数字矿山管理平台设计方案.docx

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1、数字矿山在线管理平台设计湖南中大检测技术集团有限公司2019年6月27日目录一、概述41.1研究背景41. 2安全监测和管理现状分析5二、在线决策管理平台的开发71.1 开发原则72. 2方案设计73. 3安全管理和危险预警系统82.3.1逻辑架构82.3.2网络结构92.3.3功能结构102.3.4基于智能终端的安全检查132.4矿山动态信息在线监测系统162.4.1设计思路162.4.2系统构成162.4.3数据采集子系统172.4.4数据传输子系统192.4.5安全信息子系统192.5三维动态模拟矿井事故救援辅助决策系统212.5.1面向应急救援决策的虚拟建模212.5.2BIM建模21

2、2.6安全生产数据中心和综合网络平台232.6.1安全生产数据中心232.6.2网络系统242.7矿井综合自动化系统242.7.1集成功能（含扩展功能）252.7.2系统功能模块介绍25三、系统兼容性和共享性的研究323.1 软硬件系统的兼容性分析323.2 软件系统数据共享问题323.3 与市、省平台连接问题32一、概述1.1 研究背景我国矿产资源总量丰富，已经探明的矿产资源占世界总额的20%左右。矿业是我国基础工业的支柱，是国民经济的基础。目前我国正在处于社会结构形态转变过程中，但对矿产资源的需要却并未减少。我国大大小小的矿山，有煤矿，有铁、铜、金等金属矿为代表的非煤矿山，这些矿山遍布全国

3、各地，由于地质条件、基础设施、开采方法、管理制度以及工作人员素质等原因，导致矿山开采中安全形式非常严峻，每年我国矿山地质灾害时有发生，给社会稳定带来了巨大影响。据统计调查，事故发生率排到第一位的是坍塌，接着分别是物体打击、冒顶片帮和高处坠落，分别占事故总数的18.75%、17.9%、16.63%、12.63%,死亡人数占到矿山总死亡人数的67%左右。事故发生类型详见图1所示。体打击车辆伤害坍塌物中毒窒息冒顶片帮机械伤害淹溺-佑汤图1:事故类型发生率饼状图而处坠落其他伤害起重伤害农器爆性放炮触电其他爆炸蜴，心展，柞矿山开采的安全问题成为政府和矿山企业关注的重点，国家相关安全监管单位也下达了相应要

4、求。煤矿安全规程在2010年对2004年版本的修订中,将原来规定“高瓦斯矿井、煤（岩）与瓦斯突出矿井，必须装备矿井安全监控系统”变成“所有矿井必须装备矿井安全监测系统”，其目的就是为了提高矿井安全装备和管理水平，确保矿井安全生产。煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范也作了一些阐述，“建立和完善安全监控系统和井下瓦斯浓度、一氧化碳浓度、温度、风速进行实时监控；地下采矿企业应建立视频监控系统以及相对完整的升降系统，实现对井口调度室、启闭机室、加强人员进出井口、井底、中段马头门等的视频监控；监控系统最基本的功能应有数据显示、传输、存储、控制等”。2015年，湖南省国土资源厅和湖南省安全生产总局发布

5、关于加强矿产资源开发管理促进安全生产有关问题的通知，明确要求切实加强安全监管,规范开采规模。在2017年第4期湖南省非煤矿山安全上产督查通报中指出各市县矿山安全监管能力较差，企业主体责任意识不强，安全隐患和问题仍然存在。鉴于此，为了控制和预防矿山开采过程中各种地质灾害，保证资源安全、高效的开采，保护矿山环境、实现矿业的可持续发展，湖南省建立矿山安全在线管理系统势在必行，同时能形成良好的社会效益和经济效益。1.2 安全监测和管理现状分析矿山资源作为现代化社会赖以生存和发展的基础资源，是国民经济快速发展的主要动力之一。众所周知，科技的发展速度与资源利用效率密切相关，一般情况下，没有足够资源利用所产

6、生的动力就没有科技技术的进一步发挥作用，而没有科技技术的支持，资源也不可能取得进一步的开采。随着国家经济、科技的不断发展，对矿山的安全设备设施和科技投入大幅度增大。例如在20()7年，甘肃省花厅煤电股份公司安装SOS微震系统，并结合当地的地理环境，成功预测和预警多次大大小小的冲击地压事件；目前即时信息监控、动态安全预警，虚拟仿真等正在蓬勃发展，而这一切都依赖现在的“物联网”技术。它是将各种设备的感应和识别装置通过互联网或者其他局域网络进行连接，以达到物物、人物互联的状态，形成信息共享的智能网络。作为一个引领第三次信息产业的新兴产业技术，物联网技术已经开始在各行各业得到广泛应用，包括在矿山“安全

7、避险六大系统”中也大量应用了物联网技术。该技术在非煤矿山的应用，使得人们对动态信息的监控和采集变得容易，对这些信息的管理和应用就成为了迫切需要解决的问题。但是也存在一些问题，而目前矿山的监测监控、人员定位等系统的软件都是由不同软件公司开发，普遍存在功能单一、互不兼容、信息不能共享等问题，急需要有一标准和规范；政府和企业都缺乏行之有效的安全管理系统。二、在线决策管理平台的开发2.1 开发原则平台的开发研究主要遵循以下原则：（1）通用性原则通过平台应能方便快捷的安装，有良好的推广价值，能够像操作系统一样随时安装在中矿山企业网络中，满足各种层次矿山企业的需求。（2）集成性原则在满足通用平台需求的前提

8、下，尽可能的结合现有的系统资源，做好资源优化配置，做好整合工作，减少不必要的接口，同时尽量将设备整合为一体。（3）实用性原则通用平台要结合矿山实际情况，提供良好的人机交互界面，便捷的操作方式、使矿山作业人员和各级管理人员经过简短的培训就能掌握要领。（4）良好的兼容性和数据共享性原则通用平台安装后不应和现有各种管理系统发生冲突，在数据方面能够相互共享，以减少数据输入的数量，可以避免出现数据冲突的现象。同时考虑随着信息和计算机技术的发展，平台还要在一个时期内适应未来新接口协议和兼容性。2.2 方案设计基于物联网技术的矿山（含非煤矿山）安全决策管理平台是一个以信息化和物联网技术为基础，应用三维可视化

9、虚拟仿真技术开发的通用信息平台，平台上搭载基于物联网技术的地下矿山动态信息在线监测系统、非煤矿山安全管理和危险预警系统、三维动态模拟矿井事故救援辅助决策系统；非煤矿山安全管理和危险预警系统基于物联网技术的地下矿山动态信息在线监测系统，为三维动态模拟矿井事故救援辅助决策系统提供数据支撑；基于物联网技术的地下矿山动态信息在线监测系统为安全管理和危险预警系统提供实时数据预警。这几大系统又分别由一系列子模块构成，它们既可以独立运行，又可以联合运行,互相支撑，共享数据资源，该平台的总体架构如图2所示。人员动态宿息齐集九M器致器设备远程控制囹-动心信息在线也测系决图2：决策管理平台总体框架图(1)非煤矿山

10、安全管理和危险预警系统以现有安全生产标准化系统为蓝本,以实现安全信息工作的科学化、规范化、现代化以及前瞻性管理为目标，具备对安全信息的采集、统计、分析、处理、传递和预警功能，是整个平台的基础。系统具备安全信息的分级管理、控制能力，对已发生事故的分析与统计能力,以及对危险源的辨识和潜在事故的预警预控能力。(2)矿山动态信息在线监测系统主要是针对矿山地面和井下温湿度、风速、风质、氧气和有毒有害气体、粉尘等工作环境参数；风压、电流、电压等设备设施参数；地压、涌水量等地质参数进行监测，主要是为安全管理和预警系统提供原始数据，同时为应急救援辅助决策系统提供井下实时数据，供决策者参考。(3)三维动态模拟矿

11、井事故救援辅助决策系统在三维矿山模型数据库的基础上，利用矿山动态信息在线监测系统监测到数据及时掌握井下人员分布和实时状态、灾害扩散状态；结合事故处置知识库，采用合理的算法确定井下各部分人员的动态逃生路线。为应急决策者提供辅助信息。不仅能够在事故发生时使用，还可在应急救援演练时使用，使用过程中还可对系统进行升级，提高可操作性。2.3 安全管理和危险预警系统系统逻辑结构如图3所示，分为用户接口层、业务层、数据层和基础层,并以信息安全保障体系和安全标准规范保障体系为支撑，涵盖了25个功能模块。2.3.2 网络结构系统采用如图4所示的网络拓扑结构。什总安全保障体系安全标准规范保障体系图3：系统逻辑示意

12、图图4：网络拓扑结构2.3.3 功能结构 系统包括 企业资质 安全生产组织保障 员工安全档案管 安全教育培训 特种设备 危险作业许可 安全生产费用 职业危害信息 “三同时”信息 安全卫生设备设施 安全检查与隐患整改 职业卫生健康 风险管理与评价 文件与资料 安全生产法律法规 作业现场安全 系统管理评审 风险抵押金 应急信息 事故管理与统计分析 安全管理缺陷预警 安全绩效 安全文化管理 系统维护具体结构见图5所示。安全信息管理和危险预瞥系统系统管理评，色现场与设备设航王通国均筑场管理风险管理与IT饰T君设备预警昔理王职业卫生健康管理T安唉检查与Ss陶管理文ft耳哥科哲理风圈抵押会性理向典伯萋I职

13、业危击信息管理王安全生产费用管理，管理评审改进曲古管理评中会说圮录-Q变化信息管理任务观-FF息风障统计与分析危险淞管现院螺辨普评检1纠正与预防措施丁B攵$9$里至大院患管理-InzuduCxna抵押金发放管理rr参与人员管理PA联业危皆侑息清单FA职业R生安全检看瞅业危害信息收明千囿却摄批许可管理土安全生产法律法规T声线考试管理而统役需报废管理冏定密户清查安标产品管理土落全警示标志士爆破镭材管耳消防材零件更摸佰息f算皆D音-M-Mn区页g$将和设备更换警个人的F用品员工催出档案7安委会会谀记录厂记文件精载管理文件安全兄录管理.作非文件管理覆保睑管理计与分析全科技投入4午度：划管理生产贵用出也

14、-Mtl尼司利艮:许可济程普理，许可作业审批，音可作业申言图5：系统功能模块图A安全教育培训信息-救白相训班号加工安全档案管理上生产如织保I一3企业安全证书管理土企业II全粮况厂山东r业公司简介G恃种作亚人员管坦员工基本信息管理-+生产贡任状签7不评优信息管理干供过商与承包商r员一参与信息2.3.4基于智能终端的安全检查基于智能移动终端的安全检查是政府监管部门或企业贯彻落实“安全第一、预防为主、综合治理”方针的重要手段，同时也是发现安全隐患，堵塞安全漏洞，强化安全管理的重要举措。只有在安全检查中及时发现作业过程中人的不安全行为、物的不安全状态、管理缺陷、环境缺陷，才能及时准确的整改安全生产中的事故隐患，做到“防患于未然，。安全检查主要采用检查表方式，但是由于安全检查项目繁多，检查人员专业知识有限，检查结果深度不一，为隐患的定性定量分析带来了困难；同时一些检查人员疏忽职守，没有到现场进行检查，使安全检查流于形式；同时对于检查到的隐患不能进行及时处理整改，这些都使安全检查对事故的预知预防的功能大大削弱。为此，开发基于智能移动终端的安全检查系统，对提高企业安全管理水平有着非常重要的现实意义。基于智能移动终端的安全检查系统利用智能手机、平板电脑等便携式