劉宏杰

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塔山煤礦三維安全生產(chǎn)調(diào)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(tǒng)平臺，塔山煤礦設計建成了三維安全生產(chǎn)調(diào)度管理平臺，通過數(shù)字化、自動化、動態(tài)可視化等高科技監(jiān)測手段實現(xiàn)全礦生產(chǎn)環(huán)節(jié)的動態(tài)實時監(jiān)測。該平臺在三維模擬場景的基礎上集成了生產(chǎn)調(diào)度指揮中心用于生產(chǎn)調(diào)度、安全調(diào)度、應急指揮等功能所需求的各類數(shù)據(jù)，通過對海量數(shù)據(jù)的有效篩選，調(diào)度人員可以有效處理生產(chǎn)安全各類問題，創(chuàng)新了企業(yè)生產(chǎn)管理流程。

關鍵詞生產(chǎn)調(diào)度；三維平臺；信息化管理；數(shù)據(jù)集成

1　系統(tǒng)應用背景

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

以煤炭行業(yè)為例，目前國內(nèi)大多數(shù)的現(xiàn)代化礦井都建立了以三維地理信息系統(tǒng)為基礎平臺的信息化調(diào)度指揮中心。在三維調(diào)度管理平臺建立之前，礦井調(diào)度指揮工作大多普遍存在三個方面的不足：（1）各類生產(chǎn)安全系統(tǒng)無序的實時數(shù)據(jù)難以有效傳遞；（2）生產(chǎn)監(jiān)控信息難以直觀可視化再現(xiàn)；（3）生產(chǎn)調(diào)度和技術決策對海量數(shù)據(jù)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(yè)三維地理信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢［2］和技術成果［3］，利用前期搭建的企業(yè)三維全息信息化平臺，設計出了三維安全生產(chǎn)調(diào)度管理平臺，通過數(shù)字化、自動化、動態(tài)可視化等高科技監(jiān)測手段實現(xiàn)全礦生產(chǎn)環(huán)節(jié)的動態(tài)實時監(jiān)測，該平臺在三維模擬場景的基礎上集成了生產(chǎn)調(diào)度指揮中心用于生產(chǎn)調(diào)度、安全調(diào)度、應急指揮等功能所需求的各類數(shù)據(jù)，通過對海量數(shù)據(jù)的有效篩選，調(diào)度人員可以有效處理生產(chǎn)安全各類問題，及時上傳下達，創(chuàng)新了企業(yè)生產(chǎn)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(shù)據(jù)已經(jīng)基本建立完畢，目前礦井建成了千兆環(huán)網(wǎng)輔以4G無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的基礎網(wǎng)絡平臺，集成生產(chǎn)安全相關各類數(shù)據(jù)的大型開放式數(shù)據(jù)庫平臺，現(xiàn)在面臨的重點工作是對建立起來的各系統(tǒng)平臺進行整合，對礦井生產(chǎn)安全相關聯(lián)的海量數(shù)據(jù)進行篩選，通過數(shù)據(jù)篩選、數(shù)據(jù)分析，將有用數(shù)據(jù)進行整合利用，達到信息化輔助煤礦安全生產(chǎn)、高效綠色生產(chǎn)的目標。

通過了解礦井生產(chǎn)調(diào)度指揮中心對于生產(chǎn)安全相關各類數(shù)據(jù)的篩選處理、直觀可視化展現(xiàn)等需求，為進一步提升現(xiàn)代化高產(chǎn)高效礦井安全生產(chǎn)調(diào)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(diào)度指揮工作實際需求的三維安全生產(chǎn)調(diào)度管理平臺。全息化數(shù)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(gòu)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(gòu)造，在平臺系統(tǒng)中真實再現(xiàn)，同時將各類實時監(jiān)控數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設備信息、人員信息、管理信息等植入系統(tǒng)，構(gòu)建成能真實反映企業(yè)復雜生產(chǎn)環(huán)境和狀態(tài)的三維數(shù)字化礦山；在此基礎上，根據(jù)企業(yè)不同層級、不同部門的業(yè)務需求，定制相應的業(yè)務功能，為企業(yè)運營管理提供可視化的信息支持。

該平臺將平時調(diào)度指揮工作相關的各系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)進行了有效篩選和整合，并且實現(xiàn)以三維模擬場景為基礎，以數(shù)據(jù)驅(qū)動為核心的礦井所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)實時生產(chǎn)狀態(tài)的動態(tài)可視化展現(xiàn)，見圖1：

圖1系統(tǒng)平臺總圖

2.2三維安全生產(chǎn)調(diào)度管理平臺功能構(gòu)成

三維安全生產(chǎn)綜合調(diào)度管理平臺，集成了與礦井安全、生產(chǎn)相關的生產(chǎn)運輸、人員定位、視頻監(jiān)控、通風系統(tǒng)、監(jiān)測監(jiān)控、瓦斯抽采、制氮、排水、壓風及語音廣播等重要系統(tǒng)的實時信息和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了有效數(shù)據(jù)篩選和管理模式的簡化，有效監(jiān)測管理礦井的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)。平臺共分為三個部分：（1）場景部署：地面生產(chǎn)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(qū)煤巖層分布等三維場景模擬；（2）數(shù)據(jù)集成：生產(chǎn)安全各相關實時數(shù)據(jù)集成及有效篩選，并且實現(xiàn)以三維模擬場景為基礎，以數(shù)據(jù)驅(qū)動為核心的礦井所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)實時生產(chǎn)狀態(tài)的動態(tài)可視化展現(xiàn)；（3）信息發(fā)布：包含當日、當月全礦井產(chǎn)量、進尺、洗選、外運情況；礦井生產(chǎn)安全重要信息發(fā)布情況；通風瓦斯、皮帶運輸、采掘設備等重要參數(shù)的實時報警情況。

（1）場景部署

首先，以三維地理系統(tǒng)為基礎，將全礦井安全生產(chǎn)各環(huán)節(jié)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(qū)風井、主井房、原煤倉、煤炭洗選各環(huán)節(jié)相關廠房、精煤倉、運銷鐵路系統(tǒng)等，如圖2所示。

圖2基礎場景部署

另外，還將礦井采區(qū)的煤巖層分布情況加入到了三維安全生產(chǎn)調(diào)度管理平臺中，同時用不同的顏色進行區(qū)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(shù)據(jù)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(jīng)搭建起來的大型開發(fā)式數(shù)據(jù)庫基礎數(shù)據(jù)池，再結(jié)合通用的OPC、Modus、Profibus等通訊協(xié)議，將礦井海量的安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行了篩選，然后將這些篩選好的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)加入到已經(jīng)搭建好的三維礦井模擬場景中，實現(xiàn)以三維模擬場景為基礎，以數(shù)據(jù)驅(qū)動為核心的礦井所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)實時生產(chǎn)狀態(tài)的動態(tài)可視化展現(xiàn)。

將搭建好的三維安全生產(chǎn)調(diào)度管理平臺至于調(diào)度指揮中心LPD大屏顯示，調(diào)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(chǎn)系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)及詳細設備參數(shù)，包括綜采工作面機組、前后刮板、順槽皮帶、盤區(qū)皮帶、主井皮帶、洗選環(huán)節(jié)、精煤倉煤位、運銷系統(tǒng)、火車裝車等生產(chǎn)流程全過程。

安全及輔助生產(chǎn)環(huán)節(jié)方面，該平臺可以實時顯示主通風機運行狀態(tài)、瓦斯抽放系統(tǒng)運行狀態(tài)、重要地點的瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)及風速溫度等環(huán)境數(shù)據(jù)、主排水系統(tǒng)運行狀態(tài)、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(chǎn)環(huán)節(jié)視頻攝像頭圖像等。

整個三維安全生產(chǎn)調(diào)度管理平臺共整合了包括綜采設備、皮帶運輸、瓦斯監(jiān)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(jiān)視等十一個大系統(tǒng)；并克服了制約礦井安全高效生產(chǎn)的信息滯后、數(shù)據(jù)篩選等問題，使用數(shù)字化、信息化、流程化手段對企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度管理進行流程梳理，提升生產(chǎn)調(diào)度管理效率，實現(xiàn)流程再造。通過該平臺的設計及半年多的使用，整個調(diào)度指揮中心安全生產(chǎn)調(diào)度管理工作效率有了質(zhì)的飛躍，見圖4。

圖4通風系統(tǒng)及瓦斯監(jiān)測

另外，根據(jù)調(diào)度指揮工作的需求，所有集成后的數(shù)據(jù)信息分系統(tǒng)列于平臺右側(cè)工具欄，用于對調(diào)度管理過程中了解分系統(tǒng)運行參數(shù)時進行查看，具體分為：

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

（3）信息發(fā)布

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

圖5生產(chǎn)信息發(fā)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(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)

圖6數(shù)據(jù)流及網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖

為實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集，依托綜合自動化系統(tǒng)、大型綜合實時數(shù)據(jù)庫平臺及井上下千兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)，三維調(diào)度指揮管理平臺可以很方便的篩選提取有用數(shù)據(jù)，通過實時數(shù)據(jù)驅(qū)動三維場景的動態(tài)展示，實現(xiàn)安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)的三維可視化，改變傳統(tǒng)調(diào)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(diào)度管理監(jiān)視平臺，將礦井重要數(shù)據(jù)采用三維動態(tài)的方式進行展示，徹底改變了生產(chǎn)調(diào)度管理人員數(shù)據(jù)信息獲取方式，通過各系統(tǒng)協(xié)調(diào)聯(lián)動和數(shù)據(jù)動態(tài)分享，大幅提升生產(chǎn)調(diào)度管理運行效率，增強了調(diào)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(chǎn)調(diào)度管理平臺應用效果

4　總結(jié)

近兩年礦井各專業(yè)類型的信息系統(tǒng)逐步建立投入使用，在使用的過程中這些系統(tǒng)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(yè)系統(tǒng)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(shù)據(jù)技術，為塔山煤礦搭建數(shù)據(jù)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(chǎn)相關數(shù)據(jù)為核心建立的三維安全生產(chǎn)調(diào)度管理平臺就是我們挖掘海量數(shù)據(jù)以服務礦井生產(chǎn)的一個創(chuàng)新嘗試。將全礦井信息數(shù)據(jù)池中的數(shù)據(jù)與三維平臺相結(jié)合，以三維動態(tài)數(shù)據(jù)展示的方式，建立起了三維安全生產(chǎn)調(diào)度管理平臺，大幅提高了生產(chǎn)調(diào)度管理效率，保證了礦井安全生產(chǎn)各項工作有序推進，使生產(chǎn)相關資源配置更加及時合理，調(diào)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(tǒng)的研究［J］.計算機仿真，2005（4）：280-282.

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

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

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

劉宏杰男，1980年出生，山西萬榮人，本科。現(xiàn)在同煤集團大唐塔山煤礦公司從事煤礦安全監(jiān)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