有關煤礦智能化系統探索

＊李 鑫

（山西柳林金家莊煤業有限公司 山西 033300）

煤礦的智能化發展一直都是現階段能源行業的重點問題，尤其是在整體能源產業生產壓力不斷加大的環境下，利用信息技術營造自動化的管理模式，是煤礦企業未來發展的改革路徑。因此以技術分析法以及案例解析法作為主要方式，以提升煤礦智能化管理系統的運行質量為目的進行論述，解析了常規的系統結構以及技術體系，分析了具體的業務流程以及實踐方式，以此為當前的煤礦智能化系統升級和創新奠定基礎。

1.基礎理論及背景分析

在當前的人工智能化時代，以信息技術為基礎打造的智能化生產管理體系，已經與多種行業構建了關聯，這其中煤炭工業的發展往往依賴于信息技術。我國當前的煤礦智能化體系建設已經初步形成，并且逐步向著高端化方向前進。近些年國家以及相關機構也出臺了大量的政策和方案，確保煤礦的工業轉型能夠順利進行，并且實現技術體系的升級。

為了進一步增強文章論述的科學性和有效性，本文綜合山西省某煤礦智能化建設體系進行借鑒式分析。山西省積極地響應國家的號召，全面推進煤礦智能化以及自動化轉型。發展至2020年，該省的采煤機械化率已經高達96%，大量的輔助系統也向信息化以及智能化方向轉型，并且實現了100%目標完成率。以煤礦采煤工作面的智能化升級驗收為主的煤礦高達10處，利用綜合機械化進行改造的煤礦高達68處，有效改善了原有的煤礦作業環境，進一步提升了安全性以及生產效率。

這依賴于信息技術構建的綜合性管控系統，系統中涵蓋了大量的子結構，能夠有效滿足煤礦生產以及運行過程中的大部分業務需求。

另外，近些年，山西省及各市政府積極地推動信息技術與產業結構的融合，認為大數據技術、物聯網技術以及云計算技術，將作為新一代的信息技術產業代表性成果，成為全面推動社會發展的本質技術結構[1]。為此在全面推動實體經濟高質量發展的環境下，打造智慧能源管理體系，已經成為了煤炭產業的主要發展方向，而利用現代化的技術體系營造完善的業務平臺，有效破解傳統管理以及生產模式存在的問題，這是進一步增強現代化煤礦發展質量的主要戰略思想。

2.煤礦智能化生產管理平臺基礎結構分析

（1）用戶層架構。綜合當前的信息技術應用情況來看，構建智能管理平臺以及綜合應用系統，往往基于C/S架構以及B/S架構進行設置，本文所選擇案例的智能化平臺采用的是后者，從具體的結構角度來講，主要分為幾項結構體系，這也是最基礎的用戶層，將直接服務于煤礦生產以及運行過程中的主要結構，煤礦企業、運維服務機構、調度中心以及監管部門是維持煤礦良好運行和高質量發展的核心結構，利用互聯網技術將其進行關聯，并且打造完善的管理體系，能夠讓各職能充分發揮，營造完善的監督管理模式。

（2）應用層結構。應用層主要指的是整體智能化服務平臺，能夠為用戶提供的最基礎的應用服務，所對應的云架構為SaaS模式。這其中主要依托某“云上服務”體系，具有較強的數據儲存以及數據挖掘和分析能力，通過智能化系統進行故障檢測以及整體系統的定時維護，并且能夠為煤炭行業監管部門以及運維機構提供最常規的服務體系。

（3）支撐層結構。支撐層主要涵蓋云架構的IaaS層以及PaaS層。這二者主要提供虛擬服務，能夠將煤礦生產過程中大量的數據資源進行整合，通過虛擬化的軟件來打造虛擬資源池。其中所有的計算數據資源都存儲在資源層中，能夠直接為用戶提供數據資源導入、軟件開發、平臺管理等相關功能[2]。同時又可以結合不同的主題建立不同的數據庫，可以直接實現在線和離線的綜合計算。在這個過程中主要綜合前期錄入的大量安全管控標準以及故障檢測節點進行數據對比，通過虛擬數據的比對，能夠快速地分析煤礦運行系統以及生產系統中存在的缺陷，并且快速地進行體系調度，能夠有效提供具有時效性的智能化管理服務。

（4）采集層結構。采集層主要指的是直接深入到煤礦生產現場以及運行體系中的大量子系統以及硬件設備，它是常規的采集系統，涵蓋了煤礦生產期間的各個業務體系，能夠有效保障煤礦生產安全。依托于智能遙控設備以及監管設備進行數據采集，能夠及時定位煤礦生產以及管理過程中的大量信息，將這些信息通過實時傳輸的方式傳遞到云系統上，云端數據和網關數據進行結合，利用VPN加密單向傳輸的模式進行管理，能夠有效確保數據安全，同時也可以提升數據傳輸的時效性和安全性。總的來講，采集層的具體運行狀態將決定整體智能化運行系統的效率。

除此之外還需要打造標準的信息化管理規范體系，這就需要遵循國家針對煤礦安全生產以及煤礦運行過程中相關要求制定的標準作為基準，這樣能夠實現區域內的信息共享以及信息交換。另外以上幾個層次的基礎結構以及技術體系必須相輔相成，共同完成信息安全以及運行維護等相關服務。

3.煤礦智能化系統平臺建設的基礎技術

(1)云技術體系

在煤礦智能化管理平臺建設的過程中，要求所有的數據信息必須實時傳遞到云系統上，這時就需要云技術體系，其中涵蓋了大數據技術、智能硬件技術等相關技術結構，需要將所有的基礎信息落實統一編碼，結合數據運行的相關需求進行一次上傳，打造統一的智能化格式，并且利用礦端采集網關以及云端數據配置系統進行綜合管理。

本案例中則利用MQTT協議Gson數據來進行推送，能夠實現相關信息的實時上傳。首先礦端采集網關的MQTT推送數據需要進行相關信息測點編碼以及特點數值的統計，其次框端的調用，云端測點針對各個節點的數據信息進行API準確描述，確保能夠順利地獲得相關信息，然后云端后臺進行數據庫解密，將數據寫入數據庫中。在此基礎上還需要建立流媒體視頻管理平臺，主要聯動監管體系中的監控系統，能夠直接實現視頻流的推送以及拉流管理。確保相關監控畫面可以順暢無阻的播放。這種模式能夠有效減少帶寬推送的占用率，可以有效提升傳輸速度，增強安全性。

(2)智能故障監測技術

經過上述的數據寫入以及推送流程之后，運維服務平臺將接收到智能化運行系統提供的大量實時數據，并且針對這些數據進行前期的預處理，包括數據清洗、加工、分類以及儲存。然后將數據庫中提前存放的故障算法庫調取出來，結合傳輸的數據進行預值以及方差等相關計算結果的對比分析是否存在系統故障，若出現系統故障那么對比的結果會出現參數異常情況，這時智能化系統會快速的聯動預警體系，發出聲光報警。然后會將最終的對比結果發送到煤礦企業以及運維調度中心，供一線的生產體系快速地進行調整。

(3)SaaS云服務技術

該項服務技術主要是建立在SaaS模式的基礎上，能夠直接為各個主體提供高質量的云服務，用戶只要接入了互聯網，便可以及時地通過平臺來獲取相關功能。這種方式極為簡單便捷，不需要額外地在用戶端開發相關軟件，也不需要調取底層資源信息，便能夠實現對整體系統以及運行設備的實時狀態查看以及智能監管。

(4)安全維護技術體系

該項技術體系主要借助了當前較為常見的防火墻技術以及密鑰技術，能夠結合整體系統的運行，打造安全防護網絡，可以有效避免受到外界不正常手段的攻擊，也可以降低硬件設備的抗干擾能力，避免周邊環境（電磁、溫度、水分等）對系統造成干擾影響，不會出現數據損失以及數據亂碼等情況[3]。

4.煤礦網智能化系統基礎服務模塊

煤礦智能化系統主要服務于煤礦企業、運維調度中心、維護機構以及監管部門，因此相關的基礎服務模塊必須要滿足各方主體的實際運行需求，綜合來講，當前較為常見的服務體系，如圖1所示。

圖1 基礎服務模塊

（1）監測及故障分析。該模塊直接為運維服務平臺提供針對性的服務，在云平臺接收到了相關智能化數據信息之后，進行數據加工和數據處理，這時可以結合已經打造的故障診斷模型進行智能化對比，能夠將對比的結果發送到運維服務中心，結合運行系統的實際問題，制定針對性的診斷以及預警方案，這樣能夠為煤礦的智能化運行以及安全穩定發展提供良好基礎。

（2）企業服務模塊。該模塊主要應對煤礦企業的日常運營以及未來發展的相關業務，主要體現在傳統人工處理較為困難的報表分析以及運維分析領域。例如可以及時地進行系統表單的分期查看，了解運維報修和運維反饋的相關信息。另外在企業合作、運維評價、內部運維管理、財務結算、故障管控、設備周期管理中也有一定的應用價值。

（3）運營派單系統。整體的智能化系統平臺會結合運維機構的具體運行需求，合理地分布物資以及相關資源的運行情況，了解運維效率以及服務質量，然后結合調度人員的調度方案，自主制定并且推薦最優的運營派單體系[4]。這樣能夠及時地形成現場反饋、實踐、表單生成的閉環管理流程。從而進一步優化運維派單工作的效率和質量，進一步降低人工成本，提升系統管理有效性。

（4）人員及物資管理模塊。在常規的人員物資管理過程中，涵蓋了針對人員的基礎信息管理以及主要的物資管理。因此數據量較為龐大，同時類型較多，那么為了進一步增強管理質量，利用智能化服務系統，打造高質量的人員及物資管理模塊，能夠有效實現物資管理、申購、領用、出庫、報廢等相關信息統計。

（5）保障性服務系統模塊。保障性服務系統模塊則涉及到了整體系統中的運維機構服務系統、信息發布系統、培訓系統、指揮系統、監管系統以及后臺管理系統。這些系統模塊能夠有效實現細節性業務的統一管理，同時打造高質量的發展服務保障。例如通過線上線下相結合的方式進行信息發布以及理論傳遞，能夠有效杜絕原有管理模式下信息傳輸困難的現象；通過線上體系實現人員培訓，利用智能化的軟件設備打造數字化的培訓資料和培訓方式，可以有效增強培訓有效性；借助GIS可視化技術，打造智能監管體系和調度體系能夠及時地了解煤礦生產運行的現狀，快速地進行人員物資的定位，同時能夠實現綜合體系的監管、隱患報警以及實時視頻調取；后臺管理系統則可以提升整體系統的運行安全，同時能夠實現數據資源的檢索和備份，同時也可以更改相關權限，主要用于系統維護人員日常使用。

（6）終端App。終端App主要用于當前的移動辦公，不同的用戶可以享有不同版本的應用服務體系，能夠有效結合煤礦運行過程中的相關管理需求，選擇針對性的功能進行網上辦公，這種模式較為簡潔，能夠結合當前的移動終端設備進行高效的管理，具有較強的延展性特點以及便捷性特點[5]。同時也可以實現遠程操控以及相關申請，通過這種模式可以讓原有的智能管理系統向更加廣闊的空間進行拓展，從而增強煤礦運行管理的有效性也可以打造多元化的智能服務體系。

5.智能化系統平臺的具體業務流程

當前煤礦管理運行系統的業務較為復雜，但是建立在系統化平臺的基礎上，所有的業務流程都進行了標準化處理，能夠通過子系統進行故障上報，可以選擇人工上報以及系統上報這兩種類型，通過人工操作以及系統數據傳輸的方式，能夠快速分析整體設備以及系統運行期間存在的問題，落實好故障檢測。表單傳輸至相關部門之后，可以進行現場確認，能夠提升故障檢測的精準性和有效性，通過手持終端App可以及時地進行事件跟進程度的推送。這期間，所有的流程都可以通過網上進行辦理，能夠有效縮短時間，同時提升辦理的效率，各流程之間的相關細節信息，通過拍照、視頻以及文字的方式進行描述，能夠有效增強事件辦理的精準性。在所有流程完成之后，最終由客戶確認流程結束，便完成了一次業務辦理。

另外還可以依據系統的智能化管理，實現煤礦自主運維，在自主運維的模式下，主要有三種入口[6]。其一是在故障上報開始便可以進行自主維修，由運維人員及時進行跟進，填寫維修過程中的相關明細表單，最終提交訂單，最終結束自主運維流程。其二是在運維管理的新增運營路口進行自主維修，由運維人員持續進行跟進，最終結束訂單。其三便是通過手機終端App實現自主維修，這種模式往往應用在規模較小的業務流程中，能夠實現遠程操控以及外部監督。

綜合來講，所有的業務流程都依靠信息技術以及人力相結合的方式來完成，不僅提升了效率，也保證了質量和精準性，能夠有效增強當前煤礦運維體系的發展效率。

6.結束語

綜上所述，在當前的煤礦企業發展過程中，為了進一步增強煤礦生產以及運維的質量，必須要打造智能化的監管體系，這樣能夠有效解決煤礦數量眾多、位置分散、業務復雜的相關難題，同時也能夠為中小型煤礦企業的生產效率提升奠定基礎。依托智能云平臺，進一步打造完善的智能化監管體系以及技術系統營造高質量的服務模塊以及監管方式，不僅能夠進一步強化煤礦企業、運維服務機構、調度中心以及監理機構之間的聯系，還能夠為整體煤礦生產體系的高效運維提供穩定的發展保障，進一步促進煤礦智能化的全面發展，也可以推動數字能源體系的建設。