煤礦智能監(jiān)測(cè)監(jiān)控安全保障示范工程-中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)

1、煤礦智能監(jiān)測(cè)監(jiān)控安全保障示范工程完成單位：兗礦集團(tuán)兗州煤業(yè)股份有限公司興隆莊煤礦兗礦集團(tuán)信息化中心 西安兗礦科技研發(fā)設(shè)計(jì)有限公司 山東省科學(xué)院激光研究所 山東藍(lán)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(tuán)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(dòng)力用煤和煉焦配煤。礦井先后榮獲國家級(jí) 安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化煤礦、 全國煤炭工業(yè)質(zhì)量獎(jiǎng)等 200 多項(xiàng)國家級(jí)和省部 級(jí)榮譽(yù)稱號(hào)。2. 項(xiàng)目基本情況2.1 項(xiàng)目的背景及意義 兗礦集團(tuán)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(yán)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)

2、定性和智能分析決策技術(shù)水平， 實(shí)現(xiàn)對(duì)各類安全隱患的超前感知 和預(yù)測(cè)預(yù)警。本項(xiàng)目結(jié)合我礦安全生產(chǎn)實(shí)際，進(jìn)一步提升傳感器、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng) 絡(luò)及安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)智能分析決策水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦井下人、機(jī)、 環(huán)的無盲區(qū)綜合在線監(jiān)測(cè)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(jì) 60 年代起開始實(shí)行自動(dòng)化，裝備了部分煤礦。目前煤礦基本都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全礦井監(jiān)測(cè)、控制、管理一體化的 統(tǒng)一管控平臺(tái)。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(shí)現(xiàn)高自動(dòng)化高智能化發(fā)展。2.3 項(xiàng)目的目標(biāo) 通過項(xiàng)目建設(shè)，實(shí)現(xiàn)礦山三維可視化的集中監(jiān)測(cè)或監(jiān)控、進(jìn)

3、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(jī)、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(dòng)化控制方面，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè) 監(jiān)控，提升采掘自動(dòng)化程度；在人員定位系統(tǒng)方面，實(shí)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(diǎn)建設(shè)，實(shí)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(xiàng)目在興隆莊煤礦原有信息化建設(shè)基礎(chǔ)上， 按

4、照項(xiàng)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(cè)系統(tǒng)升級(jí)改造。實(shí)現(xiàn)了瓦 斯、采空區(qū)溫度等多參數(shù)監(jiān)測(cè)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(shí)現(xiàn) 骨干網(wǎng)絡(luò)的萬兆升級(jí)，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(yuǎn)程集控改造。實(shí)現(xiàn)井上下各重要地 點(diǎn)實(shí)時(shí)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(jìn)行了優(yōu)化升級(jí)，實(shí)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(gè)平臺(tái)上顯示。5、完成了礦井生產(chǎn)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心建設(shè)，建成了礦井云平臺(tái)， 隱患預(yù)警分析和皮帶監(jiān)控智能分析系統(tǒng)。3. 項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)及性能指標(biāo)3.1關(guān)鍵技

5、術(shù)1、光纖傳感技術(shù)其基本原理是利用外界信號(hào)的擾動(dòng)改變光纖中光的強(qiáng)度，再通 過測(cè)量輸出光強(qiáng)的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)外界信號(hào)的測(cè)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(jìn)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(duì)多時(shí)期的資源環(huán)境狀況 及生產(chǎn)活動(dòng)變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和分析比較，明顯地提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。4、云計(jì)算技術(shù)云計(jì)算是分布式計(jì)算、并行計(jì)算、虛擬化、負(fù)載均衡、熱備份冗 余等傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物。3.2項(xiàng)目完成后應(yīng)達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)如下：3.2.1光纖綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)3.2.1.1通防安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)名稱參數(shù)溫度傳感器測(cè)溫范圍：015

6、0C ;溫度分率:0.1 C ;測(cè)溫精度土 1C；測(cè)溫響 應(yīng)時(shí)間：30s瓦斯?jié)舛葴y(cè)量范圍：010%；測(cè)量誤差：土 2%FS響應(yīng)時(shí)間:10s分布式溫度監(jiān)測(cè)裝置測(cè)溫距離:8 km;測(cè)溫范圍:0300C ;溫度分辨率:0.1 C；測(cè)溫 精度: 1C ;空間分辨率:2m監(jiān)測(cè)監(jiān)控分站系統(tǒng)容量:64臺(tái)；通訊方式：網(wǎng)口 /RS485;巡檢周期:2S ;傳輸距 離:15Km;雙機(jī)備份切換時(shí)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(cè)量精度：土 0.1%;響應(yīng)時(shí)間：10 s ;校正

7、 周期：3 月;接口方式:2001000Hz/RS4853.2.1.2光纖頂板微震安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)名稱參數(shù)鉆孔應(yīng)力傳感器量程：060MPa分辨率：0.05MPa；精度：0.5%FS錨桿測(cè)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(dòng)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(cè)系統(tǒng)采樣頻率:5kHz;空間定位精度：土 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(cè)量通道:124通道；電壓:127v/660V ;解調(diào)范圍:15251565n

8、m; 分辨率:0.1pm;測(cè)量精度土 5pm321.3光纖地質(zhì)水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)名稱參數(shù)光纖水壓傳感器量程:10MPa;測(cè)量精度：土 0.5%FS光纖壓力傳感器量程:1MPa;測(cè)測(cè)量精度：土 0.5%FS321.4主要生產(chǎn)機(jī)電設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)名稱參數(shù)溫度傳感器測(cè)溫范圍:-20130C ;溫度分辨率:0.1 C ;測(cè)溫精度：土 1C ;；通道數(shù):132;單通道傳感器容量:12支振動(dòng)傳感器動(dòng)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(cè)量范圍:40dB130dBm;頻率范圍:20Hz8000Hz%FS;準(zhǔn)確度：2級(jí)3.2.2高可靠傳輸網(wǎng)絡(luò)和人員定位系統(tǒng)1）

9、對(duì)井上、下工業(yè)骨干支撐網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化改造，增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，將部分重要節(jié)點(diǎn)擴(kuò)容升級(jí)至萬兆工業(yè)以太網(wǎng)。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(shí)現(xiàn) 3米以內(nèi)的精確移動(dòng)定位。3.2.3高清工業(yè)視頻遠(yuǎn)程綜合自動(dòng)化1）增加自動(dòng)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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控。42）對(duì)井下供電、排水、壓風(fēng)、皮帶運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)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(shí)現(xiàn)上述系統(tǒng)的地面遠(yuǎn)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(cè)

10、。324三維GIS可視化系統(tǒng)升級(jí)現(xiàn)有礦山三維GIS系統(tǒng)，進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)生成的自動(dòng)化程度， 減少系統(tǒng)維護(hù)對(duì)人力和技能的要求，通過優(yōu)化系統(tǒng)底層算法，提升系 統(tǒng)響應(yīng)的實(shí)時(shí)性。3.2.5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(tái)建設(shè)礦井生產(chǎn)云計(jì)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(tái)，實(shí)現(xiàn)各種安全隱患 的超前預(yù)測(cè)、預(yù)警、預(yù)報(bào)、預(yù)控。4.項(xiàng)目?jī)r(jià)值、優(yōu)勢(shì)和創(chuàng)新點(diǎn)。4.1項(xiàng)目的價(jià)值及優(yōu)勢(shì)該項(xiàng)目有效增強(qiáng)了對(duì)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(jī)械化自動(dòng) 化水平，提高了生產(chǎn)效率。4.2創(chuàng)新點(diǎn)（1 ）建立基于先進(jìn)光

11、纖傳感器和無線傳感器的全礦井智能綜合 監(jiān)測(cè)及應(yīng)急通訊系統(tǒng)。構(gòu)建了光纖分布式測(cè)量感知網(wǎng)絡(luò)，為采空區(qū)發(fā)火趨勢(shì)分析提供可 靠數(shù)據(jù)保障。（2）建設(shè)礦井安全高可靠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(duì)井下現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了拓展，消除了監(jiān)測(cè)盲區(qū)（3）建設(shè)基于高清工業(yè)視頻、智能圖像識(shí)別及遠(yuǎn)程集控的綜合 自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)井上下各重要地點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)上 述系統(tǒng)的地面遠(yuǎn)程集控。粗丸fe-也ZI研綜合自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D(4) 基于地理信息技術(shù)的三維實(shí)時(shí)可視化 對(duì)軟件版本進(jìn)行升級(jí)、模型進(jìn)行轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了安全監(jiān)測(cè)、工業(yè)自 動(dòng)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

12、井工業(yè)云平臺(tái)，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。UU數(shù)抵整合層重大危險(xiǎn)源預(yù)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)架構(gòu)圖數(shù)拯朋務(wù)層應(yīng)用層調(diào)度 門戶智能分?jǐn)劐帆E井云計(jì)算中門戶自助聯(lián)動(dòng)門戶API 接L15. 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益5.1經(jīng)濟(jì)效益在生產(chǎn)及系統(tǒng)維護(hù)用人方面，大幅提高了煤礦機(jī)械化自動(dòng)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(xiàng)目實(shí)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(huì)效益通過推進(jìn)煤礦機(jī)械化自動(dòng)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(dòng)強(qiáng)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(qiáng)防止各類安全事故發(fā)生的能力。6. 項(xiàng)目應(yīng)用前景及推廣價(jià)值。通過項(xiàng)目實(shí)施礦井監(jiān)測(cè)監(jiān)控智能化水平得到進(jìn)一步提升，有力地 促進(jìn)了我國煤礦安全監(jiān)測(cè)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(shí)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(cè)監(jiān)控安全保障示范工程具有可推廣性。7. 項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和下一步打算7.1 總結(jié)示范項(xiàng)目通過三層架構(gòu)的建立， 最終形成以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)安全生產(chǎn)數(shù) 據(jù)為信息基礎(chǔ)，以礦井綜合自動(dòng)