煤矿采掘工作面评价监控系统的设计与实现

杨 毅

(郑煤集团信息管理中心，河南省郑州市，450000)



煤矿采掘工作面评价监控系统的设计与实现

杨 毅

(郑煤集团信息管理中心，河南省郑州市，450000)

分析了郑煤集团当前的信息化现状，根据郑煤集团现有的信息化水平，研究开发了煤矿采掘工作面评价监控系统，详细介绍了该系统的评价监控流程分析、系统布局、网络结构设计、软件整体结构设计以及数据库系统的设计。实际应用表明，该系统可以使集团公司上下级协同工作，达到全员实时监控煤矿的安全生产信息，有效提升集团公司的信息化管理水平。

煤矿安全 采掘工作面 安全评价 监控系统 WebGIS

1 郑煤集团信息化现状

郑煤集团建立的郑煤局域网由骨干网和接入子网组成，骨干网与接入子网的界面为各个接入子网的主交换机，对内实现了各个接入子网与骨干网互联以及各个接入子网之间的互联，对外通过统一出口连接中国公用计算机互联网(Chinanet)与国际互联网(Internet)，这些软硬件环境的建设为提升郑煤矿集团信息化水平奠定了基础。目前，赵家寨、白坪等11个主力矿井和选煤厂通过10 G光传输环网进行连接，由集团公司总部机房及新密矿区机房同时监控。光传输环网是集团公司近年来重点建设的信息化项目之一，具有传输带宽高、抗干扰能力强、信号稳定等优点，它最大的功能是链路保护功能，即在一条光缆中断的情况下不影响瓦斯监控，能够极大地提升整个传输网络的可靠性。

目前，郑煤集团在生产技术管理上引进了一系列的软件系统：2003年，集团公司引入了地测空间信息管理系统软件，实现了对集团公司地测专题图形的数字化管理；2005-2006年，集团公司针对瓦斯及水害防治工作提出了利用计算机与地理信息系统技术实现对瓦斯水害预测、预警的思想，开发了矿井瓦斯、水害防治系统并得到了成功应用； 2007年，集团公司又为机电部门引入了机电运输管理信息系统，实现了集团公司机电专业的数字化管理；2010年，集团公司创建了安全闭环管理信息系统，实现了监控信息和隐患信息的闭环管理，同时升级了生产技术管理系统和瓦斯导航系统。这些信息管理系统的应用在一定程度上提升了郑煤集团信息化建设的水平，然而，这些信息管理系统的信息只在集团公司各个处室和煤矿的主管部门得到了应用，煤矿及其下属区队需要有一套相应的软件系统，通过该系统可以使评价监控和隐患等各种信息深入到煤矿及下属区队。煤矿采掘工作面评价监控系统充分利用了ComGIS和WebGIS技术，在专题图空间管理信息系统的基础上实现了专题图形的网上发布和信息查询，将安全生产监控信息实时传递到用户，用户根据各级领导的评价信息有计划地实施采掘工作，提高煤矿安全生产水平。

2 系统设计

2.1 系统工作流程分析

本系统的工作流程分为直管矿井工作面评价流程以及整合矿井工作面评价流程，直管矿井工作面评价流程负责直管矿井，首先从瓦斯、水害、顶板和机电4个方面进行自评，自评通过后接受集团公司的审核，审核通过才允许生产。如果直管矿井自评没有合格或者没有通过集团公司的审核，则不允许矿井生产。整合矿井工作面评价流程负责整合矿井，首先从瓦斯、水害、顶板和机电4个方面进行自评，自评通过后接受区域公司的审核，通过区域公司的瓦斯、水害、顶板和机电4项审核后，最后接受集团公司的4项审核，只有通过集团公司的瓦斯、水害、顶板和机电4项审核后才允许矿井生产。如果整合矿井自评不合格，则不能进行区域公司的审核。如果区域公司审核未通过也不能进入集团公司审核，只有通过集团公司审核的矿井方可进行生产。郑煤集团直管矿井采掘工作面评价流程和郑煤集团整合矿井采掘工作面评价流程如图1和图2所示。

2.2 系统布局

郑煤集团建立了包含所有生产矿井的安全生产网络，将集团公司、直管矿井、区域公司以及下属的整合矿井都集成在统一的安全生产网络上，所有的信息数据在安全生产网络上传输，在集团公司总部建有数据中心机房，其中安全闭环管理系统、生产技术管理系统以及数据库服务器都安装在这个机房内。在集团公司和各个矿井安装的触摸屏一体机上的煤矿采掘工作面评价监控系统客户端通过安全生产网络从服务器上获取数据。煤矿采掘工作面评价监控系统结构布局如图3所示。

图1 郑煤集团直管矿井采掘工作面评价流程

图2 郑煤集团整合矿井采掘工作面评价流程

图3 煤矿采掘工作面评价监控系统结构布局

2.3 网络结构设计

郑煤集团所属赵家寨、白坪等11个主力矿井和选煤厂通过10 G光传输环网进行连接，由集团公司总部机房及新密矿区机房同时进行监控。光传输环网分为东、西两个环路，西环由超化矿、大平矿、告成矿、白坪矿和米村矿组成，东环由芦沟矿、赵家寨矿、李粮店矿、选煤厂和裴沟矿组成。兼并重组矿井及使用VPN(Virtual Private Network ，简称VPN)的直管矿井通过各矿的VPN100、集团公司总部机房的VPN400以及租用的联通线路共同组成VPN虚拟专用网进行数据传输。VPN虚拟专用网络不必架设专用线路即可建立起集安全、经济、灵活等优点于一身的传输网络。郑煤集团网络架构示意图如图4所示。

图4 郑煤集团网络架构示意图

2.4 软件整体结构设计

煤矿采掘工作面评价监控系统是以生产技术管理系统和安全闭环管理系统为数据基础创建的，所需的数据主要从安全闭环系统和生产技术管理系统获取，系统在使用时，在生产技术管理系统和安全闭环管理系统添加、上传数据或者文档，操作完成后就可以在系统客户端进行查询浏览。煤矿采掘面评价监控软件系统结构示意图如图5所示。

2.5 数据库系统设计

郑煤集团要求煤矿采掘工作面评价监控系统设计能在150个矿井中应用，每个矿井安装10～15台触摸屏一体机，系统数据的交互量较大，因此要求数据库的数据结构不仅合理而且还可以扩展，所以必须选择最优的数据库模式。由于煤矿采掘工作面评价监控系统是基于WebGIS而建立的，因此选用的数据库必须具备处理大量图形数据和属性数据的能力，SQL Server 2008数据库可以将结构化、非结构化和半结构化等各种数据进行管理和存储，还可以实现对各种数据进行查询和分析等各种操作，因此选择SQL Server 2008作为本系统的数据库。

图5 煤矿采掘面评价监控系统软件结构示意图

2.6 系统功能模块设计

研发本系统的主要目的是为了深化采掘工作面评价与监控的管理模式，使之深入到矿井、区队等各级单位，做到职工对采掘区域评价情况及相应措施清楚，管理人员对监控重点明白，达到采掘作业与监控信息同步，实现矿井采掘作业管理规范化和信息公开化，对集团公司安全生产提供意识形态上的安全保障，提升集团公司安全生产信息化应用水平。本系统涉及的主要功能模块包括评价监控、规程措施、图纸查询、技术培训、矿井信息、模拟考试、机电评定、通知通告、规模标准和公共信息。系统主要功能结构图如图6所示。

3 系统实现

3.1 区队采掘工作面评价监控子系统

区队采掘工作面评价监控子系统在区队屏幕显示，主要功能为动态显示本区队所管辖的采掘工作面的信息，查看相关的工程技术图纸，实现区队职工现场技术培训、发布经验以及寻求帮助等功能。区队采掘工作面评价监控子系统显示信息主要有采掘工作面的基本简介、评价审核意见、当日的区队跟班人员、当班出勤人数、避灾线路、当前的工作计划及要求、当前的水害探测、瓦斯治理情况以及当前需重点监控的内容及过程。

图6 煤矿采掘工作面评价监控系统主要功能结构图

3.2 矿井采掘工作面评价监控子系统

矿井采掘工作面评价监控子系统在矿上屏幕显示，矿上屏幕由左、右两屏幕显示，具体功能如下：

(1)左屏幕功能。默认情况下，左屏幕定时滚动显示矿井需重点监控的各个采掘工作面的信息(采掘工作面基本情况、评价审核意见、当日的工作计划、跟班负责人、重点监控内容、监控跟踪情况及各种探测情况等)。内容区域左侧显示矿井通过评价审核的采掘工作面列表，右侧显示指定采掘工作面的信息。若需要查看某个采掘工作面信息，点击左边列表的某个采掘工作面名称，右侧显示相应的评价监控信息。

(2)右屏幕功能。默认情况下，右屏轮换显示“值班带班”、“领导下井”、“核定人数”、“安全隐患”以及“矿井概况”，若看不到这些功能，请重新执行“矿井屏幕功能浏览”第一步。“值班带班”为公示当天显示的值班领导及带班领导；“领导下井”为公示矿上领导当月下井、带班和值班情况；“核定人数”为公示矿井核定出勤人数、当班实际出勤人数以及各采区和区队实际出勤人数；“安全隐患”为公示当月发现存在安全隐患的地点及负责人；“矿井概况”为介绍矿井的相关信息。

3.3 集团公司采掘工作面评价监控子系统

集团公司采掘工作面评价监控子系统在集团公司屏幕显示，集团公司屏幕由左、右两块屏幕组成，具体功能如下：

(1)左屏幕功能。左屏默认情况下动态显示集团公司直管矿井需重点监控的采掘工作面。分“瓦斯治理”、“水害防治”、“顶管管理”、“机电运输”4个类别轮换显示，每一个类别定时轮换显示，也可以点击查看任意类别的监控情况。监控的每一项显示信息包括矿名、采掘工作面名称、监控类别、监控要求以及当前所处的跟踪情况。点击单项可查看详细的跟踪处理信息。

(2)右屏幕功能。右屏默认情况下显示集团公司瓦斯防治、水害防治、顶板管理、机电运输的评价审核的总结，也可用来配合左屏查看相关的“工程技术图纸”和“规程措施”等。

4 应用效果

2014年该系统在郑煤集团公司和告成矿首先投入运行，通过在系统运行过程中的不断改进、补充和完善，该系统现已成为集团公司对矿井采掘作业管控的重要手段，对矿井采掘作业规范管理及安全生产起到了积极的推进作用。该系统进一步深化了采掘工作面评价与监控的运行管理，使评价与监控渗入到了矿井和区队，做到了职工和管理人员对采掘区域评价情况、针对措施以及监控重点清楚明白，达到了采掘作业与监控信息同步，实现了矿井采掘作业管理规范化和信息公开化。郑煤集团赵家寨矿、白坪矿、大平矿和超化矿陆续引入煤矿采掘工作面评价监控系统，为郑煤集团安全生产提供了安全保障，也使郑煤集团安全生产信息化得到进一步提升。2016年，郑煤集团开发的煤矿采掘工作面评价监控系统获得河南省科学技术普及成果奖。

[1] 胡俊伟.煤矿采掘工作面顶板管理问题的处理方法探究[J].能源与节能，2016(4)

[2] 许俊，田佩芳.基于GIS的煤矿安全隐患排查治理综合信息管理平台设计及应用研究[J].中国煤炭，2017(1)

[3] 高晓旭，聂尧，董丁稳等.基于三类危险源理论的煤矿危险源辨识信息管理与评价系统研究[J].中国煤炭，2015(12)

[4] 唐隆森.基于无线传感网络的配电网故障定位管理系统的设计与实现[D].电子科技大学，2016

[5] 李俊，罗勇胜.关系数据库设计中范式理论的教学方法探讨[J].电脑与信息技术，2016(2)

[6] 贺特克. SQL Server 2008从入门到精通[M]．北京：清华大学出版社出版，2011

(责任编辑 路 强)

Design and implementation of evaluation and monitoring system for coal mining face

Yang Yi

(Information Management Center of Zhengzhou Coal Industry (Group) Co., Ltd., Zhengzhou, Henan 450000, China)

Taking Zhengzhou Coal Industry (Group) Co., Ltd. as the background, the author analyzed the current situation of informatization,studied and developed evaluation and monitoring system for coal mining face, and elaborated the system’sevaluation and monitoring process analysis, system layout, network structure design, software overall structure design and database system design. The practical application showed that the system could achieve cooperative work between the group company superior and subordinate, monitor the safety production information of coal mine in real time and promote effectively the informatization management level of group company.

coal mine safety, mining face, safety evaluation, monitoring system, WebGIS

杨毅. 煤矿采掘工作面评价监控系统的设计与实现[J]. 中国煤炭，2017，43(7):108-111. Yang Yi. Design and implementation of evaluation and monitoring system for coal mining face[J] .China Coal，2017，43(7): 108-111.

TD76

A

杨毅(1982-)，女，河南周口人，工程师，信息系统项目管理师，主要从事煤矿信息化建设和管理工作。