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(tái)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

劉宏杰

摘要基于三維地理信息系統(tǒng)平臺(tái)，塔山煤礦設(shè)計(jì)建成了三維安全生產(chǎn)調(diào)度管理平臺(tái)，通過數(shù)字化、自動(dòng)化、動(dòng)態(tài)可視化等高科技監(jiān)測手段實(shí)現(xiàn)全礦生產(chǎn)環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測。該平臺(tái)在三維模擬場景的基礎(chǔ)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(yīng)急指揮等功能所需求的各類數(shù)據(jù)，通過對(duì)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(guān)鍵詞生產(chǎn)調(diào)度；三維平臺(tái)；信息化管理；數(shù)據(jù)集成

1　系統(tǒng)應(yīng)用背景

近幾年，隨著IT技術(shù)的發(fā)展和地理信息系統(tǒng)技術(shù)的逐漸走向成熟，三維地理信息技術(shù)發(fā)展非常迅速［1］。三維仿真技術(shù)逼真的現(xiàn)實(shí)場景模擬被各行業(yè)各領(lǐng)域以不同的用途和表現(xiàn)形式所推廣和應(yīng)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(chǔ)平臺(tái)的信息化調(diào)度指揮中心。在三維調(diào)度管理平臺(tái)建立之前，礦井調(diào)度指揮工作大多普遍存在三個(gè)方面的不足：（1）各類生產(chǎn)安全系統(tǒng)無序的實(shí)時(shí)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(shù)決策對(duì)海量數(shù)據(jù)篩選的需求。

同煤集團(tuán)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(shì)［2］和技術(shù)成果［3］，利用前期搭建的企業(yè)三維全息信息化平臺(tái)，設(shè)計(jì)出了三維安全生產(chǎn)調(diào)度管理平臺(tái)，通過數(shù)字化、自動(dòng)化、動(dòng)態(tài)可視化等高科技監(jiān)測手段實(shí)現(xiàn)全礦生產(chǎn)環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測，該平臺(tái)在三維模擬場景的基礎(chǔ)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(yīng)急指揮等功能所需求的各類數(shù)據(jù)，通過對(duì)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(shí)上傳下達(dá)，創(chuàng)新了企業(yè)生產(chǎn)管理流程。

2　三維平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1概述

塔山煤礦通過近兩年多的信息化建設(shè)，礦井總體信息化基礎(chǔ)平臺(tái)及基礎(chǔ)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(luò)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，集成生產(chǎn)安全相關(guān)各類數(shù)據(jù)的大型開放式數(shù)據(jù)庫平臺(tái)，現(xiàn)在面臨的重點(diǎn)工作是對(duì)建立起來的各系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行整合，對(duì)礦井生產(chǎn)安全相關(guān)聯(lián)的海量數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行整合利用，達(dá)到信息化輔助煤礦安全生產(chǎn)、高效綠色生產(chǎn)的目標(biāo)。

通過了解礦井生產(chǎn)調(diào)度指揮中心對(duì)于生產(chǎn)安全相關(guān)各類數(shù)據(jù)的篩選處理、直觀可視化展現(xiàn)等需求，為進(jìn)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(tái)的基礎(chǔ)上我們?cè)O(shè)計(jì)出了滿足調(diào)度指揮工作實(shí)際需求的三維安全生產(chǎn)調(diào)度管理平臺(tái)。全息化數(shù)字化礦山管理平臺(tái)是一種全新的礦山信息化管理技術(shù)手段，該平臺(tái)依托3D-GIS技術(shù)和虛擬仿真技術(shù)，通過構(gòu)建一體化的三維可視化平臺(tái)，將礦山地形地貌、地表設(shè)施、井巷工程、礦體圍巖等客觀空間構(gòu)造，在平臺(tái)系統(tǒng)中真實(shí)再現(xiàn)，同時(shí)將各類實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備信息、人員信息、管理信息等植入系統(tǒng)，構(gòu)建成能真實(shí)反映企業(yè)復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境和狀態(tài)的三維數(shù)字化礦山；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)企業(yè)不同層級(jí)、不同部門的業(yè)務(wù)需求，定制相應(yīng)的業(yè)務(wù)功能，為企業(yè)運(yùn)營管理提供可視化的信息支持。

該平臺(tái)將平時(shí)調(diào)度指揮工作相關(guān)的各系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行了有效篩選和整合，并且實(shí)現(xiàn)以三維模擬場景為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為核心的礦井所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)可視化展現(xiàn)，見圖1：

圖1系統(tǒng)平臺(tái)總圖

2.2三維安全生產(chǎn)調(diào)度管理平臺(tái)功能構(gòu)成

三維安全生產(chǎn)綜合調(diào)度管理平臺(tái)，集成了與礦井安全、生產(chǎn)相關(guān)的生產(chǎn)運(yùn)輸、人員定位、視頻監(jiān)控、通風(fēng)系統(tǒng)、監(jiān)測監(jiān)控、瓦斯抽采、制氮、排水、壓風(fēng)及語音廣播等重要系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息和數(shù)據(jù)，實(shí)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(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。平臺(tái)共分為三個(gè)部分：（1）場景部署：地面生產(chǎn)相關(guān)廠房建筑及鐵路運(yùn)銷、井下采掘工作面及主要運(yùn)輸通風(fēng)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(guān)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成及有效篩選，并且實(shí)現(xiàn)以三維模擬場景為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為核心的礦井所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)可視化展現(xiàn)；（3）信息發(fā)布：包含當(dāng)日、當(dāng)月全礦井產(chǎn)量、進(jìn)尺、洗選、外運(yùn)情況；礦井生產(chǎn)安全重要信息發(fā)布情況；通風(fēng)瓦斯、皮帶運(yùn)輸、采掘設(shè)備等重要參數(shù)的實(shí)時(shí)報(bào)警情況。

（1）場景部署

首先，以三維地理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，將全礦井安全生產(chǎn)各環(huán)節(jié)所涉及到的場景及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行三維建模。包括：采掘工作面、主要進(jìn)回風(fēng)巷道、各盤區(qū)風(fēng)井、主井房、原煤倉、煤炭洗選各環(huán)節(jié)相關(guān)廠房、精煤倉、運(yùn)銷鐵路系統(tǒng)等，如圖2所示。

圖2基礎(chǔ)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(tái)中，同時(shí)用不同的顏色進(jìn)行區(qū)分標(biāo)注，使整個(gè)平臺(tái)的基礎(chǔ)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(gè)部分是整個(gè)平臺(tái)的核心和落腳點(diǎn)，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(chǔ)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(jìn)行了篩選，然后將這些篩選好的實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)以三維模擬場景為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為核心的礦井所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀態(tài)的動(dòng)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(tái)至于調(diào)度指揮中心LPD大屏顯示，調(diào)度人員、公司值班領(lǐng)導(dǎo)利用這個(gè)平臺(tái)可以直觀清晰的看到整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)及詳細(xì)設(shè)備參數(shù)，包括綜采工作面機(jī)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(yùn)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(tái)可以實(shí)時(shí)顯示主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、瓦斯抽放系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、重要地點(diǎn)的瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)及風(fēng)速溫度等環(huán)境數(shù)據(jù)、主排水系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、重要場所的人員分布情況、輔助運(yùn)輸車輛運(yùn)行情況、主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)視頻攝像頭圖像等。

整個(gè)三維安全生產(chǎn)調(diào)度管理平臺(tái)共整合了包括綜采設(shè)備、皮帶運(yùn)輸、瓦斯監(jiān)測、主通風(fēng)［4］及壓風(fēng)、煤炭洗選、運(yùn)銷管理、瓦斯抽放、主排水、人員定位、輔助運(yùn)輸管理、視頻監(jiān)視等十一個(gè)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(duì)企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度管理進(jìn)行流程梳理，提升生產(chǎn)調(diào)度管理效率，實(shí)現(xiàn)流程再造。通過該平臺(tái)的設(shè)計(jì)及半年多的使用，整個(gè)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(fēng)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(tái)右側(cè)工具欄，用于對(duì)調(diào)度管理過程中了解分系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)時(shí)進(jìn)行查看，具體分為：

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

（3）信息發(fā)布

生產(chǎn)信息發(fā)布模塊及實(shí)時(shí)報(bào)警窗口，包含當(dāng)日、當(dāng)月全礦井產(chǎn)量、進(jìn)尺、洗選、外運(yùn)情況；礦井生產(chǎn)安全重要信息發(fā)布情況；通風(fēng)瓦斯、皮帶運(yùn)輸、采掘設(shè)備等重要參數(shù)的實(shí)時(shí)報(bào)警情況；以及當(dāng)前礦井入井人數(shù)、入井車數(shù)、精煤倉煤量、當(dāng)日隱患事故等信息，實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)安全信息及時(shí)披露，見圖5。

圖5生產(chǎn)信息發(fā)布窗口

實(shí)時(shí)報(bào)警窗口主要突出顯示瓦斯超限及斷線報(bào)警、皮帶運(yùn)行速度報(bào)警、采煤機(jī)截割速度報(bào)警、主要用風(fēng)地點(diǎn)的風(fēng)速報(bào)警等信息。

（3）平臺(tái)數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)

圖6數(shù)據(jù)流及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，依托綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、大型綜合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫平臺(tái)及井上下千兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)，三維調(diào)度指揮管理平臺(tái)可以很方便的篩選提取有用數(shù)據(jù)，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)三維場景的動(dòng)態(tài)展示，實(shí)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(yīng)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(tái)，將礦井重要數(shù)據(jù)采用三維動(dòng)態(tài)的方式進(jìn)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(dòng)和數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)分享，大幅提升生產(chǎn)調(diào)度管理運(yùn)行效率，增強(qiáng)了調(diào)度決策指揮能力。

平臺(tái)使用后應(yīng)用效果見表1：

表1三維安全生產(chǎn)調(diào)度管理平臺(tái)應(yīng)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(jìn)完善以適應(yīng)塔山煤礦的實(shí)際使用需求。與此同時(shí)，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(jìn)的云計(jì)算及大數(shù)據(jù)技術(shù)，為塔山煤礦搭建數(shù)據(jù)挖掘及決策支持平臺(tái)不斷摸索前行。

以三維地理平臺(tái)為基礎(chǔ)，以安全生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)為核心建立的三維安全生產(chǎn)調(diào)度管理平臺(tái)就是我們挖掘海量數(shù)據(jù)以服務(wù)礦井生產(chǎn)的一個(gè)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(tái)相結(jié)合，以三維動(dòng)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(tái)，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(xiàng)工作有序推進(jìn)，使生產(chǎn)相關(guān)資源配置更加及時(shí)合理，調(diào)度管理更加科學(xué)。

參考文獻(xiàn)

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劉宏杰男，1980年出生，山西萬榮人，本科?，F(xiàn)在同煤集團(tuán)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(shè)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(hào)TP391.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B

文章編號(hào)1000-4866（2016）02-0035-04