多系統(tǒng)融合的煤礦安全生產(chǎn)智能監(jiān)控與診斷系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

李苗　鄧玲霞　張麗麗

摘 要：通過在實際生產(chǎn)中將斜巷軌道運(yùn)輸和視頻監(jiān)控系統(tǒng)、AI監(jiān)控智能識別分析系統(tǒng)與應(yīng)急系統(tǒng)、應(yīng)急系統(tǒng)與4G+網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)、安全共享平臺與其他系統(tǒng)之間相互融合，使煤礦智能化系統(tǒng)和設(shè)備互聯(lián)互通，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的智能化和準(zhǔn)確化。

關(guān)鍵詞：智能識別;安全共享平臺;系統(tǒng)融合

中圖分類號：TD42 文獻(xiàn)標(biāo)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(shè)計和施工的第一座特大型礦井，始建于1966年10月，現(xiàn)設(shè)計年生產(chǎn)能力為405萬 t。隨著高產(chǎn)高效礦井的建設(shè)，煤礦生產(chǎn)設(shè)備智能化在安全生產(chǎn)過程中發(fā)揮著越來越重要的作用。設(shè)備的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，對煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。但是，由于煤礦井下設(shè)備運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，設(shè)備會發(fā)生各種故障。因此，建設(shè)煤礦設(shè)備故障智能監(jiān)控與診斷系統(tǒng)，是煤礦現(xiàn)代化發(fā)展的必然要求，也是加強(qiáng)煤礦安全生產(chǎn)管理、建設(shè)高產(chǎn)高效礦井以及提高礦井抗災(zāi)能力的有效手段。

1 八礦生產(chǎn)設(shè)備使用現(xiàn)狀及智能化需求

目前，我國煤炭產(chǎn)業(yè)各種新技術(shù)、新設(shè)備不斷發(fā)展，并逐漸應(yīng)用于礦井實際生產(chǎn)。這要求礦井要有更專業(yè)、更完善的煤礦安全生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)。但是，八礦目前的生產(chǎn)系統(tǒng)和設(shè)備面臨著系統(tǒng)運(yùn)行反饋處理不嚴(yán)謹(jǐn)、特殊情況下系統(tǒng)與可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）之間存在傳值漏洞、視頻監(jiān)控不能進(jìn)行智能分析、系統(tǒng)預(yù)警功能較弱以及通信協(xié)議不一致等問題。

2 煤礦安全生產(chǎn)智能監(jiān)控與診斷系統(tǒng)的融合

2.1 煤礦井下斜巷軌道與監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)融合

斜巷運(yùn)輸是礦井安全生產(chǎn)中的一個重要環(huán)節(jié)，也是在職業(yè)安全健康管理體系危害辨識、風(fēng)險評價和風(fēng)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(kuò)音電話通信系統(tǒng)、故障自動診斷和語音報警于一體的多融合系統(tǒng)可以從根本上解決斜巷跑車防護(hù)的問題。系統(tǒng)還通過采用PLC系統(tǒng)和雙中央處理機(jī)（Central Process-ing Unit，CPU）的方式，實現(xiàn)了絞車與斜巷跑車裝置之間故障診斷、語音報警和聯(lián)動控制的自動化功能。

多融合監(jiān)控系統(tǒng)主要利用礦用本安型紅外熱釋電傳感器實施闖入監(jiān)控。人體紅外熱釋電傳感器安裝于每個片盤口，當(dāng)有人進(jìn)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(qū)域位置信息報警反饋到絞車房顯示器上，使絞車操作司機(jī)第一時間了解人員出現(xiàn)的位置和行走方向。此外，多融合監(jiān)控系統(tǒng)還能及時通過語音聲光報警器發(fā)出警告，提醒違章人員立即離開行車巷道。

多系統(tǒng)融合的煤礦井下斜巷軌道聯(lián)動監(jiān)測系統(tǒng)可在原有終端視頻監(jiān)視軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行改造研發(fā)，不僅能夠?qū)崟r跟蹤聯(lián)動視頻系統(tǒng)，而且能實現(xiàn)礦車運(yùn)行軌跡、跑車防護(hù)裝置位置及絞車參數(shù)等數(shù)據(jù)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(shè)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(lián)動畫面，并將多路視頻光信號導(dǎo)入監(jiān)視器，與監(jiān)視器內(nèi)部的光接收模塊連接，待轉(zhuǎn)化為視頻電信號后進(jìn)入井下防爆計算機(jī)，通過計算機(jī)內(nèi)的組態(tài)軟件合成3路視頻圖像同時顯示在監(jiān)視器上，如圖1所示。其中，左側(cè)大圖像為絞車正在運(yùn)行的實時位置圖像，右側(cè)上部為絞車已經(jīng)經(jīng)過的位置實時監(jiān)控圖像，右側(cè)下部為絞車即將經(jīng)過的位置實時監(jiān)控圖像。

2.2 煤礦井下AI監(jiān)控智能識別分析與應(yīng)急系統(tǒng)融合

此多系統(tǒng)融合設(shè)計的核心思想是集成視頻識別分析、工業(yè)聯(lián)動控制等功能，利用通用數(shù)字?jǐn)z像儀、人工智能（Artificial Intelligence，AI）攝像儀、控制主機(jī)、專用圖形處理器（Graphics Processing Unit，GPU）服務(wù)器及遠(yuǎn)程控制設(shè)備等，組成一個智能化、多功能、全天候的動態(tài)視頻智能識別系統(tǒng)，實現(xiàn)視頻機(jī)器視覺識別與工業(yè)控制相結(jié)合。這既能實現(xiàn)對人員行為的識別，也能實現(xiàn)對礦井環(huán)境及物品與設(shè)備狀態(tài)的識別，并能實現(xiàn)對運(yùn)輸皮帶等主要生產(chǎn)設(shè)備的自動保護(hù)停機(jī)、智能調(diào)速控制操作[2]。

系統(tǒng)主要由主控計算機(jī)、專用GPU服務(wù)器、AI識別軟件平臺、礦用高清攝像儀、AI攝像儀、遠(yuǎn)程聯(lián)動控制器和工業(yè)環(huán)網(wǎng)等部分組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

系統(tǒng)具備聯(lián)動控制功能，聯(lián)動規(guī)則可由用戶設(shè)定。根據(jù)規(guī)則，系統(tǒng)識別出異常后可以通過通信接口發(fā)出控制命令給第三方系統(tǒng)，實現(xiàn)對自動化系統(tǒng)、廣播通信系統(tǒng)等的聯(lián)動控制。

多系統(tǒng)融合的煤礦井下AI監(jiān)控系統(tǒng)智能識別與分析功能能夠?qū)Ω鞣N不安全狀態(tài)、設(shè)備異常情況、環(huán)境不安全因素進(jìn)行識別（如皮帶上的大塊矸石、錨桿等），并進(jìn)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(yùn)量進(jìn)行統(tǒng)計[3]。

2.3 應(yīng)急系統(tǒng)與生產(chǎn)4G+網(wǎng)絡(luò)異常診斷系統(tǒng)融合

由于八礦工業(yè)環(huán)網(wǎng)已運(yùn)行多年，不僅設(shè)備老舊率高，維護(hù)成本持續(xù)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(huán)網(wǎng)已無法適應(yīng)煤礦生產(chǎn)。多系統(tǒng)融合的萬兆環(huán)網(wǎng)的建立，把各個子系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來，實現(xiàn)信息層結(jié)構(gòu)中各層之間的信息溝通，增加各子系統(tǒng)之間的互聯(lián)性和可擴(kuò)展性，充分滿足需求的成長空間，大大提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、便維護(hù)性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

八礦工業(yè)環(huán)網(wǎng)由兩臺獨立運(yùn)作的萬兆環(huán)網(wǎng)核心交換機(jī)組成，采用雙環(huán)網(wǎng)方式。各種布局網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰，網(wǎng)絡(luò)層次分明。系統(tǒng)由核心交換機(jī)、地面環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、井下環(huán)網(wǎng)交換機(jī)等組成。全網(wǎng)交換機(jī)連接均可適用于單、多模光纖，形成了統(tǒng)一簡潔的網(wǎng)絡(luò)管理模式。八礦工業(yè)環(huán)網(wǎng)拓?fù)鋱D見圖3。

4G+網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)井下本安型基站之間采用千兆以太網(wǎng)傳輸，基站可以就近接入工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)了4G+網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)環(huán)網(wǎng)的完美融合[4]。目前，八礦地面礦區(qū)及井下已實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，視頻監(jiān)控系統(tǒng)、皮帶集控系統(tǒng)、泵房排水自動化等系統(tǒng)結(jié)合無線通信技術(shù)、移動互聯(lián)技術(shù)、多網(wǎng)融合技術(shù)，利用PLC控制設(shè)備、無線通信設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備等進(jìn)行各系統(tǒng)融合，形成區(qū)域4G+系統(tǒng)。4G+移動終端對采區(qū)內(nèi)各系統(tǒng)的融合，達(dá)到了可移動遠(yuǎn)程集中控制的目的，實現(xiàn)了多系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通。此外，它實現(xiàn)了在移動終端顯示各系統(tǒng)的運(yùn)行工況，可接收各類故障報警等，同時實現(xiàn)了井下集控數(shù)據(jù)、音頻、視頻與其他系統(tǒng)的聯(lián)動監(jiān)控。

2.4 多系統(tǒng)融合下的安全生產(chǎn)信息共享平臺

多系統(tǒng)融合的安全生產(chǎn)信息共享平臺在智慧礦山標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系的基礎(chǔ)上根據(jù)平煤神馬集團(tuán)“一張圖”的管理理念，采用最新的空間信息、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)及移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，構(gòu)建安全生產(chǎn)管理地理信息系統(tǒng)（Geo-graphic Information System，GIS）“一張圖”共享服務(wù)平臺，為安全生產(chǎn)運(yùn)營管理提供空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的集成與應(yīng)用服務(wù)。安全信息共享平臺如圖4所示。

多系統(tǒng)融合的安全生產(chǎn)信息共享平臺具有多種終端發(fā)布方式，可實現(xiàn)PC端、手機(jī)App端及井下防爆手機(jī)端等多方運(yùn)行環(huán)境，為智能化礦山辦公服務(wù)提供必備條件。

3 結(jié)語

多系統(tǒng)融合的煤礦安全生產(chǎn)智能監(jiān)控與診斷系統(tǒng)將新一代信息技術(shù)充分運(yùn)用在煤炭企業(yè)的管理和生產(chǎn)活動中，充分發(fā)掘和利用企業(yè)信息資源，實現(xiàn)生產(chǎn)安全可控乃至個性化的實時監(jiān)測、定位追溯、報警聯(lián)動、調(diào)度指揮、預(yù)案管理、遠(yuǎn)程控制、安全防范、遠(yuǎn)程維護(hù)、決策支持等功能，實現(xiàn)對煤礦生產(chǎn)的高效、節(jié)能、安全、環(huán)保的“管、控、營”一體化[5]。建立智能化礦山既可以實現(xiàn)安全管理的數(shù)字化，為打造本質(zhì)安全型礦井提供信息保障，也可以實現(xiàn)生產(chǎn)管理的精細(xì)化，為打造高產(chǎn)高效礦井提供決策手段。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜春暉.基于多技術(shù)融合的煤礦井下采掘運(yùn)輸設(shè)備防碰撞系統(tǒng)[J].煤炭學(xué)報，2020（增刊2）：1060-1068.

[2]張冰倩.基于數(shù)據(jù)融合技術(shù)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)研究[D].阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2013：43-44.

[3]尹方洲，顧野，李威.基于數(shù)據(jù)融合技術(shù)的煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].煤炭與化工，2017（4）：97-99.

[4]李繼軍.4G網(wǎng)絡(luò)在大柳塔煤礦井下的應(yīng)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(jiān)控多系統(tǒng)融合方法研究[J].工礦自動化，2018（12）：9-13.

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