互联网+煤矿安全”综合平台架构的构建

谢国雄 谭洪亮

摘 要：市场经济的进步带动了煤矿行业的快速发展，煤矿安全生产一直是煤矿开采中的重要问题，受到了企业的广泛关注。但煤矿产业具有地质条件复杂、开采环境差等特点，露天开采的煤矿比较少，很多煤矿都要在井下作业。为了保证煤矿安全生产，要建立合理的信息化系统，对煤矿的开采、运输、通风等进行控制，降低煤矿事故的发生，让企业的经济效益得到提升。本文对煤矿安全生产信息化建设的现状进行了分析，探讨了“互联网+煤矿安全”综合平台架构的构建和应用，具有一定的借鉴意义。

关键词：互联网+；煤矿安全；综合平台

中图分类号：TD672 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）17-0000-00

为满足国家对煤矿的大量需求，煤炭企业需要提升对煤矿开采的工作效率。但煤矿开采的环境非常复杂，露天开采的煤矿数量较少，大部分煤矿都深埋地下，需要架设矿井在地下开采。这需要建立开采、运输、通风等多个系统协调配合完成开采任务，导致开采的成本较高、开采环境恶劣、易发生安全事故等问题。在2016年，全国发生煤矿事故249起，同比减少29.3%，死亡538人，同比下降10%，百万吨死亡率为0.156，同比降低3.7%；2017年，全国发生煤矿事故219起，同比减少12%，死亡人数375人，同比下降28.7%，百万吨死亡率为0.106，同比下降32.1%。虽然煤矿事故的发生已经得到一定的控制，但依然给人们的生命和财产安全带来极大的威胁，因此要重视煤矿的安全生产。为了加强煤矿生产中的安全性，需要对传统技术进行升级，构建“互联网+煤矿安全”综合平台，让煤矿的开采更加安全可靠，降低事故的发生。

1 煤矿安全生产信息化建设的现状

煤炭行业为了提升安全生产，对信息化建设有了很大的进步。以以太网、局域网、工业软件等作为基础，对生产管理系统、安全生产监督系统、执法监督系统等进行初步建立，煤矿的安全生产提供了保障。生产管理系统能够对生产调度、生产控制、质量管理、资产管理、材料管理、人员管理等进行有效控制；安全生产监督系统可以对井下作业进行监督，预防瓦斯爆炸、通风不畅、供水排水故障等问题。虽然煤炭行业在安全生产信息化建设中投入了大量的资源，但煤矿信息化依然存在许多问题。如：各系统相互独立，数据和功能不能有效结合，给安全生产带来隐患；生产、管理、安全、监督没有充分融合在系统中，无法有效提供综合性决策支持；检测数据不够全面，对监督和预警产生影响；信息系统的分析工具和表达形式不够人性化。

2 “互联网+煤矿安全”综合平台的架构

为了进一步提升煤矿安全生产，需要对煤矿信息化系统进行完善。在互联网+环境下，可以采用新技术同煤矿生产相融合，构建“互联网+煤矿安全”综合平台，实现合理调动生产、完善经营管理、防范安全事故等。

“互聯网+煤矿安全”综合平台的架构主要包含数据采集层、数据传输层、数据存储层、应用服务层等，如图1所示。

数据采集层利用传感器技术、空间定位技术、RFID射频识别技术等对地质环境、井下作业、设备运行、人员定位、危险因素等信息进行收集，信息既可以是结构化数据，也可以是图像、视频、音频等。这些数据可分为环境类、地质类、设备类、人员类等。环境类数据包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氧气、温度、湿度、压力、风速、水位、烟雾等；地质类数据包括地质结构、气候变化、压力分布、煤层分布等；设备类数据包括采煤设备、掘进设备、运输设备、通风设备、排水设备、供电设备、救援设备、监控设备等；人员类数据包括：GPS定位系统、区域摄像头、操作专员监控、通信联络等。

数据传输层是由服务器、路由器、交换机、线路等设备构成，可将数据采集层获得的数据向上传输到数据存储层中。在传递信息时，使用工业以太网、互联网、无线网络等进行信息交换，让矿井内外的信息得到及时传递，对数据、图片、视频、音频等进行传输。传输的数据包括结构化数据、半结构化数据、非结构化数据，通过不同的传输路径输送到数据存储层中。

数据存储层能够接受从传输层传来的各类数据，通过对数据的抽取、转化等，清除数据中无效、冗余、错误的数据，留下对煤矿安全生产有用的数据。这些数据对存储容量有很高的要求，同时需要足够的带宽进行传输。数据的处理可根据应用场景进行实时计算，对资源、算法没有特别的要求，但需要实时、快速。云计算是一种按需供给范式的虚拟资源架构，性价比很高。这种计算方法能够满足计算、存储、传输等能力的要求，在数据存储层中得到有效使用。云计算能够提供结构化和非结构化异构数据的集成，构成包含实时数据、历史数据、决策支持模型库、案例库、规则库、设备库、应急库、人员库等的虚拟化数据资源池，给业务应用提供了有效的开发环境。

应用服务成能够对数据进行处理，实现对事故预测、预警等，对各类安全因环境下识别，定位人员的位置并管控安全，不断丰富模型库和知识库。应用服务层可以提数据中的关键词，提取数据的现在特征，让模型训练的效果得到提升。将各类模型结果输送到模型库，可以对后续数据进行识别和监控，在表达截面实现数据的可视化。通过应用服务层，综合平台还能够实现生产调度管理、材料管理、监督管理等功能，让平台的功能更加全面。

3 “互联网+煤矿安全”综合平台的作用

“互联网+煤矿安全”综合平台是为了实现对煤矿安全生产进行监督预警，因此在应用中到的作用就是提高对地质环境隐患的预警、对材料设备安全的预警，尽量减少安全事故的发生，降低企业的成本投入，让企业获得更高的经济效益。

3.1 对地质环境类隐患的预警作用

在地质环境中存在很多隐患，如瓦斯爆炸、岩石突裂涌出、自燃、巷道坍塌等。为了预防这些地质环境中事故的发生，“互联网+煤矿安全”综合平台会对地质环境进行预测预警。

瓦斯爆炸是非常严重的事故，一旦发生，将会造成重大的人员伤亡和财产损失。当矿井内瓦斯含量在5%～16%、氧气含量在12%时，就会遇火爆炸。综合平台对瓦斯爆炸预警，通过实时监控矿井内瓦斯的浓度、氧气的含量、通风设施、设备状态等数据，找到适合矿井的瓦斯事故模型，当数据参数满足条件后，平台就会发出预警，避免发生事故。

瓦斯和煤突出是指煤和瓦斯在地质条件变动的情况下突然间大量涌出。当外力条件严重改变了采矿的环境，导致地应力和瓦斯压力增加，就会压迫煤岩和瓦斯猛然抛向采掘空间。矿井内会有温度、声响、瓦斯含量增加、煤尘增多等变化，这些都难以靠经验进行辨别。“互联网+煤矿安全”综合平台能够对矿井巷道和周围环境的温度、压力、应力、瓦斯浓度、煤尘等进行检测，采集相应的数据，然后同事故模型进行对比。当发现条件满足时，就会发出预警。

巷道坍塌是由于应力和压力的作用，导致岩石发生断裂、破碎，造成巷道壁塌陷。综合平台能够对区域内的压力、应力、温度、地质支撑等数据进行监测采集，分析事故模型符合的条件，对坍塌事故进行预警。

综合平台可以预警透水事故。通过对环境内的湿度、水位、地质条件、压力、周围湖泊分布、降雨量等数据的采集，与透水事故模型进行对比，找出易发生透水事故的多发地段，提前预警，引导采掘工作的顺利开展。

3.2 对材料设备类事故的预警作用

综合平台能够对运输事故进行预警。一般情况下，由于生产空间较小，且设备和物品堆放杂乱，给运输带来了影响，极易引发运输事故。平台通过对以往数据的分析，找出引发事故的因素，对运输路径进行合理规划，让整个运输变得条理分明，这样就能减少运输事故的发生。

机电事故在煤矿生产中时有发生，有的是因异常工作状态导致事故产生，有的则因设备维修而引发事故。系统平台可通过对机电设备的功率、电压、电流、温度、转速、开关、油耗等数据进行采集和分析，建立设备模型，模拟机电设备的工作状态、故障原因等，给工作人员提供正确的操作指令，减少机电事故的发生。

人身安全是煤矿生产中最重要的问题，为防止人员意外事故的产生，综合平台通过定位系统、监控系统、三维空间仿真技术等对矿井工作人员进行定位和监控，随时进行通信联络，避免出现意外事故。

4 结语

煤矿安全生产是煤矿企业的重中之重，必须要得到广泛关注。“互联网+煤矿安全”综合平台利用互联网、云计算、智能技术、仿真技术等高科技，对煤矿的安全生产实现有效的预测预警，可以避免开采事故的发生，为煤矿企业增加了经济效益。“互联网+煤矿安全”综合平台讲师煤矿安全生产的趋势，在未来会有更大的推广空间。

参考文献

[1]崔融融.给予大数据分析时代的煤矿安全生产信息化建设分析[J].烟台职业学院学报，2016，22（4）78-80.

[2]赵鹏杰.大数据时代下煤矿安全生产信息化建设[J].煤，2016，25（8）：25.

[3]何志強.在煤矿安全生产中物联网、大数据技术的应用研究[J].电子世界，2015，（22）22-23.

[4]刘香兰.煤矿安全生产大数据分析与管理平台设计研究[J].煤炭工程，2017，（06）32-35.

收稿日期：2018-06-18

作者简介：谢国雄（1979—），男，汉，湖南株洲人，本科，安全工程师，研究方向：煤矿安全；谭洪亮（1981—），男，汉，江西萍乡人，本科，安全工程师，研究方向：煤矿安全。