数字矿山管理平台设计方案

1、数字矿山在线管理平台设计湖南中大检测技术集团有限公司2019年6月27日目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 一、概述 4 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 研究背景 4 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 安全监测和管理现状分析 5 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 二、在线决策管理平台的开发 7 HYPERLINK l bookmark12 o Current Docum

2、ent 开发原则 7 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 方案设计 7 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 安全管理和危险预警系统 8逻辑架构 8 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 网络结构 9 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 功能结构 10 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 基于智能终端的安全检查 13 HYPERLINK l bookmark26

3、 o Current Document 矿山动态信息在线监测系统 16 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 设计思路 16 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 系统构成 16 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 数据采集子系统 17 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 数据传输子系统 19 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 安全信息子系统 19 HYPER

4、LINK l bookmark38 o Current Document 三维动态模拟矿井事故救援辅助决策系统 21 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 面向应急救援决策的虚拟建模 21 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document BIM 建模21 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 安全生产数据中心和综合网络平台 23 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 安全生产数据中心 23 HYPERLINK l book

5、mark48 o Current Document 网络系统 24 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 矿井综合自动化系统 24 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 集成功能（含扩展功能） 25 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 系统功能模块介绍 25 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 三、系统兼容性和共享性的研究 32 HYPERLINK l bookmark58 o Current Documen

6、t 软硬件系统的兼容性分析 32 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 软件系统数据共享问题 32 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 与市、省平台连接问题 32一、概述研究背景我国矿产资源总量丰富，已经探明的矿产资源占世界总额的20%左右。矿 业是我国基础工业的支柱，是国民经济的基础。目前我国正在处于社会结构形 态转变过程中，但对矿产资源的需要却并未减少。我国大大小小的矿山，有煤 矿，有铁、铜、金等金属矿为代表的非煤矿山，这些矿山遍布全国各地，由于 地质条件、基础设施、开采方法、管理制度以及工作人员

7、素质等原因，导致矿 山开采中安全形式非常严峻，每年我国矿山地质灾害时有发生，给社会稳定带 来了巨大影响。据统计调查，事故发生率排到第一位的是坍塌，接着分别是物 体打击、冒顶片帮和高处坠落，分别占事故总数的18.75%、17.9%、16.63%、 12.63%，死亡人数占到矿山总死亡人数的67%左右。事故发生类型详见图1所 示。坍塌物体打击中毒窒息车辆伤害透水火药爆炸瓦斯爆炸火灾冒顶片帮机械伤害淹溺-灼烫而处坠落其他伤害起重伤害容器爆炸放炮触电其他爆炸锅炉爆炸图1：事故类型发生率饼状图矿山开采的安全问题成为政府和矿山企业关注的重点，国家相关安全监管 单位也下达了相应要求。煤矿安全规程在2010年

8、对2004年版本的修订中， 将原来规定“高瓦斯矿井、煤（岩）与瓦斯突出矿井，必须装备矿井安全监控 系统”变成“所有矿井必须装备矿井安全监测系统”，其目的就是为了提高矿井 安全装备和管理水平，确保矿井安全生产。煤矿安全监控系统及检测仪器使用 管理规范也作了一些阐述，“建立和完善安全监控系统和井下瓦斯浓度、一氧 化碳浓度、温度、风速进行实时监控；地下采矿企业应建立视频监控系统以及 相对完整的升降系统，实现对井口调度室、启闭机室、加强人员进出井口、井 底、中段马头门等的视频监控；监控系统最基本的功能应有数据显示、传输、 存储、控制等”。2015年，湖南省国土资源厅和湖南省安全生产总局发布关 于加强矿

9、产资源开发管理促进安全生产有关问题的通知，明确要求切实加强安 全监管，规范开采规模。在2017年第4期湖南省非煤矿山安全上产督查通报中 指出各市县矿山安全监管能力较差，企业主体责任意识不强，安全隐患和问题 仍然存在。鉴于此，为了控制和预防矿山开采过程中各种地质灾害，保证资源安全、 高效的开采，保护矿山环境、实现矿业的可持续发展，湖南省建立矿山安全在 线管理系统势在必行，同时能形成良好的社会效益和经济效益。安全监测和管理现状分析矿山资源作为现代化社会赖以生存和发展的基础资源，是国民经济快速发 展的主要动力之一。众所周知，科技的发展速度与资源利用效率密切相关，一 般情况下，没有足够资源利用所产生的

10、动力就没有科技技术的进一步发挥作 用，而没有科技技术的支持，资源也不可能取得进一步的开采。随着国家经 济、科技的不断发展，对矿山的安全设备设施和科技投入大幅度增大。例如在 2007年，甘肃省花厅煤电股份公司安装SOS微震系统，并结合当地的地理环 境，成功预测和预警多次大大小小的冲击地压事件；目前即时信息监控、动态 安全预警，虚拟仿真等正在蓬勃发展，而这一切都依赖现在的“物联网”技 术。它是将各种设备的感应和识别装置通过互联网或者其他局域网络进行连 接，以达到物物、人物互联的状态，形成信息共享的智能网络。作为一个引领 第三次信息产业的新兴产业技术，物联网技术已经开始在各行各业得到广泛应 用，包括

11、在矿山“安全避险六大系统”中也大量应用了物联网技术。该技术在 非煤矿山的应用，使得人们对动态信息的监控和采集变得容易，对这些信息的 管理和应用就成为了迫切需要解决的问题。但是也存在一些问题，而目前矿山 的监测监控、人员定位等系统的软件都是由不同软件公司开发，普遍存在功能单一、互不兼容、信息不能共享等问题，急需要有一标准和规范；政府和企业 都缺乏行之有效的安全管理系统。二、在线决策管理平台的开发2.1 开发原则平台的开发研究主要遵循以下原则：（1）通用性原则通过平台应能方便快捷的安装，有良好的推广价值，能够像操作系统一样 随时安装在中矿山企业网络中，满足各种层次矿山企业的需求。（2）集成性原则在

12、满足通用平台需求的前提下，尽可能的结合现有的系统资源，做好资源 优化配置，做好整合工作，减少不必要的接口，同时尽量将设备整合为一体。（3）实用性原则通用平台要结合矿山实际情况，提供良好的人机交互界面，便捷的操作方 式、使矿山作业人员和各级管理人员经过简短的培训就能掌握要领。（4）良好的兼容性和数据共享性原则通用平台安装后不应和现有各种管理系统发生冲突，在数据方面能够相互 共享，以减少数据输入的数量，可以避免出现数据冲突的现象。同时考虑随着 信息和计算机技术的发展，平台还要在一个时期内适应未来新接口协议和兼容 性。方案设计基于物联网技术的矿山（含非煤矿山）安全决策管理平台是一个以信息化 和物联网

13、技术为基础，应用三维可视化虚拟仿真技术开发的通用信息平台，平 台上搭载基于物联网技术的地下矿山动态信息在线监测系统、非煤矿山安全管 理和危险预警系统、三维动态模拟矿井事故救援辅助决策系统；非煤矿山安全 管理和危险预警系统基于物联网技术的地下矿山动态信息在线监测系统，为三 维动态模拟矿井事故救援辅助决策系统提供数据支撑；基于物联网技术的地下 矿山动态信息在线监测系统为安全管理和危险预警系统提供实时数据预警。这 几大系统又分别由一系列子模块构成，它们既可以独立运行，又可以联合运 行，互相支撑，共享数据资源，该平台的总体架构如图2所示。应总救援决理支持第统人员动态宿息齐集九M器致器图2：决策管理平台

14、总体框架图（1）非煤矿山安全管理和危险预警系统以现有安全生产标准化系统为蓝 本，以实现安全信息工作的科学化、规范化、现代化以及前瞻性管理为目标， 具备对安全信息的采集、统计、分析、处理、传递和预警功能，是整个平台的 基础。系统具备安全信息的分级管理、控制能力，对已发生事故的分析与统计 能力，以及对危险源的辨识和潜在事故的预警预控能力。（2）矿山动态信息在线监测系统主要是针对矿山地面和井下温湿度、风 速、风质、氧气和有毒有害气体、粉尘等工作环境参数；风压、电流、电压等 设备设施参数；地压、涌水量等地质参数进行监测，主要是为安全管理和预警 系统提供原始数据，同时为应急救援辅助决策系统提供井下实时数

15、据，供决策 者参考。（3）三维动态模拟矿井事故救援辅助决策系统在三维矿山模型数据库的基 础上，利用矿山动态信息在线监测系统监测到数据及时掌握井下人员分布和实 时状态、灾害扩散状态；结合事故处置知识库，采用合理的算法确定井下各部 分人员的动态逃生路线。为应急决策者提供辅助信息。不仅能够在事故发生时 使用，还可在应急救援演练时使用，使用过程中还可对系统进行升级，提高可 操作性。安全管理和危险预警系统逻辑架构系统逻辑结构如图3所示，分为用户接口层、业务层、数据层和基础层， 并以信息安全保障体系和安全标准规范保障体系为支撑，涵盖了25个功能模 块。图3：系统逻辑示意图安全标准规范保障体系什总安全保障体

16、系2.3.2网络结构系统采用如图4所示的网络拓扑结构。ntemeE图4：网络拓扑结构图2.3.3功能结构系统包括企业资质安全生产组织保障员工安全档案管安全教育培训特种设备危险作业许可安全生产费用职业危害信息“三同时”信息安全卫生设备设施安全检查与隐患整改职业卫生健康风险管理与评价文件与资料安全生产法律法规作业现场安全系统管理评审风险抵押金应急信息事故管理与统计分析安全管理缺陷预警安全绩效安全文化管理系统维护具体结构见图5所示。安全信息管理和危险预瞥系统系统管理评T，作业现场与设备设航王通国均筑场管理风险管理与IT饰T 特种设备预警昔理王职业卫生健康管理，管理评审改进曲古-管理评中会说圮录4BI

17、S评审计划改K变化信息管理 任务观果信息 风障统计与分析 率大危险淞管现 院鳏辨识与评检1纠正与预防措施 丁事故腾思管理T安唉检查与瞪陶管理 * 至大院患管理1安全松重录入 - - 1安全检录入文ft耳哥科哲理风圈抵押会性理:向典伯星菅封i职业危击信息管理王安全生产费用管理千囿却摄批许可管理役需报废管理 -冏定密产清查 安标产品管理 土落全警示标志 土爆破镭材管耳 .消防材管理|-零件更摸佰息预算丁备备件信息顼警$捋和设备更换警个人的F用品员工健出档案7安委会会谀记录 厂记录借阅忏理文件精载管理 .文件发显管理n抵押金发放管理rr参与人员管理p联业危皆侑息清单F职业R生安全检看)瞅业危害信息收

18、明.安全兄录管理作非文件管理rr制度文件管理覆保险管理解计与分析全科技投入4午度：划管理生产贵用出也生产费用中很;许可济程普理，,许可作业审批，皆可作业申请图5：系统功能模块图12土 安全生产法律法规 |-声线考试管理而统-安全教育培训信息4- |-教育培稠信息 I-救育相训班号 加工安全档案管理C恃种作亚人员管坦. 员工基本信息管理 -+生产贡任状签7 不评优信息管理 干供过商与承包商 r员.参与信息2.3.4基于智能终端的安全检查基于智能移动终端的安全检查是政府监管部门或企业贯彻落实“安全第 一、预防为主、综合治理”方针的重要手段，同时也是发现安全隐患，堵塞安 全漏洞，强化安全管理的重要举

19、措。只有在安全检查中及时发现作业过程中人 的不安全行为、物的不安全状态、管理缺陷、环境缺陷，才能及时准确的整改 安全生产中的事故隐患，做到“防患于未然”。安全检查主要采用检查表方式， 但是由于安全检查项目繁多，检查人员专业知识有限，检查结果深度不一，为 隐患的定性定量分析带来了困难；同时一些检查人员疏忽职守，没有到现场进 行检查，使安全检查流于形式；同时对于检查到的隐患不能进行及时处理整 改，这些都使安全检查对事故的预知预防的功能大大削弱。为此，开发基于智能移动终端的安全检查系统，对提高企业安全管理水平 有着非常重要的现实意义。基于智能移动终端的安全检查系统利用智能手机、 平板电脑等便携式设备

20、，通过对现场设备设施、作业环境、现场作业人员的作 业行为安全状态的记录，检查结果通过无线网络实时的传输到服务器端。各级 领导根据检查结果，及时准确地下达隐患整改指令单，并跟踪执行效果，大大 提高安全检查和隐患整改的效率，可以避免出现以前安全检查中存在的虚假检 查结果问题；同时可以统计分析安全隐患，为各层领导提供安全管理依据，并 可以及时更新检查表库，使之适用不断变化的安全生产需求。移动智能终端可以采用自带系统为Android系统的智能手机、平板电脑等 各种便携式设备，整个系统采用B/S架构，与服务器上的安全检查信息处理模 块共同构成基于智能移动终端的安全检查系统。为了实现便携式终端和服务器 中

21、安全检查信息处理模块信息共享，两者采用了相同的数据库设计。智能终端 操作界面演示如图6、图7、图8、图9所示。图6：登录界面图7：检查表选择状起序号近百部鳍风淳矩第风通%葬风进国莅适用卤及天耳%群风进园乾道及遗属天#所好风进皿整项及进属玉并fi新稣凤进周延道袅谕氏王井明科风进园卷道及甜凤天井备注 拍照检百内容 大斜西道曲和爰泡井.I展含尢的工汴率 告中融马蚤门是否无於物.避免二次场空污染风通匚 百中出主罚断角是告用=进风笆室 TOC o 1-5 h z 务中因土芯是否无污染笄解风静的作业| |科展谓空辆晤独的油烟是否符合排加要取口进阿关安听面是否符合进血亚度|一|井下进风里道布置是否合理n*

22、。斗：口 T，图8：安全检查示意图图9：提交界面2.4矿山动态信息在线监测系统设计思路通过建立实时在线监测系统，实现对由于地应力集中与重分配所引起的冒 顶片帮、深部岩爆、地表塌陷、井下突水、大面积空区坍塌等地质灾害的监 测。在线动态安全预警的核心内容是根据在线采集的动态数据提前判断系统的 安全状态，对系统中的隐患进行主动防御，其最高目标是“防患于未然”。在线 动态安全预警系统主要由数据采集、信息处理、指标体系、预测评价等子系统 组成。数据采集子系统是安全预警的数据基础，所研究的预警系统涉及的数据主 要有两种，一种是根据动态在线监控系统采集的实时动态数据，一种是从安全 管理系统中共享的管理方面的

23、预警数据；信息处理子系统负责对采集到的信息 进行识别、分类、处理、存储；预警指标体系子系统主要完成指标的选取、指 标体系的建立、预警准则和预警阈值的确定；警报输出子系统主要完成预警对 象的选择，根据预警准则、选择预警方法模型，根据危险级别状态，进行报 警。系统构成系统有多个功能字系统组成，所有组成子系统通过标准化的服务接口调用 基础平台获得统一数据交换服务达到信息互通的目的。系统结构图见图10所 示。图10：系统框架桥图（1）数据采集子系统：利用各类传感器、高清摄像头等设备设施对井下人 员、设备、工程地质、环境参数进行采集；（2）数据传输子系统：由井下敷设有线、无线传输网络组成，能够将各种 监

24、测（检测）设备或传感器采集的数据上传到服务器和监控终端数据库；（3）安全信息管理子系统：主要是通过矿山地理信息系统将不同的监测信 息系统有效地集成在一起；（4）安全预警信息系统：将采集到的预警指标数据传输给在线动态安全预 警系统；（5）救援决策信息子系统：在井下事故发生或应急救援演练时从安全信息 管理系统中提取灾变情况下井下人员、设备设施工况、作业环境的实时参数， 为应急救援辅助决策系统提供即时信息保障。2.4.3数据采集子系统根据动态在线监控系统采集的实时动态数据主要包括矿山各种设备设施运 行参数、环境参数、岩土体应力应变状态、支护结构防护以及水环境等，这些 数据都是通过各种检测对象上面设置

25、的传感器采集后传输到计算机进行处理、 存储、分析的。由于井下空间有限，且有频繁的爆破、运输和装载作业，冒顶片帮事故时 有发生，加之存在高温、高湿、粉尘环境，导致有线网络面临很大的生存问 题，只能敷设在相对安全的主巷或者支护相对较好的区域，而经常有人员工作 的作业面却不能覆盖，造成监测盲区。同时由于无线网络结构相对比较灵活， 而且还具有多跳、自组织等众多优点，在恶劣环境下生存能力较强。因此可以 采用有线和无线结合的方式对井下的作业面等环境恶劣且容易产生网络盲区的 重点区域进行监测，从而达到网络全覆盖，和目前井下监测系统形成有效互 补。传感器的选型和其与移动终端的连接能实现一下功能：定位功能：在井

26、下敷设读卡器节点，通过人员或运输设备所携带的各种有 源或无源卡，利用定位技术对人员或运输设备等移动物体进行定位和跟踪。数据监测：在无线网络上搭接各类传感器，对工作环境（粉尘浓度、有毒 有害气体浓度、温度、湿度等环境参数）和设备运行状态（电流、电压等设备 参数）进行检测，能够连续实时动态的采集参数数据，通过分析及时发现环境 中的缺陷和设备的不安全状态。语音、视频监视：在无线网络上安装高清摄像头、移动电话等语音和视频 设备，对炸药库、中央变电所、水泵房等重点区域进行监视，能防止各类事故 的发生；同时可以通过语音通讯设备，组建矿山井下移动通讯网络。数据集成：有效集成应用层上各类监测系统采集到的数据，

27、为现有其他监 测系统提供开放的传输协议和友好的接入接口，将不同厂家和型号的设备集成 在一起。借助无线传感器网络，可以有效将图像、监测数据、语音等信息在动 态信息在线监测系统的传输层上统一传输，同时可以在矿山GIS上实时发布所 采集到的井下作业环境、设备工况、人员或移动设备位置等信息，并且通过组 态可以实时的显示监测数据以及对监测数据进行统计分析，使矿山井下各种信 息实现可视化监控功能。图11：数据采集子系统图2.4.4 数据传输子系统数据传输子系统主要解决的是数据传输问题，目前井下主要采用光纤等有 线方式敷设网络，但是受到井下潮湿、震动等恶劣环境的影响，生存能力有 限；加之作业面经常要采取爆破

28、方式进行采掘，采取有线敷设是不现实的，有 线网络敷设目前只是在主要大巷，在井下存在很多盲区。无线传输网络虽然灵 活、并且具有自修复性，但是仅仅在区域内有效，远距离传输是其目前尚难克 服的难题。这里采用无线、有线相结合的方式，取长补短，可以有效克服各自 缺点，构造有效的井下全覆盖网络，在很大程度上提高了矿山安全管理水平。2.4.5 安全信息子系统矿山井下环境、设备设施、人员等各类信息与所处的位置信息关系紧密， 同时又处于实时变化的动态过程，如何有效管理和分析整理这些数据对于矿山 安全管理的提高起决定性的作用。安全信息管理子系统就是在矿山地理信息的 基础上将这些不同监测系统采集、类型各不相同且形式

29、分散数据内容进行有效 集成，将全面统一的安全信息提供给矿山各级管理人员。该系统处理的信息主 要包括：矿山地理信息、环境信息、设备信息、人员和设备定位跟踪信息、语 音通讯和视频监控等信息。1、矿山地理信息应用测量、摄影与遥感等技术采集信息，并通过机助制图和图象处理等手 段，构建一个以三维坐标为主线的矿山安全地理信息模型（描述矿山中与安全 有关的重要信息，按三维坐标组织、存储起来，并提供有效、方便和三维可视 化的检索手段），对矿山有关安全的地理信息进行采集、存储、处理，实现对信 息的查询检索、综合分析、动态预测和评价、信息输出等功能。矿山安全地理信息在平台中主要是为在线监控、人员定位、调度指挥、危

30、 险预警与应急救援辅助决策等功能提供所需的数据支持。2、环境信息环境信息主要包括井下关键部位（作业工作面、炸药库、卷扬机房、水泵 房等人员易集中或作业地点）的作业环境信息。这些信息主要是依靠固定或便 携式传感器采集。采集到的数据经过分析处理，为安全预警系统提供数据基 础，同时在事故状态下为应急救援辅助系统提供实时环境参数。3、设备信息矿山设备信息监测结合相关嵌入式软件系统，不仅可以实时采集设备设施 的运行工况参数，还可以对设备设施进行故障诊断，必要时可以自动关闭或进 行简单的自我修复。设备信息主要包括井下运输、通风、排水、提升等设备设施的运行状态和 各类工况参数，发现问题及时报警，以保证各类生

31、产和辅助系统良好运行。4、人员、运输设备定位与跟踪人员、运输设备定位与跟踪对应急救援辅助决策具有不可替代的作用，一 旦井下发生事故或灾难，可在电脑上立刻查出事故地点的人员数量和事发后人 员的动态分布情况，考虑现场环境（查看瓦斯监测网）等多种因素，为及时组 织救援在极短的时间提供准确和科学可靠的决策依据。从而避免了传统人工方 式传递信息的低效率、不准确、救援的盲目性和冒险性，为有效地组织救援赢 得宝贵的生命时间，使灾难的危害降到最小。5、语音通讯通过工业以太网络将数字语音通信信号传输至广播控制器，广播控制器将 音频信号放大播放，并将音频信号通过音频屏蔽线传至其他本安型音箱或扩音 电话，同时在地面

32、可与调度通信系统或程控交换系统对接，利用部分电话线路 资源方便组网。6、视频监控用高清摄像头等视频设备对井下作业环境、设备工况、人员行为等进行实 时监视，及时发现事故隐患，同时可以进行录像，保存相关证据。同时在事故 状态下可以查看井下事故发展状态，结合语音通信可用于指挥救援，也为应急救援辅助决策系统提供必要的可视化参考。-L Tf=f-WE*E J MV-r Mt：-匚广口朝c广孑也-1-k Rttk-季上*Hr r_ TOfc鄢amgri- p 2 瞅图12：视频监测图三维动态模拟矿井事故救援辅助决策系统面向应急救援决策的虚拟建模建立虚拟矿山模型是实现矿山应急救援决策的基础，虚拟矿山模拟包括

33、矿 山的数学模型和几何模型，其中数学模型主要需要表征矿山的逻辑结构及巷道 的网络拓扑结构，几何模型则是矿山巷道、主要构造物的几何结构的数字化表 示。根据辅助决策系统的功能定位，系统的核心是矿山的通风系统、排水系统 的建模，这里以建立虚拟通风系统为例进行研究，虚拟矿山的建模主要针对巷 道模型的建立展开。系统采用面向对象的方法对矿山模型和矿山主要构造物建 立仿真模型。每个对象具有逻辑业务属性、几何属性，同时还具有图形表现 （可视化）属性。BIM 建模不同矿山具有不同标志性构造物（如主、副井塔架）、重要场所等。系统支 持用户自定义模型的加载，可以实现任意自定义模型的载入。实现可以采集实 际的构造物的

34、外观图片和几何尺寸数据，再用3DSMax等工具中创建该构造物的等比例三维模型，通过模型导出工具导出为系统支持的模型，在系统中设置 该模型的方位、朝向、缩放比例即可在系统中显示呈现，有利于用户快速浏览 定位。图13：斜坡道入口实拍和模型图图14：主井塔架实拍图和模型图图15：副井塔架实拍图和模型图图16：中央变电所模型图安全生产数据中心和综合网络平台安全生产数据中心利用云计算、大数据等新技术，基于国产设备和自主知识产权软件建设安 全生产数据中心，具体包括场地及其设施，数据管理云平台、数据存储、计算 分析等软硬件设备，实现安全生产数据的科学规划、统一存储、集中部署、集 约管理、高效应用和服务。依托

35、互联网，构建互联网数据分中心，通过云管理 平台实现逻辑上统一管理、互联互通，服务于互联网业务应用。通过建设数据中心，拓宽安全生产执法、应急救援和公共服务的渠道和手 段。为业务系统使用提供充足的计算分析能力，降低系统安装部署和运行成本；为全国安全生产形势分析、安全生产调度统计、应急决策、公共服务等提 供科学准确的数据服务；为安全生产信息化建设和应用模式创新，提升安全管 理工作效能提供充分的技术支撑保障。网络系统建设高速、稳定、可靠的自动化监控系统网络平台是实现矿井综合自动化 的基础，通过对安全生产现场、底层设备进行监测监控、实时数据传输，可以 有效的提升矿井的安全生产管理水平，从而进一步实现数字

36、化、智能化矿井。本方案自动化监控系统网络平台采用工业以太环网，环间耦合冗余两级网 络结构，在地面和井下分别建立1个环网平台，地面和井下环网分别由各自的 环网交换机与调度控制中心核心交换机连接，形成一个冗余工业千兆主干环形 网、百兆接入的技术方案。两台工业核心交换机组成Hiper-Ring环网，两个现 场环网基于双机Coupling冗余耦合技术接入两台工业核心交换机，组成全网一 致的整体冗余网络（任一单断点自愈时间快于50ms）。作为全矿工业以太网的 主干网，主干网络节点提供多种形式的接口方式，方便地面与井下各个子系统 的接入，同时方便井上下的工业网络的扩展与升级。图17 矿山数据通讯组网矿井综

37、合自动化系统从生产控制角度出发，需要一套稳定、可靠、实时性强、易操作的自动控 制系统；从安全生产角度出发，需要能够实时监测、提前发现隐患，及时预 警，实时异常通告的动态安全监测系统，综合自动化平台建立在监控数据库基 础之上，根据行业的特色，为管理者提供一个行之有效的规范化的作业管理程 序。综合自动化管控平台不只是把矿山各子系统进行堆砌，实现在某一台计算 机上看到各个子系统的数据这样的简单的功能。而是为了在将各个系统数据的 基础上建立一套集矿山生产自动控制、监测预警为一体的整体解决方案，真正 实现了矿山安全生产的“管控一体化”。集成功能（含扩展功能）矿井安全监控系统井下排水自动控制系统通风机在线

38、监控系统瓦斯抽放监控系统防灭火监控系统井下人员定位考勤管理系统束管监测系统井下胶带输送机监控系统提升监控系统锅炉房监控系统水处理监控系统压风机监控系统矿井供电监控系统工业电视系统调度大屏幕显示系统矿井IP移动通讯系统井下机车运输信集闭系统矿井调度电话系统矿井下防尘控制系统铁路站台信号系统瓦斯灾害预警系统日用消防泵房系统功能模块介绍自动化集成模块令实时数据采集与存储系统能采集存储生产过程的重要数据，以实现设备的数据管理和分 析。提供毫秒级的数据采集速度。采用高效的数据压缩算法可以大大 节约存储空间。令平台集中自动化控制在平台软件上通过管理权限，可对相应的自动化系统发送控制命令， 远程集中控制生产

39、设备，在具备条件的情况下可完全实现无人值守。令实时监控功能系统的每幅画面能显示过程变量的实时数据和设备运行的状态，这些 数据和状态能实时更新。显示的颜色或图形将随过程状态而变化。棒 状图和趋势图将能显示在任意一个画面的任何一个部位上。生产装置 的图片、工艺流程图、设备简图、单线图等都可以在终端显示出来， 每个画面都可包括字母数字字符和图形符号，通常采用可变化的颜 色、图形、闪烁表示过程变量的不同状态，所有过程变量的数值和状 态可动态刷新。操作员在此画面对有关过程变量实施操作和调整。功 能键和软开关的设置可在画面上任意位置，并可通过光标就对任何一 个过程进行操作。可显示所有的过程点，包括模拟量输

40、入、模拟量输 出、数字量输入、数字量输出、中间变量和计算值。图18 风机实时监控图19 排水系统实时监控全局概要显示从全局的角度浏览矿井运输、提升、通风、人员分布、供电情况的总 体展示。便于总调度人员使用。图20全局信息图查询报警模块令事件记录系统对所有涉及系统配置操作，对子系统实施控制的操作及一些重要 的操作，系统都自动进行完整的记录，包括：操作时间、操作者、事 件描述等。为系统的事故追查及重演提供重要的信息。令趋势显示趋势显示可以调用历史数据曲线，可在趋势图上切点观察任一时点的 值。图21 参数（曲线）查询令报警显示系统可按时间或者时间段统计查询报警个数，并按类别、等级等 条件查询。对于需

41、要报警的变量给出报警提示，以颜色闪烁或提示框 等方式直观的表现，并有专门的报警窗口可以查看历史报警；在条件 具备的情况下具有分级短信报警功能。令在线组态设计功能系统具备画面设计、动画连接、脚本编写等功能，还应具备对变量的 报警、趋势曲线组态等重要功能。联动控制模块令设备启停前的人机环境条件评估与联动矿井装备了综合自动化与信息化系统后，利用工业以太环网和无 线宽带平台，能将矿井的人、机、环境的各种主要参数实时传输到地 面监控中心，由平台软件进行综合分析处理、存储。各子系统机电设 备在启停前，将可首先充分利用各子系统获得的数据、语音、图像综 合信息，对诸如（皮带运输机电设备、排水设备、采掘设备、通

42、风设 备、运输设备、装载设备等）所处区域环境是否安全、井下人员是否 在安全位置、设备工况是否健康、该区域供电网是否正常、安全监控 设备是否工作正常等进行综合评估，一旦出现有一项不符合设备启动 条件的，电控系统将阻止皮带设备启动，并在地面软件和电控设备上 给出相应提示，待处理完毕后才能启动。同样，在异常境况下，需要 停止生产、让设备停运。但将不是传统技术由安全监控系统或电网监 控系统直接实现的断电，而是要先判断相关环节情况，是否适合立即 停止设备的条件。在满足条件的情况下将按照设备停运流程进行（而 不是直接切断设备电源，反而易造成新的安全隐患）。图22 人机环境联动控制生产设备之间运行的协调优化

43、联动各环节设备在运行过程中，将随时利用综合自动化系统提供的数 据，进行分析处理，来决定设备的启动时间、启动台数、运行时间、 切换时间等。如对于排水系统，可根据水位、用水量及电网负荷，以 避峰填谷原则开关生产用水系统水泵或主排水系统水泵。又如压风机 系统，可根据井下设备需求风量、管道风压等，来控制压风机开启台 数、切换时间等。再如对于矿井主通风系统，将实时监控矿井通风网 络及各分支风量，根据智能网络实时解算软件结果，并结合安全监控 系统所监测的环境参数如瓦斯浓度、CO浓度等，自动调节井下风 门、风窗通风等设施，以实现智能调节矿井通风系统。系统还可利用 综合自动化与信息化系统信息，实时分析各设备的

44、运行工况，按设备工况提示用户需要对设备进行那种类别的操作。比如：是否需要维 修，是否需要保养等。图23 排水联动控制令矿井在异常或事故状态下急救援指挥联动通过综合自动化系统平台的瓦斯灾害、火灾、水害等预警等模 块，结合安全监控系统信息，对矿井的重点区域，特别是采、掘工作 面区域进行环境安全评估，一旦出现有瓦斯异常、突出、自燃等安全 隐患，平台软件将在调度大屏幕上以异常信息窗等方式及时进行文 字、声音报警并启动应急预案，同时各子系统将根据事先编辑录入的 矿井异常预案库和联动控制逻辑库，激活机制，触发相应联动事件， 通过异常联动功能实现各系统间的联动控制，实现相应区域的设备断 电、停机或发送应急通

45、知等。如：区域瓦斯或CO超限时，将按流程 停止区域内所有机电设备（如局扇、综采综掘，水泵，机车运输架 线，皮带等；区域电网系统停电等。令异常情况视频监控联动当被监控设备出现故障前兆或相应地点发生异常情况时，综合自 动化信息化系统平台将根据所分析处理判断结果，将信息发送给视频 监控系统，视频监控系统将控制相应的全方位摄像头，监视相应的设 备故障部位或事故地点等。三、系统兼容性和共享性的研究软硬件系统的兼容性分析软硬件兼容性指的是各种硬件或软件系统相互的适应性和并存行。主要是 由于软硬件是由不同的开发公司或者制造商由于各自的标准和技术水平的不 同，或者是相互竞争的需求，使得生产的产品或开发的系统在

46、性能、技术、接 口等统或硬件设备，要使得每一种设备和子系统都能按需分配资源和正常通 信，是一个很难解决的问题，经常会造成这样或那样的让人摸不着头脑的“冲 突”问题。要想彻底解决硬件设备之间的兼容性问题，是不现实的。但是，对于某些 特定的硬件通信模块之间而言，对模块进行驱动模块化设计，使用合适的驱动 方式，结合系统的特性，解决这些硬件通信模块特定环境下的兼容性问题，是 会有很好的效果的。模块通过硬件通信驱动模块化设计，采用先进的通信模块 化驱动方式，可以提高系统的可兼容性和扩充性，克服在工业监控应用中，经 常性地所遇到的由众多生产厂家产品所带来的产品的兼容性问题。软件系统数据共享问题为了很好的解决各系统的数据共享问题，平台上搭接系统时主要采取方 式：（1）直接在平台上开发的系统，数据库直接共享；（2）开放性的外部系统，直接和该系统数据库进行数据交换；（3）半封闭式的外部系统，不便于直接数据库交换，可以采取直接向平台 提供关键数据的