互聯網+煤礦安全”綜合平臺架構的構建

謝國雄 譚洪亮

摘 要：市場經濟的進步帶動了煤礦行業的快速發展，煤礦安全生產一直是煤礦開采中的重要問題，受到了企業的廣泛關注。但煤礦產業具有地質條件復雜、開采環境差等特點，露天開采的煤礦比較少，很多煤礦都要在井下作業。為了保證煤礦安全生產，要建立合理的信息化系統，對煤礦的開采、運輸、通風等進行控制，降低煤礦事故的發生，讓企業的經濟效益得到提升。本文對煤礦安全生產信息化建設的現狀進行了分析，探討了“互聯網+煤礦安全”綜合平臺架構的構建和應用，具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：互聯網+；煤礦安全；綜合平臺

中圖分類號：TD672 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）17-0000-00

為滿足國家對煤礦的大量需求，煤炭企業需要提升對煤礦開采的工作效率。但煤礦開采的環境非常復雜，露天開采的煤礦數量較少，大部分煤礦都深埋地下，需要架設礦井在地下開采。這需要建立開采、運輸、通風等多個系統協調配合完成開采任務，導致開采的成本較高、開采環境惡劣、易發生安全事故等問題。在2016年，全國發生煤礦事故249起，同比減少29.3%，死亡538人，同比下降10%，百萬噸死亡率為0.156，同比降低3.7%；2017年，全國發生煤礦事故219起，同比減少12%，死亡人數375人，同比下降28.7%，百萬噸死亡率為0.106，同比下降32.1%。雖然煤礦事故的發生已經得到一定的控制，但依然給人們的生命和財產安全帶來極大的威脅，因此要重視煤礦的安全生產。為了加強煤礦生產中的安全性，需要對傳統技術進行升級，構建“互聯網+煤礦安全”綜合平臺，讓煤礦的開采更加安全可靠，降低事故的發生。

1 煤礦安全生產信息化建設的現狀

煤炭行業為了提升安全生產，對信息化建設有了很大的進步。以以太網、局域網、工業軟件等作為基礎，對生產管理系統、安全生產監督系統、執法監督系統等進行初步建立，煤礦的安全生產提供了保障。生產管理系統能夠對生產調度、生產控制、質量管理、資產管理、材料管理、人員管理等進行有效控制；安全生產監督系統可以對井下作業進行監督，預防瓦斯爆炸、通風不暢、供水排水故障等問題。雖然煤炭行業在安全生產信息化建設中投入了大量的資源，但煤礦信息化依然存在許多問題。如：各系統相互獨立，數據和功能不能有效結合，給安全生產帶來隱患；生產、管理、安全、監督沒有充分融合在系統中，無法有效提供綜合性決策支持；檢測數據不夠全面，對監督和預警產生影響；信息系統的分析工具和表達形式不夠人性化。

2 “互聯網+煤礦安全”綜合平臺的架構

為了進一步提升煤礦安全生產，需要對煤礦信息化系統進行完善。在互聯網+環境下，可以采用新技術同煤礦生產相融合，構建“互聯網+煤礦安全”綜合平臺，實現合理調動生產、完善經營管理、防范安全事故等。

“互聯網+煤礦安全”綜合平臺的架構主要包含數據采集層、數據傳輸層、數據存儲層、應用服務層等，如圖1所示。

數據采集層利用傳感器技術、空間定位技術、RFID射頻識別技術等對地質環境、井下作業、設備運行、人員定位、危險因素等信息進行收集，信息既可以是結構化數據，也可以是圖像、視頻、音頻等。這些數據可分為環境類、地質類、設備類、人員類等。環境類數據包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氧氣、溫度、濕度、壓力、風速、水位、煙霧等；地質類數據包括地質結構、氣候變化、壓力分布、煤層分布等；設備類數據包括采煤設備、掘進設備、運輸設備、通風設備、排水設備、供電設備、救援設備、監控設備等；人員類數據包括：GPS定位系統、區域攝像頭、操作專員監控、通信聯絡等。

數據傳輸層是由服務器、路由器、交換機、線路等設備構成，可將數據采集層獲得的數據向上傳輸到數據存儲層中。在傳遞信息時，使用工業以太網、互聯網、無線網絡等進行信息交換，讓礦井內外的信息得到及時傳遞，對數據、圖片、視頻、音頻等進行傳輸。傳輸的數據包括結構化數據、半結構化數據、非結構化數據，通過不同的傳輸路徑輸送到數據存儲層中。

數據存儲層能夠接受從傳輸層傳來的各類數據，通過對數據的抽取、轉化等，清除數據中無效、冗余、錯誤的數據，留下對煤礦安全生產有用的數據。這些數據對存儲容量有很高的要求，同時需要足夠的帶寬進行傳輸。數據的處理可根據應用場景進行實時計算，對資源、算法沒有特別的要求，但需要實時、快速。云計算是一種按需供給范式的虛擬資源架構，性價比很高。這種計算方法能夠滿足計算、存儲、傳輸等能力的要求，在數據存儲層中得到有效使用。云計算能夠提供結構化和非結構化異構數據的集成，構成包含實時數據、歷史數據、決策支持模型庫、案例庫、規則庫、設備庫、應急庫、人員庫等的虛擬化數據資源池，給業務應用提供了有效的開發環境。

應用服務成能夠對數據進行處理，實現對事故預測、預警等，對各類安全因環境下識別，定位人員的位置并管控安全，不斷豐富模型庫和知識庫。應用服務層可以提數據中的關鍵詞，提取數據的現在特征，讓模型訓練的效果得到提升。將各類模型結果輸送到模型庫，可以對后續數據進行識別和監控，在表達截面實現數據的可視化。通過應用服務層，綜合平臺還能夠實現生產調度管理、材料管理、監督管理等功能，讓平臺的功能更加全面。

3 “互聯網+煤礦安全”綜合平臺的作用

“互聯網+煤礦安全”綜合平臺是為了實現對煤礦安全生產進行監督預警，因此在應用中到的作用就是提高對地質環境隱患的預警、對材料設備安全的預警，盡量減少安全事故的發生，降低企業的成本投入，讓企業獲得更高的經濟效益。

3.1 對地質環境類隱患的預警作用

在地質環境中存在很多隱患，如瓦斯爆炸、巖石突裂涌出、自燃、巷道坍塌等。為了預防這些地質環境中事故的發生，“互聯網+煤礦安全”綜合平臺會對地質環境進行預測預警。

瓦斯爆炸是非常嚴重的事故，一旦發生，將會造成重大的人員傷亡和財產損失。當礦井內瓦斯含量在5%～16%、氧氣含量在12%時，就會遇火爆炸。綜合平臺對瓦斯爆炸預警，通過實時監控礦井內瓦斯的濃度、氧氣的含量、通風設施、設備狀態等數據，找到適合礦井的瓦斯事故模型，當數據參數滿足條件后，平臺就會發出預警，避免發生事故。

瓦斯和煤突出是指煤和瓦斯在地質條件變動的情況下突然間大量涌出。當外力條件嚴重改變了采礦的環境，導致地應力和瓦斯壓力增加，就會壓迫煤巖和瓦斯猛然拋向采掘空間。礦井內會有溫度、聲響、瓦斯含量增加、煤塵增多等變化，這些都難以靠經驗進行辨別。“互聯網+煤礦安全”綜合平臺能夠對礦井巷道和周圍環境的溫度、壓力、應力、瓦斯濃度、煤塵等進行檢測，采集相應的數據，然后同事故模型進行對比。當發現條件滿足時，就會發出預警。

巷道坍塌是由于應力和壓力的作用，導致巖石發生斷裂、破碎，造成巷道壁塌陷。綜合平臺能夠對區域內的壓力、應力、溫度、地質支撐等數據進行監測采集，分析事故模型符合的條件，對坍塌事故進行預警。

綜合平臺可以預警透水事故。通過對環境內的濕度、水位、地質條件、壓力、周圍湖泊分布、降雨量等數據的采集，與透水事故模型進行對比，找出易發生透水事故的多發地段，提前預警，引導采掘工作的順利開展。

3.2 對材料設備類事故的預警作用

綜合平臺能夠對運輸事故進行預警。一般情況下，由于生產空間較小，且設備和物品堆放雜亂，給運輸帶來了影響，極易引發運輸事故。平臺通過對以往數據的分析，找出引發事故的因素，對運輸路徑進行合理規劃，讓整個運輸變得條理分明，這樣就能減少運輸事故的發生。

機電事故在煤礦生產中時有發生，有的是因異常工作狀態導致事故產生，有的則因設備維修而引發事故。系統平臺可通過對機電設備的功率、電壓、電流、溫度、轉速、開關、油耗等數據進行采集和分析，建立設備模型，模擬機電設備的工作狀態、故障原因等，給工作人員提供正確的操作指令，減少機電事故的發生。

人身安全是煤礦生產中最重要的問題，為防止人員意外事故的產生，綜合平臺通過定位系統、監控系統、三維空間仿真技術等對礦井工作人員進行定位和監控，隨時進行通信聯絡，避免出現意外事故。

4 結語

煤礦安全生產是煤礦企業的重中之重，必須要得到廣泛關注。“互聯網+煤礦安全”綜合平臺利用互聯網、云計算、智能技術、仿真技術等高科技，對煤礦的安全生產實現有效的預測預警，可以避免開采事故的發生，為煤礦企業增加了經濟效益。“互聯網+煤礦安全”綜合平臺講師煤礦安全生產的趨勢，在未來會有更大的推廣空間。

參考文獻

[1]崔融融.給予大數據分析時代的煤礦安全生產信息化建設分析[J].煙臺職業學院學報，2016，22（4）78-80.

[2]趙鵬杰.大數據時代下煤礦安全生產信息化建設[J].煤，2016，25（8）：25.

[3]何志強.在煤礦安全生產中物聯網、大數據技術的應用研究[J].電子世界，2015，（22）22-23.

[4]劉香蘭.煤礦安全生產大數據分析與管理平臺設計研究[J].煤炭工程，2017，（06）32-35.

收稿日期：2018-06-18

作者簡介：謝國雄（1979—），男，漢，湖南株洲人，本科，安全工程師，研究方向：煤礦安全；譚洪亮（1981—），男，漢，江西萍鄉人，本科，安全工程師，研究方向：煤礦安全。