露天煤矿智能综合管控平台应用研究

露天煤矿智能综合管控平台应用研究

田伟

内蒙古准格尔旗大石圈煤矿有限责任公司 内蒙古鄂尔多斯市，017000

摘要：针对露天煤矿各系统数据分散、无法充分结合露天煤矿GIS“一张图”数据融合展示和风险实时分析等问题,本文将以国能宝日希勒能源有限公司(以下简称“宝日希勒露天煤矿”)结合其自身信息化系统建设情况，以及构建基于“云边端”的智能综合管控平台为例,详细介绍该综合管控平台的总体架构,并阐述数据采集与存储、风险监测预警技术等关键技术.通过在宝日希勒露天煤矿实际应用表明,该平台能够实现露天煤矿多维数据的综合查询和多维展示,提升了矿山各类系统异常数据的处置能力、综合风险分析能力和露天煤矿生产效率,对其他露天煤矿智能综合管控平台的建设有一定借鉴。

关键词：露天煤矿；智能化设计；大数据；云服务；信息综合管控平台

引言：2021年12月，国家能源局印发了《智能化示范煤矿验收管理办法(试行)》(以下简称“验收办法”)，为我国煤矿智能化建设指明了方向。其中，验收办法中综合管控平台的建设是露天煤矿智能化建设的重要组成部分(该部分为4分)。验收办法一是要求实现全环节、全周期、全过程实时数据进行统一采集、存储、管理、分析；二是要求具有完善的安全风险分级管控和隐患排查双重预防机制，能够实现边坡、水害等多种灾害监测预警与应急救援指挥调度；三是要求智能综合管控平台能支持大屏显示、PC端显示和移动端显示。

一、智能综合管控平台总体架构

智能综合管控平台的主要功能是实现数据采得到、数据用得好、数据看得见以及数据可决策的４个维度。针对智能综合管控平台的建设内容,采用“云边端”的总体建设思路,具体建设采用“五层两体系”的架构模式,涵盖端部的感知设备层、边侧的传输层、云上的平台层、应用层和展示层,以及贯穿始终的安全运维体系和标准规范体系。智能综合管控平台总体架构。

(一)感知设备层

该层依托数据采集标准规范体系,采集露天煤矿各类系统数据,如:边坡、设备(采掘、运输、钻爆、排土)、供电、疏干、人员、产量、视频、气象等实时数据和系统运行数据,实现对露天煤矿可采集系统数据的全量采集,为综合管控平台提供数据底座支撑。

(二)传输层

目前宝日希勒露天煤矿已经建立内部５G环网,为无人驾驶提供网络传输通道,同时实现了数据的高速传输。该层在边缘侧提供边缘计算、智能分析、资源管理和监控运维能力,部署了多台智能采集服务器,经过对数据进行的边缘侧处理,实现了端侧数据与平台数据的互联互通和双向交互。

(三)平台层

该层包括物联平台、采集平台、边缘计算平台。其中,物联平台具备设备接入、规则引擎等功能;采集平台由设备集成、消息集成、数据集成以及API接口集成组成;边缘平台具备算法推送和边缘节点管理功能。物联平台、采集平台、边缘计算平台均由云平台提供整体支撑。

(四)应用层

该层具备露天煤矿风险预警平台、三维视频平台、综合“一张图”安全管控、二三维协同平台、车铲智能匹配、数据智能查询和系统管理等功能。

(五)展示层

该层要求完全符合国家智能化验收标准,并支持大屏显示、PC端显示和移动端显示。利用三维建模、GIS“一张图”方式呈现露天煤矿的全貌数据。同时,智能综合管控平台的用户需要涵盖集团用户、二级单位以及煤矿用户３个层次,根据不同用户的不同关注点,呈现不同用户的定制化需求。

二、智能综合管控平台关键技术

（一）数据采集与存储

根据露天煤矿数据类型,按照不同主题集进行划分,每一类数据集对应多个采集器,每个主题集对应不同的采集器。此外,每一类数据实现一个采集器,同时每个采集器又能够根据数据量的大小进行横向扩展,提升采集性能。露天煤矿的实时运营会产生大量实时数据,时序采集平台需要７×２４h实时采集,采集工具(ETL)支持直接从时序库数据源中进行抽取,实现消息接受、消息解析、数据存储以及数据应用,最后为业务系统应用。在数据存储方面,关系库存储基础数据、元数据、主数据、字典数据等;时序库存储字典类、基础类、实时最新断面数据,并实时最新统计计算结果数据;分析库存储经过加工、露天煤矿的实时运营会产生大量实时数据,时序采集平台需要７×２４h实时采集,采集工具(ETL)支持直接从时序库数据源中进行抽取,实现消息接受、消息解析、数据存储以及数据应用,最后为业务系统应用。在数据存储方面,关系库存储基础数据、元数据、主数据、字典数据等;时序库存储字典类、基础类、实时最新断面数据,并实时最新统计计算结果数据;分析库存储经过加工、处理、计算后的数据,主要以分析数据为主[1]。

（二）风险监测预警技术

根据露天煤矿接入系统的数据,构建露天煤矿综合风险评价指标体系和预警模型,可对露天煤矿综合风险进行评价。评价指标体系涵盖人、机、环、管４个方面。利用熵权法、证据理论等模型对露天煤矿进行综合评价,同时针对边坡等系统的实时数据进行位移、速度、水位等数据的实时预测,为露天煤矿灾害风险提供技术支撑。同时根据风险研判结果,进行红、橙、黄、蓝４级预警。

（三）灾害风险处置流程

通过构建的风险研判指标体系和预警模型,能根据露天煤矿各类灾害风险的研判结果制定露天煤矿灾害风险处置流程。同时,该模型可根据不同级别的预警进行不同级别的处置。

三、应用情况

首先，智能综合管控平台的GIS“一张图”功能能够展示宝日希勒露天煤矿各类系统接入的实时数据,涵盖报警数据、车辆实时位置数据、实时产量及剥采比数据。“一张图”可以进行图层切换和量测工具应用,进行长度、面积、体积量测。GIS“一张图”可将全矿５００多个钻孔进行三维展示,叠加无人机影像数据和CAD采矿线框数据为露天煤矿综合生产提供支撑。可查阅矿坑内车辆运行数据、司机与车辆关联数据以及历史轨迹回放数据。同时,通过图层控制的方式,可以实现对边坡、车辆、疏干水、视频监控、电子围栏等系统数据的显隐展示。GIS“一张图”实现了多系统数据的融合展示,打破了数据壁垒和系统壁垒,提升了数据融合展示效果。GIS“一张图”综合展示界面如图３所示。

其次，智能综合管控平台能够提供露天煤矿三维钻孔的实时查阅、任意位置剖面的快速剖切、道路纵断面剖切以及矿山生产回溯等功能。矿山生产回溯通过上传当年各月的实际剥采总量图纸信息,利用３DTile发布方式,通过图层控制可实现对宝日希勒露天煤矿历史采剥状态的实时还原与回放。同时,也可实现对生产计划图纸数据的模拟推演。

最后，智能综合管控平台能够提供露天煤矿各类生产数据的实时查询,涵盖生产采剥量的月度和年度查询、车辆实时数据的查询、边坡数据查询以及实现对车铲的实时匹配分析。平台通过分析车辆实时运距和铲挖量来对车铲的欠铲、欠车情况进行实时计算。当通过发现某处存在欠车情况时,通过平台进行实时测算,精确计算出需要的车辆。通过GIS“一张图”可精准调度车辆来实现剥采计划的高效执行,提升露天煤矿的生产效率,通过智能综合管控平台进行车辆调度,提升车铲效率５％左右,大大降低了生产成本。

结论：露天煤矿智能综合管控平台的建设涉及数据采集与存储、风险监测预警技术以及灾害风险处置流程,整体功能涵盖GIS“一张图”、采矿计划等管理。该平台上线运行后,实现了露天煤矿各类系统数据的“一数一源”集中融合展示和多维数据实时查询,提升了数据的准确性和统一性。通过构建风险评价指标和闭环管理流程机制,露天煤矿各系统的各类报警数据下降明显。与此同时,通过对卡车和电铲的实时匹配分析,降低了车铲等待时间,提升车铲效率５％以上,大大降低了生产成本。宝日希勒露天煤矿智能综合管控平台的建设为我国其他露天煤矿智能综合管控平台的建设提供了参考和借鉴。

参考文献：

[1]付恩三，刘光伟，王新会，等．基于“互联网＋”智慧露天煤矿建设发展新构想[J]﹒中国煤炭，2020，46(2):35—41。