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(fā)展現(xiàn)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(yè)有限責任公司智能化礦山建設總體規(guī)劃》思路，基于統(tǒng)一數(shù)據標準和工業(yè)互聯(lián)架構，綜合利用云計算、物聯(lián)網、大數(shù)據和數(shù)字孿生等先進技術，采用“云邊協(xié)同”部署模式，建設覆蓋安全、生產、調度和運營等業(yè)務領域的一體化綜合性管控平臺，實現(xiàn)全礦井監(jiān)、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(fā)展改革委等八部委聯(lián)合印發(fā)的《關于加快煤礦智能化發(fā)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(tǒng)、多功能融合的一體化平臺，實現(xiàn)煤礦產運銷業(yè)務協(xié)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(fā)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(xiàn)“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(yè)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(shù)字化轉型以促進企業(yè)高質量發(fā)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(huán)節(jié)上實現(xiàn)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(xiàn)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(zhàn)略規(guī)劃，寧煤公司制定了《寧夏煤業(yè)有限責任公司智能化礦山建設總體規(guī)劃》[6]，分析公司及下屬十余對礦井、數(shù)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(fā)展及安全協(xié)同高效生產的需要[7]。平臺利用物聯(lián)網、云計算、大數(shù)據分析等先進技術，采用軟件系統(tǒng)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(shù)據統(tǒng)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(xié)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(xiàn)一次開發(fā)、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(tǒng)一安全認證和統(tǒng)一運維體系，在下屬煤礦、洗煤廠云數(shù)據中心基礎上，構建煤礦級數(shù)據中心和煤礦級管控平臺，為煤礦及洗煤廠安全監(jiān)控與集中監(jiān)測提供信息化管理服務。在寧煤公司云數(shù)據中心，構建公司級煤礦智能一體化管控平臺，實現(xiàn)公司級安全生產監(jiān)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(fā)環(huán)境，依據生產工藝和業(yè)務流程需求，在數(shù)據中臺、業(yè)務中臺、技術中臺等PAAS平臺的支撐下，通過APP低代碼開發(fā)工具，快速搭建監(jiān)控類、控制類、管理類礦山APP軟件，具備快速重構業(yè)務能力[10]。通過在公司級煤科云工業(yè)互聯(lián)網平臺開發(fā)完成APP后，自動將模型下發(fā)到礦井煤礦云平臺，實現(xiàn)控制、應用及模型的下發(fā)。通過MK-IOT-UA數(shù)據采集共享同步軟件將礦端數(shù)據同步至公司端煤科云平臺，對災害監(jiān)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(fā)，從而實現(xiàn)云邊協(xié)同。

煤礦級智能一體化管控平臺以智能安全生產協(xié)同調度指揮為核心，構建生產集中監(jiān)控與安全集中監(jiān)測應用中心。遵循“統(tǒng)一技術架構、統(tǒng)一標準體系、統(tǒng)一安全認證、統(tǒng)一運維體系”，在礦端部署煤科云?；诿嚎圃芃K-IOT-UA，實現(xiàn)透明地質系統(tǒng)、智能采煤系統(tǒng)、智能掘進系統(tǒng)、智能通風系統(tǒng)、智能運輸系統(tǒng)和智能輔助系統(tǒng)等智能化專項系統(tǒng)數(shù)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(fā)電等固定場景的智能融合協(xié)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(jiān)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(jiān)測數(shù)據、預警指標與結果。以決策分析與協(xié)同調度指揮為主，在集成國能集團統(tǒng)建生產執(zhí)行管理、經營管理系統(tǒng)、決策分析數(shù)據，各煤礦、洗煤廠安全生產實施監(jiān)測數(shù)據、洗選安全生產填報的指標數(shù)據，基于智能化綜合管控平臺，構建智能生產監(jiān)督中心、安全態(tài)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(yè)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(xié)同與決策分析方面提供基礎數(shù)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(xié)同調度與指令下發(fā)。

2 平臺數(shù)據架構

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

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

數(shù)據存儲系統(tǒng)還具備數(shù)據質量管理、數(shù)據建模分析、數(shù)據訪問共享的能力。在數(shù)據質量管理上，遵循數(shù)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(shù)據質量模塊支持對業(yè)務指標和數(shù)據質量進行監(jiān)控，數(shù)據質量可檢驗，幫助用戶及時發(fā)現(xiàn)數(shù)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(shù)據，分階段有序地將數(shù)據質量控制規(guī)則落地。

3 平臺功能架構

平臺是以“安全監(jiān)控實時化，過程控制自動化”為目標，基于“工業(yè)以太環(huán)網+現(xiàn)場總線+無線”技術，平臺建立統(tǒng)一的系統(tǒng)接口標準，利用多種軟硬件接口（OPC UA、驅動、數(shù)據庫、平面文件、DDE/NETDDE、PLC和子網等），構建統(tǒng)一、穩(wěn)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(huán)節(jié)，進行多要素全流程的集中、協(xié)同、優(yōu)化控制與智能運行。具有煤礦大數(shù)據平臺，通過大數(shù)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(shù)據分析能力，根據業(yè)務需求構建識別模型、預測模型、控制模型和決策模型，實現(xiàn)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(jiān)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(xiàn)預警報警、指揮調度與協(xié)同控制。

礦級平臺各功能模塊圍繞橫向協(xié)同、縱向管控進行鋪設，整合礦井各系統(tǒng)數(shù)據，為調度指揮人員提供一個數(shù)據綜合監(jiān)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(shù)據，基于采集數(shù)據綜合分析提取價值信息和規(guī)律，其中基礎數(shù)據用于各子系統(tǒng)單模塊數(shù)據展示及進一步的數(shù)理統(tǒng)計類分析，再基于海量數(shù)據和各子系統(tǒng)的關聯(lián)關系、內部影響因素實現(xiàn)多子系統(tǒng)綜合分析，以及預測預警監(jiān)控，最終實現(xiàn)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(shù)據接入公司，然后基于此進行煤礦災害監(jiān)測預警、安全態(tài)勢分析等功能的公司級呈現(xiàn)。除此之外，公司側的數(shù)據（配置）可遠程應用到礦上，實現(xiàn)公司側的統(tǒng)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(yè)互聯(lián)網模式，遵循國家能源集團統(tǒng)一規(guī)劃、監(jiān)控數(shù)據標準體系，基于統(tǒng)一的技術底座，研發(fā)面向“公司-廠礦”兩級業(yè)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(tǒng)支撐下，構建智能一體化管控平臺?？蓪崿F(xiàn)人與人、人與物、物與物之間的信息交換，系統(tǒng)間的橫向集成和縱向互通；運用數(shù)據挖掘、知識發(fā)現(xiàn)、專家系統(tǒng)等人工智能技術，實現(xiàn)生產調度指揮、安全警示、突發(fā)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(fā)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(fā)展；在決策支持方面，從經驗決策向智能化決策方向發(fā)展。

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