面向公司与煤矿的智能一体化管控平台架构研究

摘 要：该文基于项目研究背景阐述矿山信息模型相关技术发展现状，提出当前存在的一些问题。按照《国家能源集团煤矿智能化建设指南（试行）》要求，遵循《宁夏煤业有限责任公司智能化矿山建设总体规划》思路，基于统一数据标准和工业互联架构，综合利用云计算、物联网、大数据和数字孪生等先进技术，采用“云边协同”部署模式，建设覆盖安全、生产、调度和运营等业务领域的一体化综合性管控平台，实现全矿井监、管、控一体化。

关键词：智慧矿山；一体化管控；云服务；智能管控；智能化建设

中图分类号：TD672 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）29-0146-04

Abstract： Based on the research background of the project， this paper expounds the development status of mine information model related technology， and puts forward some existing problems. According to the requirements of "guidelines for Intelligent Construction of Coal Mine of National Energy Group（trial）" and following the idea of "General Plan of Intelligent Mine Construction of Ningxia Coal Industry Limited Liability Company"， based on unified data standards and industrial interconnection architecture， this paper makes comprehensive use of cloud computing， Internet of Things， big data， digital twins and other advanced technologies， implements the use of "cloud-side coordination" deployment model to build an integrated and comprehensive management and control platform covering security， production， scheduling， operation and other business areas， in the hope of realizing the integration of supervision， management and control in the whole mine.

Keywords： intelligent mine; integrated management and control; cloud service; intelligent management and control; intelligent construction

2020年3月，国家发展改革委等八部委联合印发的《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》指出：“建设智能化生产、安全保障经营管理等多系统、多功能融合的一体化平台，实现煤矿产运销业务协同、决策管控、一体化运营等智能化应用”[1]。煤矿一体化管控平台建设成为智能化矿山建设必不可少的关键内容[2]。2021年底，国家能源局印发的《智能化示范煤矿验收管理办法（试行）》进一步细化了示范煤矿智能一体化综合管控平台的建设标准及考评办法[3]。在此基础上，《国家能源集团煤矿智能化建设指南（2022版）》中要求将煤矿智能一体化管控平台分为初级、中级、高级3个不同阶段，并最终实现“自主化、精准化、智能决策”管控模式[4-5]。

国家能源集团宁夏煤业有限责任公司（以下简称“宁煤公司”）及下属矿井、选煤厂亦通过数字化转型以促进企业高质量发展，进行了相关智能化工作的开展，已经取得了阶段性成果，在部分安全生产环节上实现了“少人化、无人化”，有效保障了煤矿安全高效生产，但和智能煤矿及实现煤矿的完全信息化管理决策尚存在一定的差距。

为了响应国家相关部委意见要求以及国家能源集团的总体战略规划，宁煤公司制定了《宁夏煤业有限责任公司智能化矿山建设总体规划》[6]，分析公司及下属十余对矿井、数个洗煤厂智能化建设需求，设计了公司与煤矿（洗煤厂）两级智能一体化管控平台总体架构与部署方案，以满足煤矿智能化发展及安全协同高效生产的需要[7]。平台利用物联网、云计算、大数据分析等先进技术，采用软件系统分层架构设计方法，构建了适用于井工矿井和宁煤公司的两级智能一体化管控平台，解决数据统一采集、高效存储、快速同步等存在的一系列难题[8]，为公司与煤矿安全高效、协同管控提供了技术支撑，具备一定的参考价值与推广意义。

1 平台总体架构

面向公司与煤矿的智能一体化管控平台总体架构如图1所示，基于煤科云[9]技术底座，实现一次开发、多矿部署。大平台由公司级煤矿智能一体化管控平台和煤矿（洗煤厂）级智能一体化管控平台组成，基于统一安全认证和统一运维体系，在下属煤矿、洗煤厂云数据中心基础上，构建煤矿级数据中心和煤矿级管控平台，为煤矿及洗煤厂安全监控与集中监测提供信息化管理服务。在宁煤公司云数据中心，构建公司级煤矿智能一体化管控平台，实现公司级安全生产监管与决策分析指挥。

作为平台的核心技术支撑模块，煤科云技术底座提供基础平台集成开发环境，依据生产工艺和业务流程需求，在数据中台、业务中台、技术中台等PAAS平台的支撑下，通过APP低代码开发工具，快速搭建监控类、控制类、管理类矿山APP软件，具备快速重构业务能力[10]。通过在公司级煤科云工业互联网平台开发完成APP后，自动将模型下发到矿井煤矿云平台，实现控制、应用及模型的下发。通过MK-IOT-UA数据采集共享同步软件将矿端数据同步至公司端煤科云平台，对灾害监测预警、安全管理风险分析等模型进行训练后，将相关模型进行下发，从而实现云边协同。

煤矿级智能一体化管控平台以智能安全生产协同调度指挥为核心，构建生产集中监控与安全集中监测应用中心。遵循“统一技术架构、统一标准体系、统一安全认证、统一运维体系”，在矿端部署煤科云。基于煤科云MK-IOT-UA，实现透明地质系统、智能采煤系统、智能掘进系统、智能通风系统、智能运输系统和智能辅助系统等智能化专项系统数据的采集、解析、交换共享，以及控制命令的交换。之后围绕煤矿综采、综掘、主运、辅运、生产辅助、供配电、洗选与发电等固定场景的智能融合协同管控，瓦斯、水害、火灾、矿压、粉尘和人员等重大风险智能融合监测与分级预警，为煤矿固定场景少人化乃至无人化提供技术保障，为煤矿风险防控提供有效决策依据及处置建议。

公司级智能一体化管控平台主要站在宁煤公司侧，集成矿端监测数据、预警指标与结果。以决策分析与协同调度指挥为主，在集成国能集团统建生产执行管理、经营管理系统、决策分析数据，各煤矿、洗煤厂安全生产实施监测数据、洗选安全生产填报的指标数据，基于智能化综合管控平台，构建智能生产监督中心、安全态势预警中心、精细运营管理中心、决策调度指挥中心及IT基础设施管控中心，以支撑公司在安全、生产、运营、决策和调度指挥之上的业务应用与决策分析。

两级平台属于同一个基础管控平台。其中煤矿级智能综合管控平台为公司智能化综合管控平台在公司协同与决策分析方面提供基础数据支持，公司级智能综合管控平台为煤矿智能化综合管控平台提供协同调度与指令下发。

2 平台数据架构

平台支持构建煤矿数据中心和公司数据管理两级数据存储系统。利用MK-IOT-UA实现煤矿、公司和国能集团之间的数据交互与共享，总体数据架构如图2所示。标准规范基于MK-IOT-UA统一数据采集交互系统，实现煤矿端安全监控类系统、生产控制类系统、通信联络类系统等数据采集与集成分析，将数据存储于煤矿数据中心。

数据存储平台将数据分为管理类、监控类、空间类、非结构化类及音视频等不同数据分类存储。在存储方式上，采用实时数据库、关系数据库、空间数据库和大数据存储相结合的融合存储方案，实现对“热、温、冷”不同访问需求数据的按需要存储。数据上传共享模式，基于厂矿与集团两级数据中心，数据由厂矿数据中心直接上传至集团数据中心，相关主数据、生产经营数据由集团公司直接推送至矿级数据中心。依据宁煤公司安全生产信息化建设需要，将相关数据由厂矿级数据中心上传至宁煤公司数据中心，完成业务管理需要。

数据存储系统还具备数据质量管理、数据建模分析、数据访问共享的能力。在数据质量管理上，遵循数据、完整性、唯一性、有效性、一致性和准确性的原则，如图3所示。数据质量模块支持对业务指标和数据质量进行监控，数据质量可检验，帮助用户及时发现数据质量问题。平台基于重要性和成本效应识别出需要进行质量控制的数据，分阶段有序地将数据质量控制规则落地。

3 平台功能架构

平台是以“安全监控实时化，过程控制自动化”为目标，基于“工业以太环网+现场总线+无线”技术，平台建立统一的系统接口标准，利用多种软硬件接口（OPC UA、驱动、数据库、平面文件、DDE/NETDDE、PLC和子网等），构建统一、稳定、高效的集控平台。以原煤生产为主线，对“采、掘、机、运、通”等主要安全生产环节，进行多要素全流程的集中、协同、优化控制与智能运行。具有煤矿大数据平台，通过大数据分析处理，能够对火灾、气体、水害和顶板等灾害进行分析预警、信息推送等功能。具备数据分析能力，根据业务需求构建识别模型、预测模型、控制模型和决策模型，实现模型库管理。基于云计算的决策支持承载平台，平台包括模型库和算法库，支持应用模块根据需求进行扩展。平台可根据监测与分析计算结果，进行异常信息报警，能够将异常信息自动通过电话语音或短信通知相关人员，实现预警报警、指挥调度与协同控制。

矿级平台各功能模块围绕横向协同、纵向管控进行铺设，整合矿井各系统数据，为调度指挥人员提供一个数据综合监控平台，辅助调度指挥人员全面、迅速、准确地进行生产调度。从底层溯源原始数据，基于采集数据综合分析提取价值信息和规律，其中基础数据用于各子系统单模块数据展示及进一步的数理统计类分析，再基于海量数据和各子系统的关联关系、内部影响因素实现多子系统综合分析，以及预测预警监控，最终实现全矿全局管控。

公司级平台是以煤矿智能一体化管控平台为基础，基于.NET框架构建跨平台、多终端的一体化管控平台。平台的集成模式是将矿端数据接入公司，然后基于此进行煤矿灾害监测预警、安全态势分析等功能的公司级呈现。除此之外，公司侧的数据（配置）可远程应用到矿上，实现公司侧的统一运维管理。平台功能架构图如图4所示。

4 结束语

本平台利用工业互联网模式，遵循国家能源集团统一规划、监控数据标准体系，基于统一的技术底座，研发面向“公司-厂矿”两级业务平台，在公司、下属煤矿及选煤厂部署应用，在各个专项智能化子系统支撑下，构建智能一体化管控平台。可实现人与人、人与物、物与物之间的信息交换，系统间的横向集成和纵向互通；运用数据挖掘、知识发现、专家系统等人工智能技术，实现生产调度指挥、安全警示、突发事件处理等决策支持；在控制技术方面，从手动干预、有人值守向自动控制无人值守方向发展；在安全管理方面，由被动的事后响应式管理向主动的事先预警与预控方向发展；在决策支持方面，从经验决策向智能化决策方向发展。

参考文献：

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