基于云计算及物联网技术的数字化矿山服务支持平台

科教论坛 ScienceandEducationForum
350
教育前沿 Cutting Edge Education
基于云计算及物联网技术的数字化矿山服务支持平台
文/陈旸 杨帆 冯战涛
摘要：数字化矿山服务支持平台对煤矿井下自动化系统、信息系统及各子系统的健康度进行实时集中在线监测、异常状况任务分派、处理、解决，并对处理过程实时监控、结果评价，实现重大灾害预警、灾中辅助救援、灾后快速救援，减少灾害造成的危害，确保矿工生命安全，从而保证煤矿生产全过程安全高效的实施。

关键词：数字化矿山；云计算；物联网；信息化
目前，随着我国煤矿信息化的不断发展，信息技术被迅速应用到煤矿安全生产领域，并取得了明显的社会效益。

现有煤矿安全监控系统具有瓦斯等实时监测、报警与断电功能，部分系统具有瓦斯、火灾、冲击地压等重大灾害预警功能，但预警准确率较低，无法实现井下生产资源的智能互联，难以满足煤矿安全生产需要。

因此，加强我国煤炭企业信息化建设，特别是安全生产信息化对提高煤矿信息化水平，促进煤矿安全生产具有十分重要的意义。

针对建设完成的煤矿信息化系统而言，如何提取到真实有效的故障数据、如何读懂这些数据、如何从数据中看出实际生产存在的问题、如何根据问题对生产过程进行优化，就成了煤矿信息化建设对煤矿安全生产起到真正提升作用的关键。

由此可见，煤矿企业在信息化建设完成之后仍将存在如下后续问题：① 缺乏运行保障。

煤矿企业缺乏专业的人力资源和技术能力来保障建成的煤矿信息化系统正常稳定的工作，这一点关乎到信息化系统是否可以提取有效数据，这就需要专业的信息化系统维护团队对信息化正常运行进行有力支持。

② 缺乏数据分析能力。

煤矿企业没有技术能力通过现场数据对生产进行指导分析。

对故障信息不能只看数据表象，要对数据进行深挖掘，这就需要专业团队及专家系统的分析诊断。

1 研究内容
数字化矿山服务支持平台本着本质安全的理念，利用云计算、物联网、嵌入式技术、集成无线局域网和多种传感器等技术，实现对煤矿井下自动化系统、信息系统及各子系统的健康度进行实时集中在线监测，发生异常及时向相应人员进行分级报警和任务生成并发出任务派工单，依托专业的服务团队及时对异常进行处理、解决，并对处理过程实时监控、结果评价，实现重大灾害预警、灾中辅助救援、灾后快速救援，减少灾害造成的危害，确保矿工生命安全，从而保证煤矿生产全过程安全高效的实施。

在产品可靠性、稳定性方面都具有领先的技术优势。

2 研究目标
矿山物联网是矿山信息化的发展延伸，它利用智能装备对矿井物理世界进行感知，通过网络互联和数据传输，利用大数据及云计算技术进行计算、处理、挖掘和预警，实现人与物、物与物信息的交互和无缝连接，达到对煤矿安全生产的实时控制、精确管理和科学决策目的。

现有的物联网技术应被使用作为矿井系统建设、互联的技术支撑。

而系统互联后所产生的大数据则由云计算进行处理，数据处理后进行灾害预警预测，最终实现煤矿的高效、安全。

3 平台服务内容
平台业务分为常规巡检业务与故障业务两大类。

故障业务以派工单形式向服务方下发，其中，派工单又分为系统自动生成和手动导入两类。

系统自动生成派工单是服务支持平台读取各个系统的故障信息表并进行云处理分析后直接生成的派工单；而手动导入派工单为矿方巡检人员在巡检过程中手动填写，并经矿方监察人员确认后生成的派工单。

故障业务的等级由故障类别和故障发生区域所形成的“故障矩阵”进行判断，该矩阵录入了煤矿井下信息系统有可能发生的各种故障，并对不同系统、不同类型的故障进行分类，结合故障发生的区域、造成的影响，对故障的重要性、响应级别进行逻辑判断。

故障分为四个等级：重大故障、紧急故障、重要故障和一般故障。

不同故障等级由相应级别的服务人员响应、解决。

故障等级相应的内容如下表所示。

表 故障等级分类
故障等级故障内容
重大故障
(AA 级)系统级故障，系统瘫痪或关键功能失效；与安全生产相关的故障，对用户业务运作有重大影响或危害安全生产。

紧急故障(A1级)系统主要功能失效，或关键功能失效但不影响安全生产，系统功能降级，对用户业务运作有重大影响。

重要故障(B 级)系统操作性能受到影响，或系统某项功能失效，自身冗余或备用功能可保障正常运行、但大部分功能或关键功能正常，对用户业务运作影响不大。

一般故障(C 级)
系统基础设备(电脑、传感器等)功能异常，但对功能和业务基本没有影响。

服务方的任务分派也存在“专家矩阵”，针对不同级别的故障分派不同的级别服务人员。

在同级别服务人员中根据服务人员的服务年限、各系统所获得的服务资质、各服务人员的任务状态等进行逻辑判断，最终分派最优服务人员。

下图以安全监测监控系统为例，对安全监测监控系统发生故障时数
字化矿山服务支持平台的业务流程进行描述。

如上图，数字化矿山服务支持平台对KJ90安全监测监控系统的故障信息表进行实时监控，发现新故障异常时，读取该故障信息表并对故障进行云分析计算，通过故障矩阵判断故障级别，通过专家矩阵选择最优服务人员并生成派工单。

例如，发生异常时系统判定为一般级别故障，派工单则直接下达给具备监测监控系统服务资质、服务年限最高且任务状态为空闲的服务方现场技术人员，现场技术人员进行故障维修之后在派工单上填写维修处理结果并反馈给现场专家进行确认，现场专家填写确认后将派工单反馈给矿方监察人员进行最终确认。

到此，故障维修业务结束。

为保证故障处理准确、无遗漏，矿方巡检人员还可将巡检过程中发现的异常情况填写手动派工单，经由矿方监控人员确认并上传至平台服务器，平台进行故障级别判断后生成派工单下达相应服务人员。

平台定期对异常信息进行分析处理，对安全生产全过程进行优化，从根源上减少灾害的发生，促进煤矿企业安全生产。

通过平台的推广和应用将有利于解决我国煤矿安全生产问题，提高煤矿企业安全生产保障水平，创造可观的社会效益，将为增强煤矿企业的可持续发展提供强大的动力。

参考文献：
[1] 朱磊.浅析煤炭企业信息化管理现状及对策研究[J].太原科技,2009(11).[2] 马小平,胡延军,缪燕子.物联网、大数据及云计算技术在煤矿安全生产中的应用研究[J].工矿自动化,2014(04).
[3] 张婧,双海清,李占利,李洪安,孙瑜.煤炭企业安全生产的综合管理研究——基于“互联网+”时代大数据视角[J].技术与创新管理,2019(06).
（作者单位：西安科技大学高新学院）。