再上台阶：千万吨特大型煤矿成功实施一体化安全生产管控平台

一、行业背景

煤炭作为我国重要的基础能源，在我国能源供给中发挥着稳定器和压舱石的作用，煤炭安全依然是重中之重。近年来，随着煤炭行业智慧矿山建设以及各种新兴技术应用到安全生产中，减员、高效、安全、绿色的智能化煤矿建设正成为政府和企业的共同诉求。如何实现地质透明化、装备高端化、作业少人化、操作平台化、管理信息化、队伍职业化、运营协同化，成为煤炭企业抢占高质量发展制高点的关键路径。

二、项目简介

该煤矿为设计生产能力超过1000万吨/年的特大型矿井，井田面积接近50平方公里，煤炭资源储量将近7亿吨；平台建设遵循“整体规划、分步实施”的原则，以万兆工业环网+5G网络为数据传输通道，系统技术手段，建立工业数据标准，统一接口协议，实现数据采集、存储和融合分析应用。系统接入煤矿多个重要子系统包括安全监测、通风、人员定位、应急广播、提升系统、皮带系统等，通过建立安全生产综合智能管控平台实现煤矿安全、生产、人员、设备综合智能管控；推进生产调度、安全监测监控、运行控制三合一调度指挥中心建设，实现集中控制、集中调度和应急指挥一体化。

三、系统架构

平台采用多种技术手段进行数据融合和展示，提供人员管理、安全监控、生产过程监控等位置化联动服务与应用，实现二维以及三维下矿井场景的浏览以及生产业务数据的查询、统计和智能分析，进而实现矿井安全生产信息与采掘工程、地质环境、采掘状态的动态关联、综合化管理、自动化管理与智能化管理，直接服务于矿山安全生产指挥与决策。

四、主要功能设计

1、一张图全局展示

平台基于 “一张图”对煤矿全场景建模，利用三维可视化、增强现实等技术手段，对矿床地质、运输道路、设备等环境对象及生产工序进行三维数字化建模，实现对矿山生产环境、生产状况、安全监测、视频监控、人员定位和关键设备状态的实时三维展示，建立起地上地下一体的三维智能矿山系统，支撑企业生产调度和运营管控。

2、自动生成井下系统的孪生模型

平台通过矿方提供的CAD格式的矿井工程平面图，进行巷道几何特征（基准点、基准线）提取，对巷道的属性信息进行标记，建立巷道孪生模型，通过参数化设定自动生成三维巷道图，作为叠加运输、人员定位、通风、安全监测等系统的底图；大大降低里三维建模的工作量，提高了建模的精度；方便后期运维针对三维巷道的快速更新。

3、构建三维化业务应用场景

矿井的孪生模型1:1比例复原了井下复杂的巷道走向，并加入了中央水泵房、综采工作面、运输皮带设施、变电所、煤仓、人员与车辆实时定位、避难硐室等应用场景。

4、自定巡航义路线与语音讲解

系统内置巡航与讲解功能，可识别文本进行语音转换。用户根据需要可自定义语音讲解内容和巡航路线，巡航时间、视角、停留时间均可设定，巡航到重要设施就会自动语音介绍，协助管理员给领导做全面的工作汇报。

5、人员定位与调度管理

通过井上下工业以太环网平台，将井矿井动目标跟踪系统(人员）的数据传送到调度指挥中心，且在调度指挥中心全部显示，及时、准确的将井下各个区域人员情况动态反映到地面计算机系统，使管理人员能够随时掌握井下人员和移动设备的总数及分布状况；系统能跟踪干部跟班下井情况、每个矿工入井、出井时间及运动轨迹，最终实现生产调度、决策指挥的信息化、科学化。

6、扁平化风格系统监控

系统在支持三维可视化的同时，也支持二维扁平化的UI设计，以专业的机电原理管理煤矿大型单体设备，包括采煤机、刮板机、通风机、提升机、大型水泵等，通过内置多种控制命令（启停操控、参数调整、趋势查询、状态监测等），实现系统快速开发。

7、视频联动与监控

系统提供历史数据回溯查询，对特定时间段某一件事进行追溯和轨迹追踪，同时联动视频融合技术，支持深度集成海康、大华、宇视、华为等主流视频平台，可在三维画面上标注摄像头对象，通过在画面上点击、圈选等多种交互方式，调取相应监控视频。将 2D 视频图像融合至场景的 3D 模型中，为用户提供直观的视频图像和视图控制，如同身临其境查看现场情况。

8、三网联动救援应用

矿方为立体化管理救援应用，将安全监测、应急广播、应急电话三个系统报警联合管理。井下只要涉及到高危报警如瓦斯/火灾/透水等事故，立即给附近人员发送撤离信号，广播会通知，附近的电话将自动拨打。同时主管领导的移动APP弹出相关联动信息，及时了解事故信息。

五、主要子系统集成

1、 综采工作面系统集成

综采工作面集成了矿上关注的采煤机、转载机、破碎机、皮带电机、机头垂直电机，机尾平行电机等设备参数。同时对每个支架的推进行程、支架高度和立柱压力实时监控并存储历史数据。三维视角即可以选择跟随采煤机的位置来自动移动也可以手动操作来旋转视角。

2、 皮带运输系统

该煤矿矿井下原煤运输系统采用变频驱动装置，胶带机综合保护装置与集中控制系统采用KTC101胶带综合保护控制系统。皮带运输系统根据井下实际皮带走向和长度进行制作。每条皮带切换到对应视角时都会自动打开对应摄像头。同时打开皮带的参数和控制界面。

3、 安全监测系统

安全监测系统三维化展示矿井内部各重要位置的数据监测情况，自动统计运行站点数量/分站数量/工作状态数据，有异常情况实时进行预警处理。监测实时数据：模拟量（CH4、温度、风度、风压等）及开关量（风机开停，风门开关状态，地面压风机、扇风机的开停等）的显示，显示任意选定测点的历史数据，显示任意选定测点的历史曲线，允许用户自由设定菜单、按钮及退出系统的操作权限。

4、 压风机系统

系统现场部署5台压风机，实时监控压风机及关联设备的运行状态，系统提供对空压机主要参数的实时监测、显示、存储、管理的功能，提供监测信息异常报警功能。包括电机开停状态、出口压力、电机温度、内部压力、阀门开闭等参数。具备数据采集、报表展示、故障报警、压风机就地、远程等多种控制模式等。

5、 通风机系统

通风机系统有相应的控制器、传输接口、配电柜、电流变送器、红外温度传感器、瓦斯传感器、负压传感器、风速传感器等和真空开关柜等动力、测量设备组成。监测系统分为两部分，一是配电监测部分，主要实现高低配电系统的参数及状态监测。二是通风机的检测。

综合考虑各种安全信息，完成信号检测和现场的操作。实现通风机监控系统的报警，信息显示，报表统计处理等功能。

6、提升机系统

提升机系统包括主井提升机和副井提升机，均采用三维化的场景监测技术，实时查看提升机的运行状态，提升机运行位置、速度、功率、油压、电压、电流状态；同时监测开闸信号、报警信号保持提升机稳定运行。

7、排水泵站系统

矿井主排水监控系统按照矿井排水泵房无人值守设计。包括水泵的自动化排水，排水管路的自动化倒换，排水管路检修时的自动放水功能。采用液位计、压力计、流量计、电控阀等，实现井下排水自动化，实现无人值守。实现主排水泵按水位自动启停，按水位变化率增加排水泵的运行台数。在控制室内可实现对排水系统的运行监测与远程控制。

8、变电站系统

变电站系统用于井上35KV变电所，井下变电所、采区变电所及移动变电站系统和设备的在线参数监测、远程操作控制，并可实现实时事故报警、数据统计分析、运行安全保护、用电计量管理等的系统。供电监控系统包括地面变电站（所）、中央变电所、主水平变电所和含有综采、综掘工作面的采区变电所等。

9、选煤厂系统

洗煤厂系统主要完成生产过程可视化、产存数据可视化、安全数据实时监测、厂区能源消耗可视化、生产时长在线统计、报警信息统计、机电设备数据等功能。通过设备的三维建模，真实生动展示设备结构和设备实时状态，展示设备易损件使用寿命、待检修周期，指导设备维护、保养、检修等。

10、制氮系统

矿方矿用制氮系统是基于远程PLC控制系统，通过PLC控制箱实现多台压风/制氮机的联动与轮询、实时监测排气压力、排气温度、电机温度、冷却水压力等相关设备运行数据，并对设备的运行故障实现在线报警。

六、标志卓信科技

北京标志卓信科技有限公司成立于2010年，公司定位为能源资源开发、生产制造、城市设施运营三大领域提供全景式可视化与分析解决方案，助力用户建立OT与IT融合的一体化监控与管理平台、三维全场景生产与设备运维系统、工艺与装备的全息化培训系统。公司在智能制造、矿产开采、加工、储运、医药等领域与合作伙伴成功实施了200多个数字化项目,分支机构和业务遍布全国20多个省市区。

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