孙树根 沈红波

（1.山西潞安集团李村煤矿建设管理处，山西 长子 046600；2.北京中矿网讯科技有限公司，北京 100012）

李村煤矿隶处于鄂尔多斯断块东缘与南缘断裂地带，水、火、瓦斯危险因素异常突出。基于李村煤矿井下开采机械化、自动化、信息化水平的提高，潞安集团总公司决定对其构建井下智慧安全防控信息系统。

1 李村煤矿智慧安全防控信息系统核心技术分析

该智慧安全防控信息系统是基于煤矿本质安全型建设的要求，根据人-机-环一体化相关理论进行开发的。系统设计原则主要考虑到智慧性、实用性、数据完整性、安全性和可扩展性。

1.1 井下工业环网数据采集技术的应用

李村煤矿智慧安全防控信息系统采用井下工业环网数据采集技术来对井下的信息数据进行采集及传输。依托煤矿井下的工业环网，在地面计算机控制中心服务器的支持下，来对井下无线数据采集器的数据进行实时的采集。人员、机车等相应的采集因子在自动采集有效识别距离内，被无线数据采集器进行信息识别，并将信息实时连续地传输到地面数据控制中心。数据信息经软件处理，能直观地掌握井下人员、机车的分布和运输轨迹情况。在系统当中，对人-机-环三要素进行相应的数字化处理，设定标识卡为人的上岗证，机车标识卡为作业证，危险因子控测点为环境监控器，通过数字化处理能直接明了地展现井下的状态。对井下数据采集、数据处理及处理过程都体现了系统的智慧性。

1.2 第三代射频识别技术的应用

该系统的设计当中，采用了第三代射频识别技术和GIS定位技术。具有超低功耗、超高速、超远距离、超大流量对目标对象进行识别的功能，将数据进行高速和即时传输的理念得到了应用。可以将井下各区域人员、机车等动态情况进行准确地跟踪反应，这也体现了该系统的智慧性。

1.3 井下人员逃生路径规划的优化

传统的矿山避灾救援路线规划核心在于寻找最短路径及优化路径算法效率。该智慧安全防控信息系统对于井下人员逃生路径规划做了相应的改进，基于原避灾救援路线规划基础上，对掘进巷道的安全性因素影响方面做了相应的调整。主要表现在以下几方面：（1）针对煤矿巷道立体和垂直分布的各自特点，采用双向分割处理的思想来提高路径算法搜索的效率；（2）系统增加当量长度和健康损失度两个指标来进行优化，体现出巷道的安全性影响因素。

2 智慧安全防控信息系统的总体设计

2.1 理论基础

该系统根据人-机-环境系统工程理论，对煤矿井下的所有生产相关因素进行了全面的追踪分析，把相应的危险因素都进行了整理，从指标因素、阈值规则、作业规程、状态规则四个方面来构建安全因素关键指标评价库。最后建立模型，采用计算机软件来进行操作，实现对煤矿生产的安全管理和事务决策。同时系统设有综合应急预案、专项应急预案和现场处置方案进行备选，当采集到的数据信息经处理后，都可以相对应的给出相应的处理方案。其系统的主要建立理论基础如图1所示。

2.2 技术实现分析

该智慧安全防控信息系统采用3层体系架构，划分为数据采集存储层、数据处理层和数据应用层3个层次。数据采集存储层通过数据文件交换的方式将采集传输来的信息进行接收和存储；数据处理层主要负责监测设备、实时数据、预警级别、人员属性、人员轨迹、机械设备属性、机械设备状态和空间数据的维护，并建立相应的数据模型来对数据进行处理；数据应用层主要是对处理好的数据进行图形化，对各类数据产生的结果进行功能预报，并对相应的处理方案提供辅助决策建议。该智慧安全防控信息系统软件层次结构可见图2所示。

图1 智慧安全防控信息系统理论基础路线

图2 智慧安全防控信息系统软件层次结构图

3 实践应用及效果分析

3.1 实践应用情况分析

2017年5月，将该智慧安全防控信息系统在李村煤矿中进行了试运行工作。针对李村煤矿井下开采现场的实际工况，工业环网数据采集技术的布置和运行情况如下：（1）在井口、峒室、溶洞、采区位置等地点安装无线数据采集器，对井下进行监测。通过光缆接入到工业环网当中，实现数据的采集和传输；（2）对井下工作人员和相应的机车装配好标识卡，并做好初始化工作；（3）工作人员、机车进入监测区域后，其佩戴的标识卡信息就会被系统进行自动识别，并将实时信息传输到地面的数据监控和管理中心；（5）将监测到的各种生产环境数据，包括巷道中测量控制点的平面坐标及高程、井下巷道顶底板特征点的平面位置和高程、采区位置、井巷上覆岩层的岩性、倾向倾角大小、构造情况、CH4、CO、温度、水流等通过井下工业环网传输到地面数据监控和管理中心，接入到“人-机-环一体化智慧安全防控信息系统平台”。

3.2 应用效果分析

该系统自2017年5月在李村煤矿全面应用以来，截至2017年11月已有半年时间了。在这期间系统的运行情况良好，主要体现在以下几点：（1）实现公司对井下人员、机车的全面定位系统，并实现了安全监测监控的全面管理，多生产系统数据的采集和传输融合。（2）对用户实行统一的平台管理，实现了监测界面和报警预警界面的统一。（3）提供GIS模式监控模块，实现煤矿地理位置分布信息导航查询，实现GIS图形的放大、缩小、全屏、窗口、快速定位等功能。实现生产动态、人员分布情况以及瓦斯传感监测数据等信息的掌握。（4）优化后的井下逃生线路规划方法，有利于矿工规划最优逃生线路。在2017年9月和11月发生的小型事故当中，矿工在语音播报的帮助下都及时选择了最佳逃生路线，安全地转移到了地面。（5）可以将其应用到集团公司下属的其他煤矿，并由集团公司安全部进行统一的报警接收、处置、数据关联分析，为集团公司及时全面掌握煤矿安全生产过程提供了基础。

4 结语

该智慧安全防控信息系统是按照“人-机-环一体化”管理的理念进行设计，通过对李村煤矿开采现场情况的整理，把影响安全生产的各项因素进行了归类，提炼出了井下安全防控核心要素，利用计算机、通信及定位技术，对数据进行采集及深度融合处理从而形成防控体系。在李村煤矿实践应用半年时间以来，安全防控信息系统的运行情况良好，安全防控工作取得了良好效果，实现了对井下生产环境、机车运行、作业人员的跟踪定位和安全管理，以及对井下作业人员行动轨迹的有效识别和生产环境的融合监测监控。