煤礦大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用規(guī)劃及系統(tǒng)建設(shè)

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摘要：基于煤礦信息化的發(fā)展完善，運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，通過對各類信息化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、整理、分析，深挖煤礦安全生產(chǎn)管理、經(jīng)營等各環(huán)節(jié)的重要數(shù)據(jù)，以獲取更深層次和更有利用價值的信息，并建立相應(yīng)的預(yù)警模型和分析評價模型，為煤礦的安全生產(chǎn)管理決策提供相應(yīng)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：信息化建設(shè)；大數(shù)據(jù)分析；煤礦安全決策

通過不斷完善煤礦信息化應(yīng)用，煤礦已具備大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的建設(shè)條件，利用大數(shù)據(jù)分析為煤礦安全生產(chǎn)管理提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持，對提高生產(chǎn)效率和煤礦安全管理水平，降低煤礦事故發(fā)生概率具有重大意義。

1煤礦信息化建設(shè)

為滿足煤礦安全生產(chǎn)的需要，目前煤礦已有的信息化系統(tǒng)包括井下人員定位系統(tǒng)、瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)、通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)、供電監(jiān)測系統(tǒng)、井下移動通信系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)、放炮作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)、提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)急廣播系統(tǒng)、排水監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)視系統(tǒng)等。這些信息化系統(tǒng)在煤礦日常管理、安全生產(chǎn)監(jiān)測和事故調(diào)查工作中發(fā)揮著重要作用?，F(xiàn)階段煤礦信息化系統(tǒng)雖已較為完善，但在數(shù)據(jù)采集、整理、分析應(yīng)用方面仍然存在許多問題：（1）系統(tǒng)之間聯(lián)通性不強(qiáng)。系統(tǒng)之間關(guān)聯(lián)程度不高，僅較少系統(tǒng)之間存在一定的關(guān)聯(lián)，大部分系統(tǒng)為獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)。（2）各系統(tǒng)專業(yè)性較強(qiáng)。大部分系統(tǒng)僅限于極少數(shù)專業(yè)人員使用或個別部門使用，尚未普及或關(guān)注較少。（3）數(shù)據(jù)完整性差。由于系統(tǒng)故障等客觀原因的存在，導(dǎo)致系統(tǒng)數(shù)據(jù)不夠完整，缺失數(shù)據(jù)較多。（4）有效信息時效性差[1]。系統(tǒng)相對獨(dú)立，大部分系統(tǒng)均由專業(yè)部室管理，系統(tǒng)狀況或使用情況、監(jiān)測情況大多不能直接或及時到達(dá)管理人員或業(yè)務(wù)人員手中，造成信息滯后。（5）系統(tǒng)功能未能充分利用[2]。大部分系統(tǒng)功能只使用了部分或關(guān)鍵的系統(tǒng)功能。（6）數(shù)據(jù)更新維護(hù)效率不高。系統(tǒng)的變化管理不到位，部分?jǐn)?shù)據(jù)需及時更新，但實際情況明顯滯后。（7）系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)不一致。為滿足不同需求方的要求，多套系統(tǒng)之間信息內(nèi)容不一致。為解決以上問題，需要借助大數(shù)據(jù)分析手段，集成各個信息化系統(tǒng)，采集各系統(tǒng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)一整理、分析，真正將信息化的作用充分發(fā)揮[3]。

2大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用規(guī)劃

大數(shù)據(jù)分析需要將煤礦已有的安全監(jiān)測監(jiān)控、人員定位、煤炭產(chǎn)量監(jiān)控、工業(yè)視頻和礦壓監(jiān)測等系統(tǒng)進(jìn)行集成，并結(jié)合3DGIS（三維地理信息系統(tǒng)）技術(shù)進(jìn)行直觀地展現(xiàn)和交互，實現(xiàn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)綜合監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度、報警聯(lián)動，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立安全評價模型，提高安全管理水平。總體架構(gòu)自下而上分別為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)存儲層、大數(shù)據(jù)分析建模層和表現(xiàn)交互層[4]，如圖1所示。（1）數(shù)據(jù)采集層是對系統(tǒng)所需實時動態(tài)數(shù)據(jù)和非實時靜態(tài)數(shù)據(jù)兩方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。①非實時靜態(tài)數(shù)據(jù)是各實體的地測信息數(shù)據(jù)，即實體的地理位置、長寬高等幾何狀態(tài)，采集目的是用來構(gòu)建實體的三維模型，此類數(shù)據(jù)一般可從地測資料中獲取，少部分可人工現(xiàn)場測繪；②實時動態(tài)數(shù)據(jù)是指井下環(huán)境參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)和人員位置等的動態(tài)數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)一般通過傳感器或攝像頭獲取。（2）數(shù)據(jù)傳輸層是將采集到的原始數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)處理。非實時靜態(tài)數(shù)據(jù)主要通過人工錄入和導(dǎo)入（電子表格），實時動態(tài)數(shù)據(jù)主要通過工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)傳輸。礦已有部分系統(tǒng)將傳感器數(shù)據(jù)實時傳輸至井下分站，然后再傳輸至OPC服務(wù)器，這類系統(tǒng)只需從OPC服務(wù)器讀取實時數(shù)據(jù)即可。（3）數(shù)據(jù)存儲層是將得到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、解析、轉(zhuǎn)換和存儲。刪除無用或冗余數(shù)據(jù)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，對數(shù)據(jù)字段和含義進(jìn)行解析和轉(zhuǎn)換，最終存儲到數(shù)據(jù)倉庫。監(jiān)測數(shù)據(jù)可按統(tǒng)一的OPC協(xié)議獲取方式從各系統(tǒng)的OPC服務(wù)器讀取，根據(jù)廠商提供的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行解析存儲。（4）大數(shù)據(jù)分析建模層是對數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)分析和建模，為上層功能提供理論模型和算法支持。①三維建模功能，利用成熟的三維建模軟件，根據(jù)采集到的實體對象的靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，最終形成礦區(qū)整體的三維模型；②空間分析是對于地理空間現(xiàn)象的定量研究，在三維建?；A(chǔ)上對點(diǎn)、線、面等地理實體進(jìn)行分析，進(jìn)行幾何量算、最短路徑計算等；③預(yù)警模型[5]，建立煤礦安全統(tǒng)一預(yù)警指標(biāo)體系和模型，實現(xiàn)預(yù)警信息的智能分析與及時推送，包括煤與瓦斯突出預(yù)警模型、自然發(fā)火預(yù)警模型、水害預(yù)警模型、沖擊地壓預(yù)警模型；④聯(lián)動模型是傳感器和各設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)配置，實現(xiàn)各系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)展示；⑤風(fēng)險評價分析模型能實現(xiàn)對礦井和下屬各部門的總體安全評價與考核；⑥態(tài)勢預(yù)測分析是運(yùn)用云計算、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)理論，充分利用海量樣本數(shù)據(jù)（歷史數(shù)據(jù)），對安全形勢進(jìn)行預(yù)測。（5）表現(xiàn)交互層是對系統(tǒng)功能進(jìn)行展現(xiàn)和交互，可直接從數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，也可對大數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行展示。在三維建模的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)各專業(yè)的綜合信息展示，直觀了解自身關(guān)注的重點(diǎn)實體和狀態(tài)信息。對重要設(shè)備、傳感器等實體可進(jìn)行交互查看，達(dá)到與到現(xiàn)場相似的效果；在安全評價模型的支持下，展示各實體發(fā)生危險的理論值，協(xié)助決策；在預(yù)警模型的支持下，當(dāng)發(fā)現(xiàn)傳感器的數(shù)值超過設(shè)置的閾值時，系統(tǒng)進(jìn)行聲光報警，并通過短信或微信方式通知相關(guān)人員；當(dāng)發(fā)生險情時，根據(jù)人員定位信息，可規(guī)劃避災(zāi)線路，統(tǒng)一調(diào)度救援；對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，可導(dǎo)出各專業(yè)相應(yīng)的電子圖表；充分利用碎片化時間的優(yōu)勢，將PC端的部分功能同步到移動端（如安全環(huán)境監(jiān)測、人員定位、產(chǎn)量監(jiān)控、綜合查詢等），通過終端APP實現(xiàn)移動查看。

3系統(tǒng)建設(shè)預(yù)期效果

（1）實現(xiàn)礦井安全管理的綜合化和可視化。將礦井安全管理中的元素整合在一起，實現(xiàn)礦井各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的可視化，分析整個生產(chǎn)鏈條上的數(shù)據(jù)，以識別生產(chǎn)問題、管理問題、質(zhì)量問題、跟蹤生產(chǎn)和安全。（2）安全管理信息的動態(tài)化管理，即時報警、信息推送。將一部分PC端的功能開發(fā)到移動端，可隨時隨地查詢和接收安全信息，掌握礦井安全生產(chǎn)狀況。（3）實現(xiàn)自定義配置。根據(jù)礦井安全生產(chǎn)管理的實際狀況，配置重點(diǎn)關(guān)注信息。例如雨季可重點(diǎn)顯示水文監(jiān)測信息，對于管理層可顯示礦井宏觀性指標(biāo)信息和異常信息，對專業(yè)人員可顯示本專業(yè)相關(guān)信息。（4）實現(xiàn)應(yīng)急聯(lián)動。當(dāng)某一系統(tǒng)警戒值超過規(guī)定閾值即出現(xiàn)緊急情況時，則相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)、設(shè)備進(jìn)行相關(guān)動作。（5）按系統(tǒng)、時間段進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，圖形化顯示，為領(lǐng)導(dǎo)層提供安全管理決策依據(jù)。。（6）通過三維建模，實現(xiàn)不同模式的場景展示。（7）提高工作效率。用戶只需要登錄一次就可以訪問所有集成的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。數(shù)字化與自動化可使操作人員和技術(shù)人員快速獲取重要信息，輕松管理關(guān)鍵數(shù)據(jù)，加快決策制定、故障排除，并提升設(shè)備性能與效率。

4結(jié)語

隨著煤礦信息化系統(tǒng)逐步完善，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)煤礦借助信息化進(jìn)行安全生產(chǎn)管理已成為行業(yè)趨勢，根據(jù)采集數(shù)據(jù)建立預(yù)警模型，通過大數(shù)據(jù)深挖數(shù)據(jù)的潛在價值以獲取所需信息，實現(xiàn)對煤礦安全態(tài)勢的整體掌控，有效提高煤礦的經(jīng)營水平、安全生產(chǎn)管控水平。

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作者：王海龍 高廣忠 邱增強(qiáng) 于丹 單位：安徽恒源煤電股份有限公司任樓煤礦