基于ROMA的煤矿智能安全管理系统建设与应用.pdf

露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月近年来，我国重点煤矿的安全系统建设发展呈现不均衡态势，大部分通过自动化生产控制和子系统监控来实现，安全状况虽然得到部分改善，但在信息化建设方面处于相对滞后状态。在整体规划、生产、管理、控制等环节尚未形成集成化、统一化、共享化的数字煤矿安全监测管理系统，未能达到安全管控一体化效果1。主要问题包括：对安全生产信息化建设缺乏统一认识；尚未形成安全生产信息化建设的标准和指导规范；网络基础设施建设不足，存在大量信息孤岛；信息化和自动化脱节，缺乏统一的分析平台2。基于ROMA的煤矿智能安全管理系统以安全环保业务的过程管理为核心，综合信息管理、动态监测、分析预警管理及安全环保数据中台等业务，为企业安全综合管理提供了信息化、标准化的平台。有效提升企业安全管理水平，切实减少各类事故的发生，为企业的健康发展提供良好保障3。1基于ROMA的系统建设方案1.1系统建设目标智慧露天矿山，即以矿山数据数字化、生产自动化、管理信息化为基础，结合新的传感器技术、网络DOI:10.13235/ki.ltcm.2023.03.017赵海平,张海波,张立伟,等.基于 ROMA 的煤矿智能安全管理系统建设与应用 J.露天采矿技术，2023，38（3）：62原66.ZHAO Haiping,ZHANG Haibo,ZHANG Liwei,et al.Construction and application of coal mine intelligentsafety management system based on ROMA 允.Opencast Mining Technology,2023,38（3）:62原66.移动扫码阅读基于 ROMA 的煤矿智能安全管理系统建设与应用赵海平1,张海波2,张立伟2,金富余2,张伟明1,王俊杰1（1.北京中企时代科技有限公司 霍林郭勒分公司，内蒙古 通辽 028000；2.内蒙古电投能源股份有限公司 南露天煤矿，内蒙古 通辽 028000）摘要：为解决行业普遍存在的资源分散、事件处理滞后、安全隐患排查不及时等问题，提出对接在线监测硬件设备、ROMA平台，以信息、通信和GIS等技术相结合的煤矿安全监控系统建设方案，实现对安全生产、环境保护及突发事件快速、及时、准确应对处置。结果表明：通过数据模型、边缘计算等技术建立的煤矿智能安全管理系统，有利于增强煤矿企业安全管理水平。关键词：安全监控；超限预警；ROMA平台；多系统区域联动；安全管理中图分类号：TD67文献标志码：B文章编号：1671-9816（2023）03-0062-05Construction and application of coal mine intelligent safety management system based on ROMAZHAO Haiping1,ZHANG Haibo2,ZHANG Liwei2,JIN Fuyu2,ZHANG Weiming1,WANG Junjie1（1.Beijing China Enterprise Times Technology Co.,Ltd.Huolin Gol Branch,Tongliao 028000,China;2.South Open-pit Coal Mine,Inner Mongolia Power Investment Energy Co.,Ltd.,Tongliao 028000,China）Abstract:In order to solve the common problems in the industry,such as scattered resources,lagging event handling and untimelyinvestigation of potential safety hazards,this article puts forward a construction scheme of coal mine safety monitoring systemconnecting online monitoring hardware equipment and ROMA platform and combining information,communication and GIStechnologies,so as to realize rapid,timely and accurate response and disposal of safety production,environmental protection andemergencies.The results show that the intelligent coal mine safety management system established by data model and edgecomputing technology is beneficial to enhance the safety management level of coal enterprises.Key words:safety monitoring;overrun warning;ROMA platform;multi-system regional linkage;safety management收稿日期：2022-07-28责任编辑：张东旭作者简介：赵海平（1975），男，内蒙古乌兰察布人，高级项目管理师，本科，2001 年毕业于桂林工学院，从事数字化管理及规划工作。62露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月通信技术、空间信息技术、人工智能技术等，实现矿山生产及安全管理的智能感知、辨识、记忆、分析计算、判断和决策、评估考核改进，最终实现智慧矿山绿色、安全、高效的目标。通过网络改造、智能终端安装、软件平台开发、建立各系统之间的数据通道，搭建数字和视频平台，融合原有系统数据、视频，利用数据模型、图像识别模型、边缘计算、卫星定位、遥感等技术形成矿山安全生产中心，依托系统可实现安全管理的信息化及泛在的无人监管与集中处置态势。系统方案遵循智慧矿山框架即：一网（网络互联互通）、一云（可扩展私有云）、一平台（具有较强兼容性的数据视频平台）、N应用（可在平台基础上实现功能灵活扩展）。系统是提供全面的面向生产现场、安全管理、预测分析等多方面的综合信息系统，能对各业务单元的安全信息进行分析和综合管理，提高对整体安全的管理和监控能力，是实现煤矿安全一体化的优先路径。各级管理者实时监测各类安全反馈信息，达到快速响应、动态反馈、安全预警、隐患闭环等多方集中管理。1.2系统建设内容系统建设内容包括智慧运营中心（IOC）、驾驶舱（领导驾驶舱、机电驾驶舱、安全驾驶舱）、应用定制开发（违章监管、爆区布防、边坡预警、防汛预警、风害处置、火灾处置、安全业内信息化、防碰撞、区域管控、视频融合、应急预案管理、矿界监视、员工管理、车辆人员定位）、ROMA集成实施和GIS地图建模适配等5部分内容。1）智慧运营中心。本次项目聚焦在安全管理领域相关指标概览，包括但是不限于区域管控，视频巡查，应急处置，安全内业，环境态势，展示该领域核心KPI和重点任务统计结果，辅助该领域相关领导进行“一张图”掌握安全态势，支撑日常工作的科学决策工作4。2）领导驾驶舱。针对内蒙古电投能源南露天矿中高层管理者，旨在汇聚各职能部门的业务数据，包括但不限于生产，安全，机电，控制，监测，自动化等多个领域，全面直观地掌握企业的整体情况，以便管理者在综合考虑各项因素后进行相对正确的决策。因此就要实现对煤矿经营管理，机电管理，人员管理，安全监测等系统的关键数据查看，同时支持点击查看各系统详细数据，进一步掌握矿山运营状况5。3）机电驾驶舱。整合防疲劳系统等南向10个系统的业务数据，一揽子展示核心数据，以及矿场相关的机电设备运行状态监控，设备异常监控的综合管理能力。4）安全驾驶舱。基于安全领域业务系统的总结分析，展示一揽子核心板块内容指标，包括但不限于，区域管控，视频巡查，应急处置，安全内业等版块。5）违章监管。通过数据治理整合机动车管理、雷达定点测速、卡调系统等车辆、设备相关系统获取到的所有矿区车辆、设备速度信息，可全局配置违章判断逻辑，如违章间隔时间、超速范围、违章判断区域等信息。系统根据违章判断逻辑自动生成罚单，并推送给相关负责人。系统用户通过手机端APP可对违章现象进行违章举报与上传。6）爆区布防。根据爆破作业孔位信息在三维地图上自动画出爆区电子围栏，根据系统的爆破作业任务实现启动和关闭电子围栏，视频监控自动对准爆区周边范围，当设备、车辆、人员进入警戒区时，智能终端提醒该爆破位置的安全员，安全员可以远程查看视频监控情况。爆破完毕拍照上传后解除警戒区域。7）边坡预警。根据边坡监测数据的位移程度、定位配置分级预警。当预警达到关注级别时，弹出警示框监控自动对准警示区域，作相应录像存档。达到撤离级时，结合机动车、卡调、人员定位数据对监测点下方受影响区域的设备、人员进行警示（手机），对没有撤离的人或设备弹出详细信息。8）防汛预警。根据实时监测的降雨量数据与设备定位信息自动对位置较低的设备进行关注。降雨量达到停产级时，结合定位信息内的高度数值，视频监控自动对准海拔最低的设备，当降雨量达到灾害级别时，启动系统内相应应急预案，并列出较低位置、处于坡道上设备的详细信息(包含定位信息，可自动关联附近摄像头)。9）风害处置。根据实时监测的风速对照相应工作内容，当瞬时风力级别达到规定级别时，通过操作票和工作票管理系统检索受影响的作业，并给作业人员及IOC发送报警信息(包含定位信息，可自动关联附近摄像头)。10）火灾处置。火灾处置包括移动设备、固定设备火灾处置，建筑物（库房、油料供应部油库、危废物库）的火灾处置，并且可以与门禁系统可以联动，进行胶带系统沿线火灾预防，对于其他火灾可通过智能终端、智能报警桩提报的其他火灾信息，可在系统63露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月进行录入。11）安全业内信息化。基于数据治理后的部门、人员档案、基础信息、统一验证的集中管控，实现安全内业数据采集、上传，并同步到三位一体、内蒙古公司相关系统内。12）区域管控。通过对承包商系统、安全培训系统、门禁系统、访客管理系统的数据治理实现人员、车辆矿区、坑下统一标准的区域管控能力。通过安全培训及审批的承包商人员、车辆自动门禁授权。13）应急预案管理。建立预案数据库，自动生成应急预案，并有预案更新功能。基于软件管理界面，实现重大危险源、重大隐患、重要工作地点的可视化监测监控。通信与信息、应急物资装备、应急队伍、矿山救援医疗等资源的日常管理。事故发生自动调用应急资源数据库。根据接警信息，对事故自动分级，自动启动应急预案。对应急演练计划、应急演练预案进行管理；应急演练完成后，及时对演练视频图像资料进行归档管理。1.3系统架构系统采用IaaS、PaaS、SaaS 3层架构方案，包括感知层，数据层，支撑层，应用层，展示层6。系统逻辑架构如图1。图 1系统逻辑架构图1）IaaS感知层。获取数据源，支撑上层业务开发使用。2）PaaS数据层和支撑层。数据层主要进行数据的接入与交换，以及数据标准的建立和治理；支撑层主要为上层业务系统提供底座和开发工具，提升开发效率。3）SaaSIOC大屏展示和驾驶舱展示。IOC大屏包括2个模块内容（生产运营和安全管理），驾驶舱包括3个模块的内容（领导，机电，安全）。北向应用采用SpringCloud分布式微服务架构；南向业务系统通过API，SDK，数据库表等多种方式，把原始数据转移至数字平台的数据湖中；数字平台核心组件ROMA，通过数据集成，消息服务，API集成等多个功能模块，对北向业务应用和智能运维中心（IOC，驾驶舱等模块）提供数据和接口。其中，数据仓库是基于南向业务系统进行数据治理服务后新建的主题库，专题库，为上层应用提供便捷的一站式数据服务7。具体集成架构图如图2。64露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月图 2集成架构图2系统建设难点及创新点2.1系统建设难点1）爆区布防警戒范围算法设计。从数字化矿山系统取到的孔位信息，每批次有200400个孔位，孔位按不规则形状分布，需要计算每个孔位的影响范围，并根据所有孔位的影响范围计算出整个爆破区域的精确警戒范围，并把警戒距离转换成经纬度信息在三维地图上展现出来，最终在三维地图上形成电子围栏。2）B/S架构的三维展示。系统采用B/S架构的GIS平台，所有三维数据加载到浏览器上。本次项目要求IOC同时呈现三维地图及大量的车联设备三维模型，并实时显示车辆动态，受限于浏览器的加载能力，每次更新在地三维图上打点显示时，车辆模型加载时需要12 s的加载时间。解决方案第一次打点加载三维模型数据，定时根据最新数据更新每个模型的信息，不再重新加载。并实现三维地图上的车辆模型方向随行驶方向变化、轨迹显示、空车重车判断及转换模型等一系列功能。2.2系统建设创新点1）风害预警。淤通过传感设备自动获取当前风力等级数据；于风力等级与作业类别告警的匹配算法；盂风力达到预警级别，系统自动检索受影响作业，并从两票及高风险作业子系统中获取作业位置，在三维地图上展示出来，同时推送报警信息到大屏，通过报警信息的定位图标快速定位到地图上的位置；榆点击地图上作业图标上方的视频框，可弹出实时监控视频信号，并自动切换预置位，显示作业位置的实时视频画面8。2）防汛预警。淤通过传感设备自动获取当前降雨量数据；于获取当前车辆的位置信息及海拔高度，并在三维地图上显示出车辆；盂当降雨量达到警戒阈值时，搜索距离最低点海拔30 m以内的车辆，在三维地图中的图标变为报警闪烁状态，并推送报警信息到大屏，通过报警信息的定位图标快速定位到地图上的位置；榆点击地图上车辆上方的视频框，可弹出实时监控视频信号，并自动切换预置位，显示车辆位置的实时视频画面9-10。3）爆区布防。淤从操作票和工作票管理系统对65露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月获取作业任务信息；于操作票和工作票管理系统中爆破作业开始时，获取当前任务的孔位信息，根据孔位信息通过爆区布防算法计算警戒范围，在三维地图上实时展示，在孔位的中心位置显示1个爆破作业图标；盂当有车辆进入爆破警戒区域时，车辆在三维地图中的图标变为报警闪烁状态，并推送报警信息到大屏，通过报警信息的定位图标快速定位到地图上的位置；榆点击地图上标注出视频框，可弹出实时监控视频信号，并自动切换预置位，显示车辆位置的视频图像。3系统应用煤矿智能安全管理系统界面如图3。该系统建设方案目前已在内蒙古电投能源南露天煤矿进行试点应用，通过图像识别模型、数据模型、边缘计算、卫星定位、遥感等技术完成了数字平台和视频平台的搭建。通过ROMA链接北向应用和南向系统，构建多部门间的数据共享与业务协同体系，统一的应用与数据集成平台，数据与应用随时接入。通过对监测数据的分析，对矿区的安全态势做出整体评价，实现矿区范围内所有安全类违章抓拍、生成罚单，处罚的全流程自动化。实现风害、防汛、爆破、边坡的检测、预警、报警、应急预案启动的全流程自动化。4结语通过对煤炭行业发展现状及系统建设存在的问题，提出基于ROMA的煤矿智能安全管理系统建设方案，包括系统建设目标、建设内容、系统架构、建设难点及创新点。通过在内蒙古电投能源南露天煤矿的实际应用，验证方案通过数据建模、血缘分析、数据湖探索等技术可实现安全管理的信息化。建立煤矿智能安全管理系统，有利于从多环节有效解决煤矿安全生产问题，增强了安全保障能力，有利于增强煤矿企业安全管理水平，增强安全生产能力。参考文献：员 潜利忠援煤矿安全监控系统智能化现状及发展对策 允 援当代化工研究，圆园圆员，愿愿（员员）：员员原员圆援圆 郭志军援煤矿安全监测监控系统应用探析 允 援中国石油和化工标准与质量，圆园圆园，源园（员圆）：源缘原源远援猿 于林援煤矿安全监测监控系统的应用现状和发展趋势允 援内蒙古煤炭经济，圆园圆园（远）：员猿远援源 邢少妹援基于 郧陨杂 的煤矿多系统区域联动设计 允 援科技经济导刊，圆园圆员（圆圆）：缘苑原缘愿援缘 张春坡援准格尔大型露天煤矿综合监控联网设计 允 援煤炭工程，圆园圆园，缘圆（杂圆）：圆猿原圆苑援远 崔俊飞援安全监控超限报警信息融合系统建设 允 援煤炭技术，圆园圆员，源园（愿）：员远愿原员苑园援苑 孙广明，张宇援煤矿安全监测管理系统设计 允 援机电工程技术，圆园圆员，缘园（缘）：员远猿原员远源援愿 王勇援 基于 宰藻遭郧陨杂 的煤矿多系统融合联动设计 允 援煤矿安全，圆园圆园，缘员（圆）：员猿圆原员猿源援怨 周天沛，杨丽娟，孙伟援不确定条件下露天煤矿车辆优化调度的研究 允 援控制工程，圆园员怨，圆远（苑）：员圆怨愿原员猿园猿援员园 阳胜峰援孕蕴悦 控制系统智能语音报警的设计与实现允 援电气时代，圆园圆员（员）：缘缘原缘苑援图 3煤矿智能安全管理系统界面66