一种矿井生产管理平台和方法与流程

本发明涉及矿山生产技术领域，尤其涉及一种矿井生产管理平台。

背景技术：

矿井开采是一个庞大、复杂的系统工程，其中生产环节涉及“采、掘、机、运、通、排”六大系统以及机电设备控制、人员定位、工业视频、安全监测等其他众多子系统，这些系统的正常运行是矿山安全高效生产的重要保障。但是，由于以上设备和系统多来自不同的厂家，其数据接口、控制方式、操作环境均存在很大差异，目前在矿井实际生产过程中，这些系统仍主要以单系统的方式独立运行，主要存在如下问题：

(1)系统的管理和控制环境多为单一的示意图、模拟图，缺乏地理空间的时空关系支撑，不能真实反映开采现场的环境，无法进行空间分析和辅助决策，给生产和管理工作带来隐患。

(2)各个系统独立运行，日常实际生产工作中需要24小时不间断、多人同时管理和操作多个系统，人工工作量大，在面临突发情况时很难及时、全面地做出响应。

(3)系统间缺乏相互的通信和联动，无法实现统一的全局化、协同化、系统化分析决策及整体优化。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种矿井生产管理平台和管理方法。

为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种矿井生产管理平台，包括采集与控制系统、分发与存储系统和可视化管控系统；

所述采集与控制系统用于实现所述管理平台自动化数据和信息化数据的实时采集与控制；

所述分发与存储系统用于将所述自动化数据和信息化数据利用消息队列方式进行实时发布、以及将所述自动化数据和信息化数据进行存储；

所述可视化管控系统用于接收所述发布的自动化数据和信息化数据，并利用所述自动化数据和信息化数据对所述矿井进行可视化管理和远程控制。

进一步的，所述分发及存储系统包括消息队列系统和数据库系统；

所述消息队列系统用于利用消息队列方式实时将所述采集与控制系统采集的自动化数据和信息化数据进行发布；

所述数据库系统用于存储所述消息队列系统中的历史自动化数据和信息化数据。

进一步的，所述采集与控制系统配置有所述消息队列系统的地址，通过所述地址将所述自动化数据和信息化数据传输给消息队列系统。

进一步的，所述自动化数据由自动化系统产生，所述信息化数据由信息化系统产生；

所述自动化系统包括：主副井提升监控系统、排水监控系统、主扇通风监控系统、压风机监控系统、主煤流运输监控系统、有轨电车信集闭系统、综采工作面集控系统、综掘面监控系统、皮带运输系统、电力监控系统、洗煤厂集控系统等；

所述信息化系统包括：安全监控系统、人员定位系统、地理信息系统(gis)、计算机辅助设计系统(cad)、建筑信息模型(bim)系统、企业资源计划(erp)系统、安全生产管理系统等。

进一步的，所述可视化管控系统基于包括地层、巷道、设备、人员及采掘专题内容等在内的矿井二维或多维地理空间可视化环境、和/或所述自动化数据、和/或信息化数据自动或者通过人机交互或组态图表方式发出控制指令或者巡检指令，所述控制指令或者巡检指令通过分发及存储系统传输给采集与控制系统；

所述控制指令用于对自动化系统或者信息化系统进行可视化管理或者远程控制；

所述巡检指令用于对自动化系统或者信息化系统进行巡检。

进一步的，所述矿井的二维或多维地理空间可视化环境采用地理信息系统或计算机辅助设计系统、建筑信息模型构建，提供与真实地理空间一致的数字化、虚拟化场景，用于实现人机交互。

进一步的，所述可视化管控系统配置有消息队列系统的地址以及数据库系统的地址，能够用于实时展示所述消息队列系统发布的自动化数据和信息化数据，也能够用于对数据库系统中存储的历史自动化数据和信息化数据进行查询、分析和数据挖掘。

进一步的，所述可视化管理系统包括大数据联控系统，所述大数据联控系统配置有消息队列系统的地址以及数据库系统的地址，用于实时获取所述消息队列系统发布的自动化数据和信息化数据，利用所述自动化数据和信息化数据进行大数据分析，根据所述分析结果对所述矿井实现远程控制。

本发明实施例还公开了一种矿井生产管理方法，包括：

实时获取所述管理平台自动化数据和信息化数据；

基于消息队列方式将所述自动化数据和信息化数据进行实时发布与存储；

接收所述自动化数据和信息化数据，利用所述自动化数据和信息化数据对矿井进行可视化管理或远程控制。

进一步的，所述实时获取所述管理平台自动化数据和信息化数据包括：

实时获取自动化系统产生的自动化数据；

实时获取信息化系统产生的信息化数据；

所述自动化系统包括：主副井提升监控系统、排水监控系统、主扇通风监控系统、压风机监控系统、主煤流运输监控系统、有轨电车信集闭系统、综采工作面集控系统、综掘面监控系统、皮带运输系统、电力监控系统、洗煤厂集控系统等；所述信息化系统包括：安全监控系统、人员定位系统、地理信息系统(gis)、计算机辅助设计系统(cad)、建筑信息模型(bim)系统、企业资源计划(erp)系统、安全生产管理系统等。

进一步的，所述基于消息队列方式将所述自动化数据和信息化数据进行实时发布与存储包括：

利用消息队列方式实时将获取的自动化数据和信息化数据进行发布；

将所述历史自动化数据和历史信息化数据进行存储。

进一步的，所述接收所述自动化数据和信息化数据，利用所述自动化数据和信息化数据对矿井进行可视化管理和远程控制包括：

接收所述自动化数据和信息化数据；

基于所述矿井的可视化环境和/或所述自动化数据、和/或信息化数据自动或者通过人机交互操作发出控制指令和巡检指令；

所述控制指令包括顶底板截割曲线、刮板运输机调直线、俯仰采煤基线；

利用所述控制指令中的顶底板截割曲线、刮板运输机调直线、俯仰采煤基线基于所述矿井的二维或多维地理空间可视化环境对矿井中的采煤机、刮板运输机、液压支架的自动化采煤进行控制；

利用所述巡检指令对自动化系统和信息化系统进行远程巡检。

进一步的，所述将所述历史自动化数据和历史信息化数据进行存储之后还包括：

利用所述历史自动化数据和所述历史信息化数据对所述自动化系统和信息化系统进行管理。

本发明实施例包括以下优点：

(1)本发明能够实现矿井多种设备自动化系统与信息系统的接入与集成展示，并结合矿井地理空间信息技术实现矿井人员、设备、环境、安全生产管理与地理空间信息的即时融合，在一个可视化界面下对所有设备和系统集中管理和控制，具有实时、方便和高效的特点。

(2)本发明能够提供高效、海量的数据接入和管理应用，消息队列系统作为中间层可以高效处理实时数据和控制信号，同时分发给数据库系统做并行归档存储，兼顾了效率与可靠性。

(3)本发明设计合理，充分考虑了矿井安全生产的现状及实施的可行性，具有良好的推广价值。

附图说明

图1是本发明的一种矿井生产管理平台结构示意图；

图2是本发明的一种矿井生产管理平台结构示意图

图3是本发明的一种矿井生产管理方法流程图；

图4是本发明的一种矿井生产管理方法流程图

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1和图2，示出了本发明实施例中的一种矿井生产管理平台，包括采集与控制系统、分发与存储系统和可视化管控系统；

所述采集与控制系统用于实现所述管理平台自动化数据和信息化数据的实时采集与控制；

所述分发与存储系统用于将所述自动化数据和信息化数据利用消息队列方式进行实时发布、以及将所述自动化数据和信息化数据进行存储；

所述可视化管控系统用于接收所述发布的自动化数据和信息化数据，并利用所述自动化数据和信息化数据对所述矿井进行可视化管理和远程控制。

所述分发及存储系统包括消息队列系统和数据库系统；所述消息队列系统用于利用消息队列方式实时将所述采集与控制系统采集的自动化数据和信息化数据进行发布；所述数据库系统用于存储所述消息队列系统中的历史自动化数据和信息化数据。

所述采集与控制系统配置有所述消息队列系统的地址，通过所述地址将所述自动化数据和信息化数据传输给消息队列系统。

所述自动化数据由自动化系统产生，所述信息化数据由信息化系统产生；所述自动化系统包括：主副井提升监控系统、排水监控系统、主扇通风监控系统、压风机监控系统、主煤流运输监控系统、有轨电车信集闭系统、综采工作面集控系统、综掘面监控系统、皮带运输系统、电力监控系统、洗煤厂集控系统；所述信息化系统包括：安全监控系统、人员定位系统、地理信息系统(gis)、计算机辅助设计系统(cad)、建筑信息模型(bim)系统、企业资源计划(erp)系统、安全生产管理系统等。

所述可视化管控系统基于包括地层、巷道、设备、人员及采掘专题内容等在内的矿井二维或多维地理空间可视化环境、和/或所述自动化数据、和/或信息化数据自动或者通过人机交互方式发出控制指令或者巡检指令，所述控制指令或者巡检指令通过分发及存储系统传输给采集与控制系统；所述控制指令用于对自动化系统或者信息化系统进行可视化管理或者远程控制；所述巡检指令用于对自动化系统或者信息化系统进行巡检。

所述矿井的二维或多维地理空间可视化环境采用地理信息系统或计算机辅助设计系统、建筑信息模型构建，提供与真实地理空间一致的数字化、虚拟化场景，用于实现人机交互。

所述可视化管控系统配置有消息队列系统的地址以及数据库系统的地址，能够用于实时展示所述消息队列系统发布的自动化数据和信息化数据，也能够用于对数据库系统中存储的历史自动化数据和信息化数据进行查询、分析和数据挖掘。

所述可视化管理系统包括大数据联控系统，所述大数据联控系统配置有消息队列系统的地址以及数据库系统的地址，用于实时获取所述消息队列系统发布的自动化数据和信息化数据，利用所述自动化数据和信息化数据进行大数据分析，根据所述分析结果对所述矿井实现远程控制。

本实施例所述管理平台可以基于二维、多维地理空间可视化环境为矿山建立统一的业务操作平台，实现对矿井各类设备和系统的管理及控制，并通过统一的数据接入、存储、处理与分发，实现系统间的一体化管控及协同优化，提高矿井安全管理、生产管理的工作效率和智能化水平。

本实施例中，所述采集与控制系统是所述管理平台与其他系统及硬件(监控分站、plc、传感器)之间的数据通讯的驱动。通过采集与控制系统实现对机电设备自动化系统(主副井提升监控系统、排水监控系统、主扇通风监控系统、压风机监控系统、主煤流运输监控系统、有轨电车信集闭系统、综采工作面集控系统、综掘面监控系统、皮带运输系统、电力监控系统、洗煤厂集控系统等)和信息化系统(安全监控系统、人员定位系统、地理信息系统、计算机辅助设计系统、建筑信息模型系统、企业资源计划系统、安全生产管理系统等)的数据采集与控制。数据采集及控制系统将采集的自动化系统和信息化系统的数据通过数据分发及存储系统发布采集的实时数据供可视化管控系统使用，数据采集及控制系统也接收可视化管控系统的巡检或控制指令消息，当收到控制指令消息后即时对接入的自动化系统和信息化系统进行集中管理和控制；

所述采集与控制系统基于opc、modbus、socket、http等公有通讯协议及特定厂家的私有通讯协议，开发系统的数据接入与控制模块，实现对自动化系统(主副井提升监控系统、排水监控系统、主扇通风监控系统、压风机监控系统、主煤流运输监控系统、有轨电车信集闭系统、综采工作面集控系统、综掘面监控系统、皮带运输系统、电力监控系统、洗煤厂集控系统等)和信息化系统(安全监控系统、人员定位系统、地理信息或计算机辅助设计系统和建筑信息模型系统、企业资源计划系统等)的数据采集与控制。数据采集与控制系统配置有消息队列系统的服务地址，将采集的自动化系统和信息化系统的数据通过消息队列系统发布出去供基于地理空间可视化管控系统(包括地层、巷道、设备、人员及采掘专题内容等在内的矿井二维或多维地理空间可视化环境)和大数据分析联控系统使用。同时，数据采集及控制系统也订阅基于地理空间可视化管控系统和大数据分析联控系统的指令消息，当收到指令消息后对系统层的子系统进行集中控制。

所述数据分发及存储系统包括消息队列系统和数据库系统。消息队列系统是整个平台数据的神经中枢，对外提供消息队列发布订阅服务，负责平台所有实时数据及消息的发布与订阅，保证各个系统之间消息、数据、指令的即时传输。同时，消息队列系统还为第三方系统提供数据接口服务并归档存储变化的历史数据到数据库系统。数据库系统是关系数据库、非关系数据库、实时数据库、时空数据库、大数据存储的组合数据库系统，实现多源异构的数据归档和存储。数据库系统归档存储消息队列的历史数据，以供可视化管控系统进行历史数据查询、分析、数据挖掘。同时，数据库系统还负责可视化管控系统管理类数据的存储；

所述消息队列系统是整个平台数据的神经中枢，负责平台所有数据及消息的发布与订阅，保证各个系统之间消息、数据、指令的快速传输。同时，消息队列系统还可以为第三方系统提供数据接口服务。

采用mqtt开源消息队列框架，开发所述消息队列系统，通过网络对外提供消息队列发布订阅服务，消息队列系统配置有数据库系统的服务地址，并归档存储消息队列的历史数据到数据库系统。数据库系统是关系数据库、非关系数据库、实时数据库、时空数据库、大数据存储系统组合的数据库系统，实现多源异构的数据归档和存储。同时，数据库系统还负责基于地理空间可视化管控系统和大数据分析联控系统管理类数据的存储。

所述可视化管控系统是整个平台所有数据可视化管理和远程控制的自动或人机交互系统，实现矿井信息的融合集成、展示，提供基于地理空间可视化环境的井上下各类系统、设备的远程交互式管理和控制，以及跨系统、数据的大数据联控分析，实现矿井少人或无人工作；

基于地理信息系统或计算机辅助设计及虚拟仿真技术，建立全矿井宏观及重点场所微观模型的可视化环境，对机电设备自动化系统(主副井提升监控系统、排水监控系统、主扇通风监控系统、压风机监控系统、主煤流运输监控系统、有轨电车信集闭系统、综采工作面集控系统、综掘面监控系统、皮带运输系统、电力监控系统、洗煤厂集控系统等)和信息化系统(安全监控系统、人员定位系统、地理信息或计算机辅助设计系统和建筑信息模型系统、企业资源计划系统等)的数据融集成，并全息展示矿井信息。基于地理空间的可视化管控系统配置有消息队列系统的服务地址及数据库系统的服务地址，实时展示最新数据和人机交互式下发控制指令，对平台历史数据的查询、分析、数据挖掘并存储可视化管控系统自身的管理数据。

可视化管控系统基于地理空间可视化环境实现对接入系统的管控，包括综合可视化控制、预设截割曲线生成、高精度地质模型动态修正、大数据分析联控等模块，具体描述如下：

所述管理平台的基础支撑及人机交互环境采用地理信息系统(gis)或计算机辅助设计系统(cad)、建筑信息模型(bim)，提供与地理空间一致的数字化、虚拟场景，通过一个界面统一集成、展示矿井自动化系统和信息化系统；

针对矿井工作面生产工作，可视化管控系统基于工作面高精度地质模型及采煤机历史截割曲线，自动或人机交互式生成工作面顶底板预设截割曲线，结合实时生产数据展示当前进刀预设截割曲线，生成下一进刀顶底板煤岩分界线并和当前进刀预设截割曲线对比展示，综合工作面顶底板截割曲线、刮板运输机调直线、俯仰采煤基线指导工作面远程操控和无人开采；

结合工作面生产返回的实时、实际截割曲线数据，与工作面高精度地质模型预设曲线对比后，将差异部分形成新的控制点或和顶底板实时探测数据加入高精度地质模型，动态更新地质模型数据，为后续的生成截割提供更加准确、精细的模型支持；

通过可视化管控平台，自动或人机交互式操作发送指令操作井下各类设备，通过网络环境、通讯协议、计算机控制程序和设备控制接口，实现对井下设备的远程控制，并对控制的实际结果进行可视化展示；

可视化管控系统基于平台接入的各个子系统数据，采用大数据架构跨系统分析、处理，提供矿井生产管理的智能化评价和建议，在许可范围内远程自动化联动控制各个子系统。具体的，所述可视化管控系统基于平台接入的各个子系统形成的大数据离线数据，采用大数据架构跨系统分析、处理，对各个接入的子系统实现大数据分析。大数据分析联控系统配置有消息队列系统的服务地址、数据库系统的服务地址，实时获取最新数据进行大数据分析并自动下发控制指令，获取最新数据进行大数据分析和存储结果数据。根据实时动态分析结果，提供矿井生产管理的智能化评价和建议，在许可范围内远程自动化联动控制各个子系统。

可视化管控平台为矿山建立统一的数据管理平台、统一的可视化业务操作平台，可对矿井采掘系统、提运系统、供电系统、通风系统、排水系统等实现统一接入和控制，并提供系统间的融合及联动。

参考图3，本发明实施例还公开了一种矿井生产管理方法，包括：

步骤201，实时获取所述管理平台自动化数据和信息化数据；

步骤202，基于消息队列方式将所述自动化数据和信息化数据进行实时发布与存储；

步骤203，接收所述自动化数据和信息化数据，利用所述自动化数据和信息化数据对矿井进行可视化管理和远程控制。

所述步骤201包括，

实时获取自动化系统产生的自动化数据；

实时获取信息化系统产生的信息化数据；

所述自动化系统包括：主副井提升监控系统、排水监控系统、主扇通风监控系统、压风机监控系统、主煤流运输监控系统、有轨电车信集闭系统、综采工作面集控系统、综掘面监控系统、皮带运输系统、电力监控系统、洗煤厂集控系统；

所述信息化系统包括：安全监控系统、人员定位系统、地理信息系统(gis)、计算机辅助设计系统(cad)、建筑信息模型(bim)系统、企业资源计划(erp)系统、安全生产管理系统。

所述步骤202包括，

利用消息队列方式实时将获取的自动化数据和信息化数据进行发布；

将所述历史自动化数据和历史信息化数据进行存储。

所述步骤203包括，

接收所述自动化数据和信息化数据；

基于所述矿井的二维或多维地理空间可视化环境和/或所述自动化数据、和/或信息化数据自动或者通过人机交互或组态图表操作发出控制指令和巡检指令；

所述控制指令包括顶底板截割曲线、刮板运输机调直线、俯仰采煤基线；

利用所述控制指令中的顶底板截割曲线、刮板运输机调直线、俯仰采煤基线基于所述矿井的二维或多维地理空间可视化环境对矿井中的采煤机、刮板运输机、液压支架的自动化采煤进行控制；

利用所述巡检指令对自动化系统和信息化系统进行远程巡检。

所述将所述历史自动化数据和历史信息化数据进行存储之后还包括：

利用所述历史自动化数据和所述历史信息化数据对所述自动化系统和信息化系统进行管理。

参考图4，本发明实施例公开了一种矿井生产管理方法，所述方法利用数据采集与控制系统采集机电设备自动化系统和信息化系统中的自动化数据和信息化数据，所述机电设备自动化系统包括主副井提升监控系统、排水监控系统、主扇通风监控系统、压风机监控系统、主煤流运输监控系统、有轨电车信集闭系统、综采工作面集控系统、综掘面监控系统、皮带运输系统、电力监控系统、洗煤厂集控系统等，所述信息化系统包括：安全监控系统、人员定位系统、地理信息系统(gis)、计算机辅助设计系统(cad)、建筑信息模型(bim)系统、企业资源计划(erp)系统、安全生产管理系统等。所述数据采集与控制系统将所述实时自动化数据和信息化数据传输给消息队列系统，并将所述数据采集与控制系统产生的历史自动化数据和信息化数据保存在数据库系统中。所述消息队列系统将所述实时自动化数据和信息化数据传输给基于二维或多维地理空间可视化管控系统和大数据联动系统，所述大数据联动系统基于消息队列系统和数据库系统中的数据产生控制指令和巡检指令，在需要人为干涉的情况下，基于所述地理空间可视化管控系统并通过消息队列系统将所述控制指令和巡检指令传输给数据采集与控制系统，从而能够对所述自动化系统和所述信息化系统进行可视化管理和巡检。在不需要人为干涉的情况下，通过消息队列系统将所述控制指令和巡检指令发送个数据采集与控制系统，从而实现对自动化系统和信息化系统的控制与巡检。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种矿井生产管理平台和管理方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。