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煤矿智能监测监控安全保障示范工程
完成单位：兖矿集团兖州煤业股份有限公司兴隆庄煤矿
兖矿集团信息化中心
西安兖矿科技研发设计有限公司
山东省科学院激光研究所
山东蓝光软件有限公司
中国矿业大学物联网（感知矿山）研究中心
1.矿井概况
兖矿集团兴隆庄煤矿是我国的大型现代化矿井，煤田横跨兖州区和曲阜市，煤质为优质的动力用煤和炼焦配煤。
矿井先后荣获国家级安全质量标准化煤矿、全国煤炭工业质量奖等200多项国家级和省部级荣誉称号。
2. 项目基本情况
2.1 项目的背景及意义
兖矿集团历来重视科技创新，然而随着采深的日益增加，冲击地压灾害日趋严重。
继续保持安全生产局面，迫切需要提升安全监控系统稳定性和智能分析决策技术水平，实现对各类安全隐患的超前感知和预测预警。
本项目结合我矿安全生产实际，进一步提升传感器、数据传输网络及安全监测监控系统智能分析决策水平，实现对煤矿井下人、机、环的无盲区综合在线监测监控、高精度人员定位和大数据智能分析，建立国家煤矿安全物联网样板工程。
2.2 研究现状及思路
我国煤矿行业在20世纪60年代起开始实行自动化，装备了部分煤矿。
目前煤矿基本都已经实现了全矿井监测、控制、管理一体化的
统一管控平台。
但是，煤矿行业仍需加大信息技术支持应用，使煤矿真正实现高自动化高智能化发展。
2.3 项目的目标
通过项目建设，实现矿山三维可视化的集中监测或监控、进行数据挖掘、分析、诊断和决策，解决矿山的安全生产和高效生产问题。
建立一套完整的矿山安全智能化预警系统，建立人、机、环境一体化本质安全体系。
2.4 技术路线
在综合智能安全监控系统方面，建立多气体传感器，光纤多参数大容量传感网络及应急通讯系统；在自动化控制方面，实现远程监测监控，提升采掘自动化程度；在人员定位系统方面，实现3米以内的人员精确定位；在传输网络方面，增加网络节点建设，实现高可靠性WIFI无线通讯传输网络；在智能分析预警方面，提高生产管理系统的安全性、可靠性和稳定性，保证矿井的安全高效开采。
2.5 完成情况
本示范工程项目在兴隆庄煤矿原有信息化建设基础上，按照项目任务书要求，具体建设以下五方面内容：
1、完成了光纤传感器及综合安全监测系统升级改造。
实现了瓦斯、采空区温度等多参数监测数据的融合、智能挖掘与分析。
2、完成了宽带无线/光纤矿山井下高可靠性传输系统建设。
实现骨干网络的万兆升级，建立了高可靠性传输网络。
3、完成了矿井高清视频及远程集控改造。
实现井上下各重要地点实时监控；建立矿井集中控制中心。
4、完成了三维GIS地理信息系统进行了优化升级，实现多系统数据接入,使各子系统数据在一个平台上显示。
5、完成了矿井生产云计算数据中心建设，建成了矿井云平台，隐患预警分析和皮带监控智能分析系统。
3. 项目关键技术及性能指标
3.1 关键技术
1、光纤传感技术
其基本原理是利用外界信号的扰动改变光纤中光的强度，再通过测量输出光强的变化实现对外界信号的测量。
2、网络传输技术
网络传输是指用一系列的线路经过电路的调整变化依据网络传输协议来进行通信的过程。
3、GIS技术
地理信息系统（GIS）技术可以有效地对多时期的资源环境状况及生产活动变化进行动态监测和分析比较，明显地提高工作效率和经济效益。
4、云计算技术
云计算是分布式计算、并行计算、虚拟化、负载均衡、热备份冗余等传统计算机和网络技术发展融合的产物。
3.2 项目完成后应达到的技术指标和参数如下：
3.2.1 光纤综合监测系统
3.2.1.1 通防安全监测系统
3.2.1.2 光纤顶板微震安全状态监测系统
3.2.1.3 光纤地质水文监测系统
3.2.1.4 主要生产机电设备安全状态监测系统
3.2.2高可靠传输网络和人员定位系统
1）对井上、下工业骨干支撑网络进行优化改造，增加网络节点，将部分重要节点扩容升级至万兆工业以太网。
2）优化WIFI基站布局，建设高可靠性、高可用性、高安全性的高速无线工业承载网络。
3）采用超宽带无线传输网络TOF等精确定位技术，在10306工作面建立精确人员定位系统，实现3米以内的精确移动定位。
3.2.3高清工业视频远程综合自动化
1）增加自动化控制系统的传感器种类、数量和工业视频数量，在地面集控中心实现实时监测监控。
2）对井下供电、排水、压风、皮带运输监控系统进行接口改造，通过工业网传输至集控中心，通过组态软件实现上述系统的地面远程集控。
3）建立采煤工作面支架状态多参数综合监测。
3.2.4三维GIS可视化系统
升级现有矿山三维GIS系统，进一步提升数据生成的自动化程度，减少系统维护对人力和技能的要求，通过优化系统底层算法，提升系统响应的实时性。
3.2.5矿井生产云数据中心及煤矿安全生产预警分析平台
建设矿井生产云计算数据中心，提高生产管理系统的安全性、可用性和稳定性；建设煤矿安全生产预警分析平台，实现各种安全隐患的超前预测、预警、预报、预控。
4. 项目价值、优势和创新点。
4.1 项目的价值及优势
该项目有效增强了对各种安全隐患的预警分析及排除能力。
通过完善高清视频系统、地面集中控制系统，大幅提高了煤矿机械化自动化水平，提高了生产效率。
4.2 创新点
（1）建立基于先进光纤传感器和无线传感器的全矿井智能综合监测及应急通讯系统。
构建了光纤分布式测量感知网络，为采空区发火趋势分析提供可靠数据保障。
（2）建设矿井安全高可靠性万兆骨干及宽带无线传输网络和精确人员定位系统，对井下现有无线网络进行了拓展，消除了监测盲区。
（3）建设基于高清工业视频、智能图像识别及远程集控的综合自动化系统，实现井上下各重要地点实时监控，通过组态软件实现上述系统的地面远程集控。
综合自动化系统网络拓扑图
（4）基于地理信息技术的三维实时可视化
对软件版本进行升级、模型进行转化，实现了安全监测、工业自动化、人员定位等系统数据接入。
（5）建立基于矿井生产云数据中心
建成了矿井工业云平台，极大提升了系统的稳定性、可靠性、可用性，提高了服务器的利用率。
重大危险源预测预警系统架构图
5. 经济效益和社会效益
5.1 经济效益
在生产及系统维护用人方面，大幅提高了煤矿机械化自动化水平，显著减少了井下作业人数，提高了生产效率。
通过示范项目实施减少了作业人，降低人工成本、设备故障率、成本投入，提高生产效率，增加利润。
5.2 社会效益
通过推进煤矿机械化自动化开采，有效减少了井下作业人数，极
大的减轻了工人的劳动强度，提高了生产效率，大幅减少了各类事故。
提高了矿井的安全管控能力。
减少事故隐患的发生，提高生产连续性，增强防止各类安全事故发生的能力。
6. 项目应用前景及推广价值。
通过项目实施矿井监测监控智能化水平得到进一步提升，有力地促进了我国煤矿安全监测技术和矿山物联网战略性新兴产业的发展。
通过实施示范工程，形成了煤矿智能监控系统技术规范，使智能监测监控安全保障示范工程具有可推广性。
7. 项目经验总结和下一步打算
7.1 总结
示范项目通过三层架构的建立，最终形成以现场实时安全生产数据为信息基础，以矿井综合自动化系统为核心平台，以工业大数据分析系统为应用方式，以多源业务门户及三维GIS系统为展示手段的煤矿智能监测监控安全保障体系，促进矿井实现本质安全生产。
7.2 计划打算
1、系统开发人员将不断优化系统算法，提高机器自主学习能力，不断完善系统运行方式，更有效的优化矿井安全生产管理模式。
2、兴隆庄煤矿将继续深化系统应用，深入实现“机械化换人、自动化减人”，进一步降低重点高危生产岗位人员数量。
