王 靜

（山西煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)信息系， 山西 太原 030002）

引言

隨著煤礦的持續(xù)開采，煤礦作業(yè)環(huán)境日益多變、惡劣，建設(shè)智慧礦山網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煤礦領(lǐng)域的自動(dòng)化、可視化、智慧化成為當(dāng)下的應(yīng)用熱點(diǎn)，目前智慧礦山網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已逐漸被應(yīng)用到煤礦的各個(gè)領(lǐng)域。而煤礦環(huán)境作為高危險(xiǎn)作業(yè)區(qū)域，現(xiàn)有的煤礦監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在實(shí)際使用過程中已暴露出了各類故障問題，已無法滿足當(dāng)今煤礦環(huán)境的高性能、高效率、高安全性要求，提高煤礦作業(yè)的生產(chǎn)效率和安全性，實(shí)現(xiàn)煤礦環(huán)境的智慧化監(jiān)控和控制，已成為目前各煤礦企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。通過對(duì)傳統(tǒng)礦山監(jiān)控系統(tǒng)及智慧礦山網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等方面進(jìn)行分析，在現(xiàn)有智慧礦山系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)及實(shí)施效果分析，希望為同類企業(yè)開展智慧礦山網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)研究提供一定參考[1]。

1 傳統(tǒng)礦山監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

結(jié)合煤礦環(huán)境現(xiàn)狀可知，國(guó)內(nèi)大部分煤礦企業(yè)都在煤礦安裝了具備各類功能的礦山監(jiān)控系統(tǒng)，可針對(duì)工作環(huán)境中的基本運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示及報(bào)警提示，由此提高了煤礦作業(yè)環(huán)境的安全性。但傳統(tǒng)的煤礦監(jiān)控系統(tǒng)在使用過程中仍存在較多問題，離智慧礦山監(jiān)控系統(tǒng)還存在一定差距。傳統(tǒng)的礦山監(jiān)控平臺(tái)一般功能均為簡(jiǎn)單地將視頻信號(hào)進(jìn)行接入顯示，通過矩陣鍵盤或配置軟件對(duì)大屏進(jìn)行操作，并在礦端的計(jì)算機(jī)中安裝有各系統(tǒng)的軟件，若想要顯示子系統(tǒng)圖像，則需將相應(yīng)子系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)的VGA信號(hào)接入大屏。在此種操作模式下，煤礦用戶監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)、通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)等各子系統(tǒng)均需單獨(dú)顯示，無法在同一個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)據(jù)整合、綜合呈現(xiàn)；并且大屏只能簡(jiǎn)單地顯示視頻信號(hào)，而諸如整個(gè)礦井的井田地形圖、礦井地質(zhì)剖面圖及水平切面圖等則無法高清呈現(xiàn)，大屏系統(tǒng)高清、大信息量顯示的能力也未充分體現(xiàn)。此外，信號(hào)切換也需要用專用軟件或矩陣鍵盤進(jìn)行，操作相對(duì)困難[2]。

2 智慧礦山網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)分析

基于傳統(tǒng)煤礦監(jiān)控平臺(tái)存在的不足，結(jié)合礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，與當(dāng)下物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，建設(shè)智慧礦山網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，并提供軟硬件平臺(tái)，可有效解決煤礦井下監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集中動(dòng)態(tài)顯示的問題。所謂智慧礦山網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是以礦山系統(tǒng)為原型，結(jié)合當(dāng)下的網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)技術(shù)，通過各種感知、信息傳輸與處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)礦山整體及相關(guān)場(chǎng)景的可視化、數(shù)字化及智慧化。通過該系統(tǒng)，可快速查看煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)作業(yè)畫面；查看煤礦企業(yè)內(nèi)部的工作通知、公告等相關(guān)信息；另外，通過系統(tǒng)中的瓦斯檢測(cè)監(jiān)控子系統(tǒng)能監(jiān)測(cè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及環(huán)境中的瓦斯?jié)舛惹闆r等。由此，所建立的智慧礦山網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，突破了傳統(tǒng)各分系統(tǒng)的信息壁壘，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)邏輯重組，豐富了煤礦領(lǐng)域的信息收集與傳遞功能，大大提高了煤礦環(huán)境的安全監(jiān)控。

霍爾辛赫煤礦智慧礦山系統(tǒng)主要是將多個(gè)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合集成，并設(shè)計(jì)了10個(gè)功能模塊，通過該系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)如下功能：查看煤礦企業(yè)內(nèi)部的工作通知、公告；查看煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)畫面；通過系統(tǒng)中的瓦斯檢測(cè)監(jiān)控子系統(tǒng)能監(jiān)測(cè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及環(huán)境中的瓦斯?jié)舛惹闆r；通過主井提升子系統(tǒng)能看到提升系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)；通過水泵子系統(tǒng)能看到相關(guān)設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)和實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程開?？刂啤Ａ硗?，通過該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)員工培訓(xùn)、學(xué)習(xí)，增強(qiáng)員工技能；還增加了黨企宣傳和企業(yè)事務(wù)建設(shè)的透明性。這兩項(xiàng)功能方便了煤礦生產(chǎn)過程中的辦公使用，提高了企業(yè)工作效率[3]。

3 智慧礦山網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總體優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

結(jié)合當(dāng)下物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺(tái)，所建設(shè)的智慧礦山網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要包括了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控、運(yùn)行環(huán)境監(jiān)控、人員定位、演示接待等應(yīng)用場(chǎng)景，其具體系統(tǒng)方案組成如圖1所示。該系統(tǒng)中的大屏顯示系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了各業(yè)務(wù)系統(tǒng)信息的綜合、關(guān)聯(lián)顯示，并充分發(fā)揮大屏高清顯示能力，能清晰顯示煤礦礦井細(xì)節(jié)、人員信息及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。而整體大屏顯控操作在一個(gè)終端上就可全部完成，簡(jiǎn)單易用。環(huán)境監(jiān)控是確保礦山安全的關(guān)鍵，包含對(duì)礦井下瓦斯、一氧化碳、水門及風(fēng)門、風(fēng)筒壓力等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。在環(huán)境監(jiān)控應(yīng)用場(chǎng)景中，以礦井地圖為顯示基礎(chǔ)，將各生產(chǎn)監(jiān)控子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、整合。在礦井地圖上點(diǎn)擊監(jiān)測(cè)點(diǎn)，該監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的人員信息、瓦斯信息、風(fēng)速溫度等圖文信息均可同時(shí)呈現(xiàn)，包括監(jiān)控視頻等視頻信息也可集中顯示。

圖1 智慧礦山系統(tǒng)集成架構(gòu)組成圖

該智慧礦山系統(tǒng)通過各分系統(tǒng)，可分別對(duì)煤礦井下的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過數(shù)據(jù)采集中心，將監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及關(guān)系數(shù)據(jù)傳遞至綜合自動(dòng)化發(fā)布平臺(tái)（如圖2所示）。該發(fā)布平臺(tái)連接煤礦監(jiān)控室、自主開發(fā)APP、微信等終端，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦環(huán)境中各類數(shù)據(jù)的采集、分析及監(jiān)控，具有統(tǒng)一管理性強(qiáng)、后期運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、操作方便等特點(diǎn)。其中，自主開發(fā)的APP憑借其自主控制性強(qiáng)、運(yùn)行費(fèi)用低、運(yùn)行效率高等優(yōu)勢(shì)，有效規(guī)避了后期外部平臺(tái)消失或不再提供較好服務(wù)而導(dǎo)致企業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)無法正常運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。因此，自主開發(fā)APP方式是智慧礦山建設(shè)的重要終端平臺(tái)，成為煤礦企業(yè)追逐的熱點(diǎn)[4]。

4 智慧礦山網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)施效果

智慧礦山網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建成后將基本實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)過程的自動(dòng)化、安全監(jiān)測(cè)數(shù)字化和生產(chǎn)管理信息化，建立礦級(jí)的集中控制云平臺(tái)，通過調(diào)度通訊、應(yīng)急廣播和調(diào)度大屏系統(tǒng)，使得地面和井下的信息溝通實(shí)現(xiàn)了“零距離”，提高事故預(yù)防和快速反應(yīng)能力，各子系統(tǒng)也將能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程集中化的監(jiān)控與管理。

圖2 智慧礦山網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總體優(yōu)化方案

1）減人效益：通過對(duì)河南永煤礦的人員調(diào)查可知，該煤礦通過采用智慧礦山網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)后，在煤礦生產(chǎn)、機(jī)電、通風(fēng)、皮帶等減少了約100個(gè)崗位，每年節(jié)約人工工資約1 000萬元左右。

2）節(jié)能效益：通過使用智慧礦山網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，各系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行效率顯著提高，煤礦企業(yè)的整體生產(chǎn)能力明顯增強(qiáng)，企業(yè)每年可節(jié)約電費(fèi)約500萬元左右。

3）增產(chǎn)效益：智慧礦山實(shí)施后，實(shí)現(xiàn)了對(duì)重要設(shè)備參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為設(shè)備檢修提供了科學(xué)依據(jù)，極大地減少停電范圍和時(shí)間，有效地避免了瓦斯積聚事故的發(fā)生。

4）管理效益：通過智慧礦山系統(tǒng)的故障遠(yuǎn)程視頻診斷系統(tǒng)，地面相關(guān)技術(shù)人員可通過手機(jī)上網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)查看，并及時(shí)作出對(duì)應(yīng)決策，從而降低了企業(yè)在此方面的經(jīng)濟(jì)投入，縮短了問題反映時(shí)間，提高了企業(yè)管理效率，有效解決了第一時(shí)間到達(dá)“現(xiàn)場(chǎng)”問題。

5 結(jié)語

智慧礦山網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)憑借其綜合顯示信息、智慧獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、準(zhǔn)確高效監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)等性能優(yōu)勢(shì)，有效解決了傳統(tǒng)的煤礦監(jiān)控平臺(tái)存在的問題，并在煤礦領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用和有效驗(yàn)證，證明了智慧礦山網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的必要性和可行性，對(duì)提高煤礦作業(yè)環(huán)境的安全性、降低企業(yè)生產(chǎn)成本具有重要作用，希望為煤礦企業(yè)有針對(duì)性地開發(fā)設(shè)計(jì)智慧礦山系統(tǒng)提供指導(dǎo)。