地質系統、智能采煤系統、智能掘進系統、智能通風系統、智能運輸系統和智能輔助系統等智能化專項系統數據的采集、解析、交換共享，以及控制命令的交換。之后圍繞煤礦綜采、綜掘、主運、輔運、生產輔助、供配電、洗選與發電等固定場景的智能融合協同管控，瓦斯、水害、火災、礦壓、粉塵和人員等重大風險智能融合監測與分級預警，為煤礦固定場景少人化乃至無人化提供技術保障，為煤礦風險防控提供有效決策依據及處置建議。

公司級智能一體化管控平臺主要站在寧煤公司側，集成礦端監測數據、預警指標與結果。以決策分析與協同調度指揮為主，在集成國能集團統建生產執行管理、經營管理系統、決策分析數據，各煤礦、洗煤廠安全生產實施監測數據、洗選安全生產填報的指標數據，基于智能化綜合管控平臺，構建智能生產監督中心、安全態勢預警中心、精細運營管理中心、決策調度指揮中心及IT基礎設施管控中心，以支撐公司在安全、生產、運營、決策和調度指揮之上的業務應用與決策分析。

兩級平臺屬于同一個基礎管控平臺。其中煤礦級智能綜合管控平臺為公司智能化綜合管控平臺在公司協同與決策分析方面提供基礎數據支持，公司級智能綜合管控平臺為煤礦智能化綜合管控平臺提供協同調度與指令下發。

2 平臺數據架構

平臺支持構建煤礦數據中心和公司數據管理兩級數據存儲系統。利用MK-IOT-UA實現煤礦、公司和國能集團之間的數據交互與共享，總體數據架構如圖2所示。標準規范基于MK-IOT-UA統一數據采集交互系統，實現煤礦端安全監控類系統、生產控制類系統、通信聯絡類系統等數據采集與集成分析，將數據存儲于煤礦數據中心。

數據存儲平臺將數據分為管理類、監控類、空間類、非結構化類及音視頻等不同數據分類存儲。在存儲方式上，采用實時數據庫、關系數據庫、空間數據庫和大數據存儲相結合的融合存儲方案，實現對“熱、溫、冷”不同訪問需求數據的按需要存儲。數據上傳共享模式，基于廠礦與集團兩級數據中心，數據由廠礦數據中心直接上傳至集團數據中心，相關主數據、生產經營數據由集團公司直接推送至礦級數據中心。依據寧煤公司安全生產信息化建設需要，將相關數據由廠礦級數據中心上傳至寧煤公司數據中心，完成業務管理需要。

數據存儲系統還具備數據質量管理、數據建模分析、數據訪問共享的能力。在數據質量管理上，遵循數據、完整性、唯一性、有效性、一致性和準確性的原則，如圖3所示。數據質量模塊支持對業務指標和數據質量進行監控，數據質量可檢驗，幫助用戶及時發現數據質量問題。平臺基于重要性和成本效應識別出需要進行質量控制的數據，分階段有序地將數據質量控制規則落地。

3 平臺功能架構

平臺是以“安全監控實時化，過程控制自動化”為目標，基于“工業以太環網+現場總線+無線”技術，平臺建立統一的系統接口標準，利用多種軟硬件接口（OPC UA、驅動、數據庫、平面文件、DDE/NETDDE、PLC和子網等），構建統一、穩定、高效的集控平臺。以原煤生產為主線，對“采、掘、機、運、通”等主要安全生產環節，進行多要素全流程的集中、協同、優化控制與智能運行。具有煤礦大數據平臺，通過大數據分析處理，能夠對火災、氣體、水害和頂板等災害進行分析預警、信息推送等功能。具備數據分析能力，根據業務需求構建識別模型、預測模型、控制模型和決策模型，實現模型庫管理?；谠朴嬎愕臎Q策支持承載平臺，平臺包括模型庫和算法庫，支持應用模塊根據需求進行擴展。平臺可根據監測與分析計算結果，進行異常信息報警，能夠將異常信息自動通過電話語音或短信通知相關人員，實現預警報警、指揮調度與協同控制。

礦級平臺各功能模塊圍繞橫向協同、縱向管控進行鋪設，整合礦井各系統數據，為調度指揮人員提供一個數據綜合監控平臺，輔助調度指揮人員全面、迅速、準確地進行生產調度。從底層溯源原始數據，基于采集數據綜合分析提取價值信息和規律，其中基礎數據用于各子系統單模塊數據展示及進一步的數理統計類分析，再基于海量數據和各子系統的關聯關系、內部影響因素實現多子系統綜合分析，以及預測預警監控，最終實現全礦全局管控。

公司級平臺是以煤礦智能一體化管控平臺為基礎，基于.NET框架構建跨平臺、多終端的一體化管控平臺。平臺的集成模式是將礦端數據接入公司，然后基于此進行煤礦災害監測預警、安全態勢分析等功能的公司級呈現。除此之外，公司側的數據（配置）可遠程應用到礦上，實現公司側的統一運維管理。平臺功能架構圖如圖4所示。

4 結束語

本平臺利用工業互聯網模式，遵循國家能源集團統一規劃、監控數據標準體系，基于統一的技術底座，研發面向“公司-廠礦”兩級業務平臺，在公司、下屬煤礦及選煤廠部署應用，在各個專項智能化子系統支撐下，構建智能一體化管控平臺。可實現人與人、人與物、物與物之間的信息交換，系統間的橫向集成和縱向互通；運用數據挖掘、知識發現、專家系統等人工智能技術，實現生產調度指揮、安全警示、突發事件處理等決策支持；在控制技術方面，從手動干預、有人值守向自動控制無人值守方向發展；在安全管理方面，由被動的事后響應式管理向主動的事先預警與預控方向發展；在決策支持方面，從經驗決策向智能化決策方向發展。

參考文獻：

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