煤炭安全高效生产信息保障系统

　　摘要：本文详细阐述煤矿安全生产建立信息保障系统的必要性，提出了包括基于三维地理信息系统的矿山生产技术管理系统、事故树模型的安全管理系统、关键活动的经营管理系统、项目管理的调度管理系统等核心内容的信息保障系统的设计框架和设计原则。
　　关键词：煤炭，安全高效，信息保障
　　一、引言
　　党的十五届五中全会提出要大力推进国民经济和社会信息化，十六大提出将信息化带动工业化、工业化促进信息化作为走新型工业化道路的战略举措。十七大又从贯彻落实科学发展观的高度，对推进信息化做出新的部署，要求我们全面认识工业化、信息化、城镇化、市场化、国际化发展的新形势、新任务，大力推进信息化与工业化融合。
　　目前，信息，和资金、物资、设备、人力一样正逐步成为一种实实在在的资源。这给煤炭企业发展带来新的机遇，国内各煤炭企业也都在积极探索如何加强信息化建设，建立起以先进的信息技术为支撑的煤炭高效生产的信息系统。这里我们拟就平煤天安十二矿在建设煤炭高效信息保障系统方案与策略作以下探讨。
　　二、企业信息化现状及需求分析
　　平煤天安股份有限公司十二矿（以下简称十二矿），位于平顶山矿区东部，始建于1958年，原设计能力为30万吨/年，经过改造扩建，2006年核定年生产能力达到130万吨，现有从业人员4000余人。作为中平能化集团的下属矿井，2003年接入平煤集团骨干网络，经过近几年的信息化建设，网络覆盖该矿所有机关科室、生产科室及基层区队，信息化基础设施比较完备。现有工业电视系统、生产安全监测与监控系统、生产调度系统、矿井通信系统，物资管理系统、人力资源管理系统、会计电算化系统以及办公自动化系统等应用系统，但是信息技术应用水平处于初级阶段，各系统之间存在“信息孤岛”，不能实现信息和资源的合理利用以及实现对管理和决策的全面支持。
　　煤炭生产涉及海量异质的矿山信息资源，诸如地形、地质构造、岩层、煤层、水文、煤层气（瓦斯）、气象、交通、建筑、人文、环保、物资、设备、供电、运输、通风、防尘、避灾、抗灾、监测监控、工业管路（包括通讯线路）和地面工程、地下工程等，这些信息既有地面的，也有地下的，而且地下与地面的地质体、地物类和工程互相联系、相互制约、相互驱动。而这些信息的数字化，编码化是决定企业信息化顺利开展的关键。因此，建设信息化之前需要对其进行规范的信息资源管理，统一的代码和数据字典设计，标准的应用规范定制，并以此作为企业信息化的先决条件。
　　采掘生产、矿山调度以及安全管理是煤矿生产的主要组成部分。其共同的特点是现场环境适应性差、系统复杂、相对独立、横向沟通不畅，因而在工程设计、生产调度、安全控制等方面管理存在较大难度。如采煤机械、通风设备、运输设备的运行状态信息、工作面推进揭露信息、瓦斯煤尘的实时动态信息、井下人员工作活动信息、电力和安全防护设备运转信息等的采集、传输、分析以及展示都受到矿井环境和业务管理等方面的限制，难于集中处理，综合决策。需要集成在统一的地理信息平台上进行系统处理。
　　煤炭企业传统管理模式相对落后，难以适应信息时代企业发展的需求，企业信息化建设同时也是一场管理革命，不仅仅是计算机代替人的手工操作，而是管理思想、管理理念、管理体制的变革和更新。在信息化建设的过程中，要对信息时代新的管理动向加以研究、实践，充分利用信息技术改造煤炭产业管理模式和管理手段，实现煤矿企业管理的提升与创新。
　　三、信息保障系统总体设计
　　矿井信息保障系统建设必须建立在4D地理信息系统的基础上，一旦建立了包括地质信息、危险源信息和生产信息的4D时空虚拟矿山模型，所有开采设计都能够预先模拟出开采进度的动态结果，包括安全隐患的预先显现，开采结果的预先模拟，可把大多数安全隐患消除在开采设计阶段。随着采矿生产的不断推进，可以根据各种监测监控系统和检查检测系统返回的动态数据，利用矿山数字化平台提供的模型库、方法库和评价库实时进行岩体变形、瓦斯突出、突水透水等危险因素进行定性定量分析和预测预报，对不安全因素进行整改，同时对有危险性的区域进行重点监控，一旦有危险征兆就可启动相应的应急预案。并能在人员定位系统的监控之下，使所有矿工都远离危险源、工作在安全、舒适的环境之中，可以大幅度地降低死亡率，为打造我国的本质安全型矿井奠定基础。
　　十二矿信息保障系统系统是在统一的时间坐标和空间框架下，将海量异质的矿山信息资源进行数字化、编码化，科学合理地组织各类矿山信息,并对其进行有序的管理和整合。在形成全面的信息数据仓库的基础上，充分利用现代图形学技术、空间分析、数据采矿、知识挖掘、虚拟现实、可视化、网络、多媒体等新技术、新理论，建立一个集信息资源编码、规划、采集、管理于一体的数据信息平台，并集成办公自动化、工业自动化、管理系统等管理信息层的强大时空信息系统。系统不仅具有强大的绘图能力、三维建模能力和面向地理信息系统的管理能力，而且要对采掘、一通三防、防治水、供电、运输、矿压等生产规划、危险源辩识和预测预报等提供需要的数据、图形和信息，消除各专业和各部门之间的信息孤岛，达到信息完全共享和动态联动。从而将一个逼真的、可视的、透明的、可控的数字矿山展现在人们面前，利用计算机屏幕了解矿区地面和地下任何地点、任何时间和任何方面的信息，并提供必要的智能决策，使整个矿区的生产和管理真正实现“运筹于帷幄之中，决胜于千里之外”的宏大目标。总体框架设计简单描述如下：
　　十二矿的信息保障系统系统以地理信息系统为基础平台，从下到上可分为数据采集层、网络传输层、数据储存层、核心应用层、信息展现层。在核心应用层中我们又横向的将其分为：功能应用模块（包括各专业子系统）、决策管理模块、系统配置模块（DBA）以及数据挖掘模块。
　　四、系统方案设计
　　根据系统总体框架的设计思路，我们逐层介绍十二矿在探索信息保障系统建设方面的一些经验。
　　1、数据采集层
　　数据是信息化系统正常运转的根本。如果数据流能够很容易地从生产过程、管理过程以及经营过程传递到信息处理平台，就可以做出快速、灵活的管理和决策。煤炭采掘生产活动复杂多变，数据采集一般包括这几个方面：一、井下实时检测监控数据，如瓦斯、煤尘、风速、风量、人员活动情况以及设备运行状态参数等。二、生产以及经营数据：如产量、采掘进尺、物资消耗、人力资源等。但许多数据的采集受到环境、技术以及安全等方面的影响不可能完全实现自动化采集，经过反复论证，我们将自动采集与人工收集相结合，以规范化、标准化的数据接口和通讯方式来实现矿井生产的数据采集。在现场，我们采用多种不同的控制采集设备，如用kj4实时采集通风、瓦斯数据；用kj250系统采集人员以及设备活动信息；用电力检测监控系统采集电力设备运转参数；并辅以人工的方式收集采掘进尺、煤质参数、地质勘测等数据。从而实现对矿井上、下实时生产数据的采集。
　　2、网络传输层
　　煤矿信息化系统经历了从单一参数监控到多参数、全方面应用的过程。这些系统解决了采掘机械化的急需，但均普遍存在通用性差，性能价格比低等问题，各类自动化系统通讯的非开放性也造成了一个个信息和传输孤岛，不符合硬件通用，系统集成以及多网合一的发展趋势，难于满足煤炭高产、高效、安全生产的需要。为了解决这些问题，需要建立一套全矿井综合业务传输网络平台，将矿井各类环境、生产监测监控，通讯等子系统采集的数据、音频和视频信息通过高速传输网络传递到系统应用平台上，为煤炭企业的生产过程控制、安全运行与管理提供整体传输保障。结合技术发展趋势和矿山的生产特点，我们综合GEPON、千兆以太网以及现场总线等技术在井上下搭建起一套适合煤矿生产需要的千兆光纤骨干网络。从而有效的解决了系统在网络传输方面的需求。
　　3、数据储存层
　　随着信息化的建设的不断深入，企业业务的增加和应用对数据的依赖性的也将逐步增强，数据的安全存储、有效汇集、集中管理、综合分析以及容灾备份等方面的要求也将日益提高。针对上述情况，经过综合的研究和分析。我们提出采用分布式数据存储模式，以实现数据的安全存储。为了便于管理和提高检索效率，我们从逻辑上把数据库划分为静态数据库、实时数据库和多媒体数据库，设计用不同的物理服务器分别管理，实现分布式操作，其中静态数据库存放普通数据和静态文档、实时数据库存放监测监控的实时数据、多媒体数据库存放工业电视系统和通讯系统的视频片段和音频片段。从而为保证矿山数字化建设的顺利实施提供了必要的数据传输和存储平台。
　　4、核心应用层
　　企业信息化的实质就是对信息的处理和应用，它直接关系到“带动”和“促进”的效果。因此如何实现信息资源的合理应用就成为企业信息化的关键。根据信息化系统的总体设计，其主要的功能应用系统包括：一个综合的数字矿山集成平台，在平台上集成一套包括基于四维地理信息系统的矿山生产技术管理系统、基于危险源辩识模型的安全管理系统、基于关键活动的成本管理系统、基于项目管理的调度管理系统等核心内容的大型数字矿山软件系统。
　　集成平台系统不仅能实现精细化的二维系统设计和三维地质建模，而且能实现采、掘、机、运、通和输配电、给排水系统的动态连动，实现生产、安全和成本管理的无缝集成，为打造本质安全型的高产高效矿井提供一套完整的信息保障。生产技术管理子系统建立起了4D的虚拟矿山模型，开采设计能够预先进行动态模拟，包括安全隐患的预先显现，开采结果的预先模拟，可把大多数安全隐患消除在设计阶段。安全管理子系统提过了一套科学的基于事故属分析理论和危险源识别技术的安全评价体系，可以根据各种监测、监控的动态数据，利用平台里的模型库、方法库和评价库实时地对岩体、瓦斯、水文等的危险因素进行定性定量分析和预测预报，为隐患整改、危险性的区域的监控提供条件，当发现危险征兆时还可立即启动相应的应急预案。经营管理子系统运用作业成本法（ABC法，Activity-basedCosting），以管理为核心，核算为手段，效益为目的，对矿山生产成本进行事前测定、日常控制和事后考核，实现企业成本的动态管理。调度管理子系统系统以项目管理为主线，以生产技术管理为核心，以实测数据为基础，以调度控制为手段，以实现安全高效调度为目标的闭环调度指挥系统。利用项目管理技术的‘调度’和‘控制’能力，在科学的管理下保证生产按计划进行，当生产某项工作偏离了计划后，能够进行后继工作的及时调整，根据人力、物力、资金和技术寻求最优的后继方案，继续进行指挥调度。
　　5、信息展现层
　　无论是管理的实际需求还是信息化成果的展现，都需要有一套完善的信息展现机制，来作为信息成果转化输出的终端平台。主要由图形工作站、大屏幕、电视墙、视频会议、投影设备、喷绘设备等相关设施组成。成果包括两个方面：基于GIS的综合查询和基于门户网站建设的WEB应用查询。通过GIS管理设置和WEB发布设置，实现Internet上的远程操作、信息管理以及综合信息查询。可以实现数据挖掘功能：主要包括安全检查、质量检查、效益分析、信息的挖掘、分类和汇总等。
　　五、信息保障系统建设策略
　　企业信息保障系统建设是一个长期收益的投资化行为，不是IT高消费，必须争取把握时机，运用正确的技术，合理规划，整体设计，才能取得好的效果。企业信息化同时也是一个“一把手”工程，是一项重大的系统工程，是关系到企业长足发展的保障工程，因此，只有企业最高决策层的全力支持才能取得成功。企业信息化工作首先要化的是“人”，解决好认识上和知识上的障碍后，企业的信息化建设才能一马平川，所以我们比西看准形势，抓住机遇，按新型工业化的路子，为煤矿信息化建设工作做出更大贡献。
　　
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