多系統融合的煤礦安全生產智能監控與診斷系統的研究與應用

李苗　鄧玲霞　張麗麗

摘 要：通過在實際生產中將斜巷軌道運輸和視頻監控系統、AI監控智能識別分析系統與應急系統、應急系統與4G+網絡診斷系統、安全共享平臺與其他系統之間相互融合，使煤礦智能化系統和設備互聯互通，達到遠程監控的智能化和準確化。

關鍵詞：智能識別;安全共享平臺;系統融合

中圖分類號：TD42 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）26-0074-03

The Research and Application of Intelligent Monitoring and Diagnosis System for Coal Mine Safety Production Based on Multi System Integration

LI Miao DENG Lingxia ZHANG Lili

（No. 8 Coal Mine of Pingdingshan Tian'an Coal Industry of China Pingmei Shenma Group， Pingdingshan Henan 467012）

Abstract： In this paper， through the integration of inclined roadway rail transportation and video monitoring system， AI monitoring intelligent identification and analysis system and emergency system， emergency system and 4G + network diagnosis system， and safety sharing platform and other systems in the actual production， the intelligent system and equipment of coal mine are interconnected to achieve the intelligence and accuracy of remote monitoring。

Keywords： intelligent identification;secure sharing platform;system? fuse

平煤股份八礦是我國自行設計和施工的第一座特大型礦井，始建于1966年10月，現設計年生產能力為405萬 t。隨著高產高效礦井的建設，煤礦生產設備智能化在安全生產過程中發揮著越來越重要的作用。設備的穩定可靠運行，對煤礦安全生產具有重要意義。但是，由于煤礦井下設備運行環境比較惡劣，設備會發生各種故障。因此，建設煤礦設備故障智能監控與診斷系統，是煤礦現代化發展的必然要求，也是加強煤礦安全生產管理、建設高產高效礦井以及提高礦井抗災能力的有效手段。

1 八礦生產設備使用現狀及智能化需求

目前，我國煤炭產業各種新技術、新設備不斷發展，并逐漸應用于礦井實際生產。這要求礦井要有更專業、更完善的煤礦安全生產設備和技術。但是，八礦目前的生產系統和設備面臨著系統運行反饋處理不嚴謹、特殊情況下系統與可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）之間存在傳值漏洞、視頻監控不能進行智能分析、系統預警功能較弱以及通信協議不一致等問題。

2 煤礦安全生產智能監控與診斷系統的融合

2.1 煤礦井下斜巷軌道與監控監測系統融合

斜巷運輸是礦井安全生產中的一個重要環節，也是在職業安全健康管理體系危害辨識、風險評價和風險控制中受控要素較多、較難管理控制的一部分，其最大危害是斜巷跑車事故[1]。針對八礦斜巷軌道的實地情況，集擴音電話通信系統、故障自動診斷和語音報警于一體的多融合系統可以從根本上解決斜巷跑車防護的問題。系統還通過采用PLC系統和雙中央處理機（Central Process-ing Unit，CPU）的方式，實現了絞車與斜巷跑車裝置之間故障診斷、語音報警和聯動控制的自動化功能。

多融合監控系統主要利用礦用本安型紅外熱釋電傳感器實施闖入監控。人體紅外熱釋電傳感器安裝于每個片盤口，當有人進入行車巷道片盤口時會被傳感器捕捉到，通過光纖傳輸將區域位置信息報警反饋到絞車房顯示器上，使絞車操作司機第一時間了解人員出現的位置和行走方向。此外，多融合監控系統還能及時通過語音聲光報警器發出警告，提醒違章人員立即離開行車巷道。

多系統融合的煤礦井下斜巷軌道聯動監測系統可在原有終端視頻監視軟件基礎上進行改造研發，不僅能夠實時跟蹤聯動視頻系統，而且能實現礦車運行軌跡、跑車防護裝置位置及絞車參數等數據信息的同時顯示。視頻圖像將隨斜巷軌道絞車的移動自動切換到軟件設置的觀看界面，針對性地對斜巷絞車的移動偵測制定三幅實時聯動畫面，并將多路視頻光信號導入監視器，與監視器內部的光接收模塊連接，待轉化為視頻電信號后進入井下防爆計算機，通過計算機內的組態軟件合成3路視頻圖像同時顯示在監視器上，如圖1所示。其中，左側大圖像為絞車正在運行的實時位置圖像，右側上部為絞車已經經過的位置實時監控圖像，右側下部為絞車即將經過的位置實時監控圖像。

2.2 煤礦井下AI監控智能識別分析與應急系統融合

此多系統融合設計的核心思想是集成視頻識別分析、工業聯動控制等功能，利用通用數字攝像儀、人工智能（Artificial Intelligence，AI）攝像儀、控制主機、專用圖形處理器（Graphics Processing Unit，GPU）服務器及遠程控制設備等，組成一個智能化、多功能、全天候的動態視頻智能識別系統，實現視頻機器視覺識別與工業控制相結合。這既能實現對人員行為的識別，也能實現對礦井環境及物品與設備狀態的識別，并能實現對運輸皮帶等主要生產設備的自動保護停機、智能調速控制操作[2]。

系統主要由主控計算機、專用GPU服務器、AI識別軟件平臺、礦用高清攝像儀、AI攝像儀、遠程聯動控制器和工業環網等部分組成。系統結構如圖2所示。

系統具備聯動控制功能，聯動規則可由用戶設定。根據規則，系統識別出異常后可以通過通信接口發出控制命令給第三方系統，實現對自動化系統、廣播通信系統等的聯動控制。

多系統融合的煤礦井下AI監控系統智能識別與分析功能能夠對各種不安全狀態、設備異常情況、環境不安全因素進行識別（如皮帶上的大塊矸石、錨桿等），并進行廣播告警;通過圖像抓拍等功能，還能夠精確識別計算出皮帶上的煤量，對皮帶的運量進行統計[3]。

2.3 應急系統與生產4G+網絡異常診斷系統融合

由于八礦工業環網已運行多年，不僅設備老舊率高，維護成本持續增加，而且面對日益提升的智能化礦山需求，原來單一的千兆環網已無法適應煤礦生產。多系統融合的萬兆環網的建立，把各個子系統有機結合起來，實現信息層結構中各層之間的信息溝通，增加各子系統之間的互聯性和可擴展性，充分滿足需求的成長空間，大大提高了系統的可擴展性、便維護性、可靠性和經濟性。

八礦工業環網由兩臺獨立運作的萬兆環網核心交換機組成，采用雙環網方式。各種布局網絡結構清晰，網絡層次分明。系統由核心交換機、地面環網交換機、井下環網交換機等組成。全網交換機連接均可適用于單、多模光纖，形成了統一簡潔的網絡管理模式。八礦工業環網拓撲圖見圖3。

4G+網絡系統井下本安型基站之間采用千兆以太網傳輸，基站可以就近接入工業以太環網，實現了4G+網絡與工業環網的完美融合[4]。目前，八礦地面礦區及井下已實現網絡全覆蓋，視頻監控系統、皮帶集控系統、泵房排水自動化等系統結合無線通信技術、移動互聯技術、多網融合技術，利用PLC控制設備、無線通信設備、視頻監控設備等進行各系統融合，形成區域4G+系統。4G+移動終端對采區內各系統的融合，達到了可移動遠程集中控制的目的，實現了多系統之間的互聯互通。此外，它實現了在移動終端顯示各系統的運行工況，可接收各類故障報警等，同時實現了井下集控數據、音頻、視頻與其他系統的聯動監控。

2.4 多系統融合下的安全生產信息共享平臺

多系統融合的安全生產信息共享平臺在智慧礦山標準規范體系的基礎上根據平煤神馬集團“一張圖”的管理理念，采用最新的空間信息、云計算、大數據、物聯網及移動互聯網等技術，構建安全生產管理地理信息系統（Geo-graphic Information System，GIS）“一張圖”共享服務平臺，為安全生產運營管理提供空間數據和業務數據的集成與應用服務。安全信息共享平臺如圖4所示。

多系統融合的安全生產信息共享平臺具有多種終端發布方式，可實現PC端、手機App端及井下防爆手機端等多方運行環境，為智能化礦山辦公服務提供必備條件。

3 結語

多系統融合的煤礦安全生產智能監控與診斷系統將新一代信息技術充分運用在煤炭企業的管理和生產活動中，充分發掘和利用企業信息資源，實現生產安全可控乃至個性化的實時監測、定位追溯、報警聯動、調度指揮、預案管理、遠程控制、安全防范、遠程維護、決策支持等功能，實現對煤礦生產的高效、節能、安全、環保的“管、控、營”一體化[5]。建立智能化礦山既可以實現安全管理的數字化，為打造本質安全型礦井提供信息保障，也可以實現生產管理的精細化，為打造高產高效礦井提供決策手段。

參考文獻：

[1]杜春暉.基于多技術融合的煤礦井下采掘運輸設備防碰撞系統[J].煤炭學報，2020（增刊2）：1060-1068.

[2]張冰倩.基于數據融合技術的煤礦安全監控系統研究[D].阜新：遼寧工程技術大學，2013：43-44.

[3]尹方洲，顧野，李威.基于數據融合技術的煤礦井下安全監控系統研究[J].煤炭與化工，2017（4）：97-99.

[4]李繼軍.4G網絡在大柳塔煤礦井下的應用[J].陜西煤炭，2020（5）：184-188.

[5]齊笑笑，郭佑民，齊金平.煤礦井下安全監控多系統融合方法研究[J].工礦自動化，2018（12）：9-13.

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