煤礦智能監(jiān)測監(jiān)控安全保障示范工程

1、煤礦智能監(jiān)測監(jiān)控安全保障示范工程 完成單位：兗礦集團兗州煤業(yè)股份有限公司興隆莊煤礦兗礦集團信息化中心西安兗礦科技研發(fā)設(shè)計有限公司山東省科學(xué)院激光研究所山東藍光軟件有限公司中國礦業(yè)大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)（感知礦山）研究中心1.礦井概況兗礦集團興隆莊煤礦是我國的大型現(xiàn)代化礦井，煤田橫跨兗州區(qū)和曲阜市，煤質(zhì)為優(yōu)質(zhì)的動力用煤和煉焦配煤。礦井先后榮獲國家級安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化煤礦、全國煤炭工業(yè)質(zhì)量獎等200多項國家級和省部級榮譽稱號。2. 項目基本情況2.1 項目的背景及意義兗礦集團歷來重視科技創(chuàng)新，然而隨著采深的日益增加，沖擊地壓災(zāi)害日趨嚴重。繼續(xù)保持安全生產(chǎn)局面，迫切需要提升安全監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定性和智能分析決策技術(shù)水平，

2、實現(xiàn)對各類安全隱患的超前感知和預(yù)測預(yù)警。本項目結(jié)合我礦安全生產(chǎn)實際，進一步提升傳感器、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)及安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)智能分析決策水平，實現(xiàn)對煤礦井下人、機、環(huán)的無盲區(qū)綜合在線監(jiān)測監(jiān)控、高精度人員定位和大數(shù)據(jù)智能分析，建立國家煤礦安全物聯(lián)網(wǎng)樣板工程。2.2 研究現(xiàn)狀及思路我國煤礦行業(yè)在20世紀60年代起開始實行自動化，裝備了部分煤礦。目前煤礦基本都已經(jīng)實現(xiàn)了全礦井監(jiān)測、控制、管理一體化的統(tǒng)一管控平臺。但是，煤礦行業(yè)仍需加大信息技術(shù)支持應(yīng)用，使煤礦真正實現(xiàn)高自動化高智能化發(fā)展。2.3 項目的目標(biāo)通過項目建設(shè)，實現(xiàn)礦山三維可視化的集中監(jiān)測或監(jiān)控、進行數(shù)據(jù)挖掘、分析、診斷和決策，解決礦山的安全生產(chǎn)和高

3、效生產(chǎn)問題。建立一套完整的礦山安全智能化預(yù)警系統(tǒng)，建立人、機、環(huán)境一體化本質(zhì)安全體系。2.4 技術(shù)路線在綜合智能安全監(jiān)控系統(tǒng)方面，建立多氣體傳感器，光纖多參數(shù)大容量傳感網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)急通訊系統(tǒng)；在自動化控制方面，實現(xiàn)遠程監(jiān)測監(jiān)控，提升采掘自動化程度；在人員定位系統(tǒng)方面，實現(xiàn)3米以內(nèi)的人員精確定位；在傳輸網(wǎng)絡(luò)方面，增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點建設(shè)，實現(xiàn)高可靠性WIFI無線通訊傳輸網(wǎng)絡(luò)；在智能分析預(yù)警方面，提高生產(chǎn)管理系統(tǒng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性，保證礦井的安全高效開采。2.5 完成情況本示范工程項目在興隆莊煤礦原有信息化建設(shè)基礎(chǔ)上，按照項目任務(wù)書要求，具體建設(shè)以下五方面內(nèi)容：1、完成了光纖傳感器及綜合安全監(jiān)測系統(tǒng)升級

4、改造。實現(xiàn)了瓦斯、采空區(qū)溫度等多參數(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的融合、智能挖掘與分析。2、完成了寬帶無線/光纖礦山井下高可靠性傳輸系統(tǒng)建設(shè)。實現(xiàn)骨干網(wǎng)絡(luò)的萬兆升級，建立了高可靠性傳輸網(wǎng)絡(luò)。 3、完成了礦井高清視頻及遠程集控改造。實現(xiàn)井上下各重要地點實時監(jiān)控；建立礦井集中控制中心。4、完成了三維GIS地理信息系統(tǒng)進行了優(yōu)化升級，實現(xiàn)多系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入,使各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)在一個平臺上顯示。5、完成了礦井生產(chǎn)云計算數(shù)據(jù)中心建設(shè)，建成了礦井云平臺，隱患預(yù)警分析和皮帶監(jiān)控智能分析系統(tǒng)。3. 項目關(guān)鍵技術(shù)及性能指標(biāo)3.1 關(guān)鍵技術(shù)1、光纖傳感技術(shù)其基本原理是利用外界信號的擾動改變光纖中光的強度，再通過測量輸出光強的變化實現(xiàn)對外界信

5、號的測量。2、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)網(wǎng)絡(luò)傳輸是指用一系列的線路經(jīng)過電路的調(diào)整變化依據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議來進行通信的過程。3、GIS技術(shù)地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)可以有效地對多時期的資源環(huán)境狀況及生產(chǎn)活動變化進行動態(tài)監(jiān)測和分析比較，明顯地提高工作效率和經(jīng)濟效益。4、云計算技術(shù)云計算是分布式計算、并行計算、虛擬化、負載均衡、熱備份冗余等傳統(tǒng)計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物。3.2 項目完成后應(yīng)達到的技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)如下： 光纖綜合監(jiān)測系統(tǒng).1 通防安全監(jiān)測系統(tǒng)名稱參數(shù)溫度傳感器測溫范圍:0150;溫度分率:0.1;測溫精度±1；測溫響應(yīng)時間:30s瓦斯?jié)舛葴y量范圍:010%;測量誤差:±2%FS;

6、響應(yīng)時間:<10s分布式溫度監(jiān)測裝置測溫距離:8 km;測溫范圍:0300;溫度分辨率:0.1；測溫精度:±1;空間分辨率:2m監(jiān)測監(jiān)控分站系統(tǒng)容量:64臺;通訊方式:網(wǎng)口/RS485;巡檢周期:2S；傳輸距離:15Km;雙機備份切換時間:5min;傳，輸速率:115.2kbps；傳輸介質(zhì):光纖；隔爆兼本安不間斷電源 輸出電壓:18 V;輸出電流:950mA;激光甲烷傳感器量程:04,10,100%;測量精度:±0.1%;響應(yīng)時間:<10 s；校正周期:3月;接口方式:2001000Hz/RS485.2 光纖頂板微震安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)名稱參數(shù)鉆孔應(yīng)力傳感器量程：0

7、60MPa；分辨率：0.05MPa；精度：0.5%FS錨桿測力傳感器量程：0250KN；精度：1%FS離層傳感器量程：0200mm；分辨率：0.1mm；精度：0.5%FS光纖微震傳感器動態(tài)范圍：110dB；分辨率：0.1pm/mg；頻率響應(yīng)：1200Hz;傳輸距離:10km微震監(jiān)測系統(tǒng)采樣頻率:5kHz;空間定位精度:±30m;震源定位最小能量:100J；通道數(shù):8*N礦用光纖光柵解調(diào)儀測量通道:124通道;電壓:127v/660V；解調(diào)范圍:15251565nm;分辨率:0.1pm;測量精度±5pm3.2.1.3 光纖地質(zhì)水文監(jiān)測系統(tǒng)名稱參數(shù)光纖水壓傳感器量程:10MPa

8、;測量精度:±0.5%FS光纖壓力傳感器量程:1MPa;測測量精度:±0.5%FS3.2.1.4 主要生產(chǎn)機電設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)名稱參數(shù)溫度傳感器測溫范圍:-20130;溫度分辨率:0.1;測溫精度:±1;；通道數(shù):132;單通道傳感器容量:12支振動傳感器動態(tài)范圍:50dB;最大加速度:3g;分辨率:20mg；頻率響應(yīng):5300Hz噪聲傳感器測量范圍:40dB130dBm;頻率范圍:20Hz8000Hz%FS;；準(zhǔn)確度:2級3.2.2高可靠傳輸網(wǎng)絡(luò)和人員定位系統(tǒng)1）對井上、下工業(yè)骨干支撐網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化改造，增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，將部分重要節(jié)點擴容升級至萬兆工業(yè)以太網(wǎng)。

9、2）優(yōu)化WIFI基站布局，建設(shè)高可靠性、高可用性、高安全性的高速無線工業(yè)承載網(wǎng)絡(luò)。3）采用超寬帶無線傳輸網(wǎng)絡(luò)TOF等精確定位技術(shù)，在10306工作面建立精確人員定位系統(tǒng)，實現(xiàn)3米以內(nèi)的精確移動定位。高清工業(yè)視頻遠程綜合自動化1）增加自動化控制系統(tǒng)的傳感器種類、數(shù)量和工業(yè)視頻數(shù)量，在地面集控中心實現(xiàn)實時監(jiān)測監(jiān)控。2）對井下供電、排水、壓風(fēng)、皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)進行接口改造，通過工業(yè)網(wǎng)傳輸至集控中心，通過組態(tài)軟件實現(xiàn)上述系統(tǒng)的地面遠程集控。3）建立采煤工作面支架狀態(tài)多參數(shù)綜合監(jiān)測。三維GIS可視化系統(tǒng)升級現(xiàn)有礦山三維GIS系統(tǒng)，進一步提升數(shù)據(jù)生成的自動化程度，減少系統(tǒng)維護對人力和技能的要求，通過優(yōu)化系

10、統(tǒng)底層算法，提升系統(tǒng)響應(yīng)的實時性。礦井生產(chǎn)云數(shù)據(jù)中心及煤礦安全生產(chǎn)預(yù)警分析平臺建設(shè)礦井生產(chǎn)云計算數(shù)據(jù)中心，提高生產(chǎn)管理系統(tǒng)的安全性、可用性和穩(wěn)定性；建設(shè)煤礦安全生產(chǎn)預(yù)警分析平臺，實現(xiàn)各種安全隱患的超前預(yù)測、預(yù)警、預(yù)報、預(yù)控。4. 項目價值、優(yōu)勢和創(chuàng)新點。4.1 項目的價值及優(yōu)勢該項目有效增強了對各種安全隱患的預(yù)警分析及排除能力。通過完善高清視頻系統(tǒng)、地面集中控制系統(tǒng)，大幅提高了煤礦機械化自動化水平，提高了生產(chǎn)效率。4.2 創(chuàng)新點（1）建立基于先進光纖傳感器和無線傳感器的全礦井智能綜合監(jiān)測及應(yīng)急通訊系統(tǒng)。構(gòu)建了光纖分布式測量感知網(wǎng)絡(luò)，為采空區(qū)發(fā)火趨勢分析提供可靠數(shù)據(jù)保障。（2）建設(shè)礦井安全高可靠

11、性萬兆骨干及寬帶無線傳輸網(wǎng)絡(luò)和精確人員定位系統(tǒng)，對井下現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)進行了拓展，消除了監(jiān)測盲區(qū)。（3）建設(shè)基于高清工業(yè)視頻、智能圖像識別及遠程集控的綜合自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)井上下各重要地點實時監(jiān)控，通過組態(tài)軟件實現(xiàn)上述系統(tǒng)的地面遠程集控。綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖（4）基于地理信息技術(shù)的三維實時可視化對軟件版本進行升級、模型進行轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)了安全監(jiān)測、工業(yè)自動化、人員定位等系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入。（5）建立基于礦井生產(chǎn)云數(shù)據(jù)中心建成了礦井工業(yè)云平臺，極大提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、可用性，提高了服務(wù)器的利用率。重大危險源預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)架構(gòu)圖5. 經(jīng)濟效益和社會效益5.1 經(jīng)濟效益在生產(chǎn)及系統(tǒng)維護用人方面，大幅提高了

12、煤礦機械化自動化水平，顯著減少了井下作業(yè)人數(shù)，提高了生產(chǎn)效率。通過示范項目實施減少了作業(yè)人，降低人工成本、設(shè)備故障率、成本投入，提高生產(chǎn)效率，增加利潤。5.2 社會效益通過推進煤礦機械化自動化開采，有效減少了井下作業(yè)人數(shù)，極大的減輕了工人的勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，大幅減少了各類事故。提高了礦井的安全管控能力。減少事故隱患的發(fā)生，提高生產(chǎn)連續(xù)性，增強防止各類安全事故發(fā)生的能力。6. 項目應(yīng)用前景及推廣價值。通過項目實施礦井監(jiān)測監(jiān)控智能化水平得到進一步提升，有力地促進了我國煤礦安全監(jiān)測技術(shù)和礦山物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 通過實施示范工程，形成了煤礦智能監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范，使智能監(jiān)測監(jiān)控安全保障示范工程具有可推廣性。7. 項目經(jīng)驗總結(jié)和下一步打算7.1 總結(jié)示范項目通過三層架構(gòu)的建立，最終形成以現(xiàn)場實時安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)為信息基礎(chǔ)，以礦井綜合自動化