智能化煤矿大数据平台架构及数据处理关键技术研究

随着煤矿智能化技术深度推进,其数据量级及类型均呈爆炸式增长,利用大数据技术针对煤矿多源海量数据进行集成分析与数据价值挖掘,实现动态诊断与辅助决策,成为煤矿智能化的关键。煤矿大数据平台向下实现多源异构感知数据的接入、集成和融合,向上为各种煤矿智能化应用提供数据服务,打通感知数据和数据智能应用之间的屏障,是煤矿智能化运行的基础。针对当前煤矿大数据平台建设初级阶段缺乏成熟建设体系的现状,在分析煤矿大数据数据来源、数据特征以及处理要求的基础上,提出由数据接入层、数据存储层、数据资产管理层、数据服务层构成的煤矿大数据集成分析平台技术架构;系统研究数据接入与存储系统,主数据管理系统及数据服务系统等大数据平台关键系统,从而建立大数据平台基础框架,为大数据融合分析处理提供基础数据与资源能力;针对煤矿大数据处理要求,研究数据获取与数据标准管理,提出基于位号的煤矿数据编码标准,实现煤矿数据标准化管理,并在此基础上研究数据集成与数据治理技术与数据可视化技术,实现数据全生命周期管理;研究提出基于循环神经网络的数据预测及基于知识工程的态势感知与推理等基于人工智能的处理算法实现数据纵向和横向的智能化分析。以陕煤张家峁煤矿及陕西延长石油巴拉素煤矿为代表进行大数据平台建设与工程实践,为建设智能化煤矿大数据平台,构建煤矿数据生态提供技术参考。     

基于BIM技术的煤炭工程招标采购成本预算控制模型

为有效避免预算超支对煤炭工程招标采购造成的经济损失,设计基于BIM技术的煤炭工程招标采购成本预算控制模型,提升经济效益。BIM数据管理平台通过BIM数据管理内核实现IFC数据内煤炭工程招标采购相关数据的交互和存储,通过平台用户界面的BIM图形交互模块和BIM资源管理器模块访问BIM存储数据,并完成数据运算和管理;招标采购成本预算控制模块调用处理后的BIM数据,通过成本监控、成本预警和成本预测功能,并结合BIM软件与造价软件,实现煤炭工程招标采购成本预算控制。实验结果说明:该模型的煤炭工程招标采购实际成本和预算成本相同,成本预算控制准确;煤炭工程招标采购进度快于预期情况,招标采购成本预算控制效果显著。     

煤矿安全监控系统数据加密存储方案设计

针对煤矿安全监控系统数据加密与防篡改手断逐渐被人破解，已加密的监控系统数据有着较大被篡改风险的问题；通过分析当前主要防篡改技术、数据篡改手段以及系统主要数据特征，从数据访问用户加密管理、数据加密存储，以及数据被篡改后的恢复等方面通盘考虑，结合系统数据的实际应用场景，设计了数据加密存储的总体架构和基于关系数据库与文件存储的数据加密存储方案；方案通过在关系数据库存储中引入可搜索数据混淆、数据加密、数据检验和用户管理外壳等数据加密与防篡改手段，以及对关键数据进行文件加密备份的方式进行数据加密存储。应用该方案的煤矿安全监控系统，可有效防范目前常见的置换法、删除法等数据篡改手段，在煤矿安全监控、人员定位等系统数据加密与防篡改设计上有着较大的借鉴意义。     

基于倾斜摄影技术的煤矿地区土地利用动态变化预测系统

设计了基于倾斜摄影技术的煤矿地区土地利用动态变化预测系统,有效预测煤矿地区土地利用动态变化,为煤矿地区土地合理利用与管理提供可靠参考依据。利用无人机倾斜摄影技术采集煤矿地区土地利用相关数据,对土地利用动态变化预测数据执行单独存储操作,调用各类地图与土地利用变化数据库数据,将其传输到土地动态预测中心,通过采集土地利用图像的增强去噪、畸变纠正后,生成并存储土地利用DSM图像,经DSM数据中相对应的土地高程值提取,实现土地利用动态变化预测。实验结果表明,该系统可有效预测煤矿地区土地利用的动态变化,满足实际煤矿区土地利用动态变化预测工作需要;图像增强及畸变纠正后,图像色彩、光线、饱和度以及清晰度均有所提升,且不再倾斜。     

数字化矿山中异构数据集成研究

为了解决煤矿企业异构数据的共享和互访,针对煤矿企业异构数据现状和集成需求,在分析其数据环境基础上,搭建系统集成环境,选用基于中间件的集成方案,构建基于XML的煤矿企业异构数据集成框架,并给出异构数据集成的流程,将XML作为公共数据模型,XML Schema作为描述数据源的模式语言,XPath作为全局查询语言,通过DOM/SAX接口实现对XML文件的操作,结合Java技术,完成模式集成,并实现煤炭企业基于XML的异构数据的中间件集成.通过系统的测试和运行,其实现了煤矿企业各种结构化、半结构化和非结构化数据资源的共享.异构数据的集成提高了矿山安全生产和管理中数据处理效率.     

基于MCGS的压风机房智能配电SCADA系统设计

针对鲍店煤矿压风机房电能监测不到位、造成电能浪费的具体情况,为提高供电质量,在分析国内煤矿智能化建设现状的基础上,设计了一种基于MCGS的煤矿压风机房智能配电的监视控制与数据采集（SCADA）系统。该系统通过MCGS触摸屏将煤矿压风机用电信息集中采集并显示,同时经服务器上传至调度中心,远程监控设备的非正常用电,实现压风机房供电系统配电的精准化维护。运行结果表明,该系统可实时掌握压风机房配电系统的运行状态,提高了鲍店煤矿配电的智能化水平,同时协同已有的节能设备和监测系统,有效降低能耗,提高煤矿的经济效益。     

虚拟煤矿三维引擎架构设计及实现

针对现有面向煤矿行业应用的虚拟矿井系统缺乏高精度地质建模、监测监控数据集成、危险源预警等应用,不能实现与地质测量数据同步更新和专业应用等缺点,结合煤矿动态开采特点,将煤矿虚拟矿井系统的核心技术进行抽象和封装,提出了面向煤矿应用的三维引擎架构,快速高效地构建煤矿虚拟矿井系统,通过空间数据引擎动态地更新地质测量数据,同时详细介绍了虚拟煤矿三维引擎数据存储和更新技术。     

基于数据实时分析的煤矿建筑工程安全监测系统

为了精准、稳定监测煤矿建筑工程安全,缩减监测效果受数据量及噪声影响,设计了基于数据实时分析的煤矿建筑工程安全监测系统。通过感知层采集煤矿建筑工程相关数据,数据处理模块对数据进行聚类操作,通信模块将聚类后数据安全传输至煤矿建筑工程安全监测中心,利用改进隔离森林算法对数据执行异常检测操作,并将检测结果存储数据库中,通过安全监测与管理中心为客户呈现监测结果。实验结果表明,该系统可有效聚类煤矿建筑工程数据,且煤矿建筑工程安全监测精度与稳定性好,监测效果受数据量及噪声影响较小。     

基于ArcGIS云计算的煤矿安全监管系统的研究——以某煤矿巷道为例

文中在分析矿井瓦斯监测数据特征及其集成管控模式的基础上,深入研究了煤矿瓦斯危险预警模型建立的理论和方法。基于ArcGIS云计算模型提出煤矿瓦斯预警多源大数据去冗降噪分布式技术,对原始大数据进行预处理,为煤矿瓦斯危险预警模型的建立奠定基础,并提出适用于煤矿瓦斯大数据的模式表示方法,达到有效地对数据进行降维的目的。     

智能煤矿建设路线与工程实践

针对我国智能煤矿发展"三步走"战略,指出智能煤矿建设不但包括基础设施、生产监控系统、安全监控系统、生产经营管理系统等系统的建设,更包括基于大数据和人工智能的智能决策系统建设。从工程实践的角度提出了煤矿智能化建设"3115"建设路线,煤矿可根据自身需求和信息化现状,按照该建设路线有选择、分步骤的进行智能煤矿建设。阐述了"3115"建设路线中的实施方法:通过"3个网络"建设企业管理网、工业网络和通信联络网,其构成智能煤矿的基础,形成覆盖全矿井的统一传输网络平台;通过"1个平台"构建统一的智能集成控制平台,实现"六全"信息智能;通过"1个系统"建设煤矿大数据及云服务系统,实现数据和模型的统一存储,为智能决策提供数据和算力支持;通过"5个中心"建设数据中心、调度指挥中心、智能控制中心、安全监测中心和生产运营管理中心,为智能煤矿提供业务与决策支撑。以所完成的多个智能煤矿建设为例介绍了"3115"建设路线的工程实践。智能煤矿建设大幅提高了实施企业的生产效率和安全水平,特别是大幅降低了危险岗位和重复性岗位的员工数量,为企业创造了较好的经济效益和社会效益。     

基于PLC的压风机在线监控系统研究

煤矿压风机设备作为煤矿风动机械的动力源,在煤矿安全生产中具有重要的地位。为了确保煤矿压风机安全运行、提升煤矿数字化建设水平,提出了以S7-300PLC为核心,通过采集现场传感器数据、设备数据等,结合现场操作台、地面工程师站,实现对压风机在线监测监控。实践表明:基于PLC技术的压风机在线监控系统具有运行稳定、采集参数齐全、预警可靠、节能降耗等特点,在地面控制中心可方便实现煤矿压风机在线监测、一键启停、压风机切换、运行记录查询、故障查询、全自动化运行等功能,提升了煤矿压风机系统的安全性、可靠性,同时达到减员增效、节能降耗的效果。     

特大型矿井供电系统综合保障体系的研究与应用

为了提高煤矿井下供电系统供电可靠性,保障井下煤矿开采安全稳定、节能经济的高效进行。城郊煤矿对特大型矿井供电系统综合保障体系进行了研究,分析了供电系统综合保障体系,研究了城郊煤矿供电系统综合保障体系实施与技术关键。研究有效保障了矿区电力输配电系统的安全、优质运行,对于国内同行业有较好的参考价值。     

煤矿带式输送机智能控制系统设计与应用研究

针对某煤矿企业带式输送机运行效率低、安全性能差、电能损耗严重的问题,开展矿用带式输送机上智能控制系统设计与应用研究,对系统进行了实际应用验证。结果表明,系统控制系统运行稳定可靠,实现了井下带式输送机集中控制与远程控制功能。应用该控制系统后实现了节能降耗,节约了带式输送机运维人员,降低了煤炭掘进的成本,对带式输送机控制系统设计具有重要的指导意义,也对智能化矿山建设起到了重要的推动作用。     

矿井智能供电监控系统设计及应用研究

矿井供电网络的稳定可靠运行是保证煤矿开采过程顺利进行的重要基础和前提。结合煤矿实际情况设计了智能供电监控系统,系统主要由井下监控单元、地面集控中心和通信网络系统3部分构成,井上和地面之间基于工业以太网进行数据连接。对井下监控单元中涉及的硬件设施进行了详细介绍,控制器选用的型号为STM32,对地面集控中心的主要软件功能进行了分析,重点介绍了监控系统的报警功能。将智能供电监控系统应用到煤矿工程实践中,经现场测试发现各项功能都得以实现,取得了非常好的效果,值得其他煤矿企业借鉴。     

B IM技术在煤矿工程施工进度监控系统中的应用

为了更加实时呈现施工进度监控结果,为管理者及时做出调整、保障工期奠定基础,设计了基于BIM技术的煤矿工程施工进度监控系统.设计包括数据采集层、数据处理层、BIM模型层及应用层的监控系统,由采集层采集现场施工数据,经处理层处理并提取有用信息实施匹配与识别后,由BIM模型层构建BIM实时模型,向应用层导入该模型信息并实施运...     

空间数据挖掘算法在煤矿能源保护监管中的应用

为降低煤矿能源开采风险,实现规范化管理,提出空间数据挖掘算法在煤矿能源保护监管中的应用研究。由信息层、控制层和设备层构成监管系统,明确系统职责,结合监管系统特征,设计空间数据挖掘模型整体结构。将粗糙集和神经网络方法相结合,去除冗余数据,采用误差函数和代价函数,确定神经网络训练样本数量。探究数据挖掘模型在煤矿保护监管中的应用过程,设计神经网络结构,计算神经元数量,反复训练网络生成关联规则。经过实例应用分析,从关联规则中可得出:煤矿能源安全和瓦斯浓度、日开采量之间支持度较高,必须将二者指标控制在合理范围内。由此证明了挖掘算法不但可以获取煤矿能源现状,还能通过历史数据得出预见性结论。     

BIM技术在煤矿建筑工程安全检测 中的应用研究

以提升建筑工地安全监管效果为目的,研究基于BIM技术的煤矿建筑工程安全检测方法,建立由数据采集层、应用层等组成的煤矿建筑安全检测模型。数据层通过RFID标签与WSN传感网络采集以及传输煤矿建筑施工信息,经过数据处理层处理后传输至模型层内;模型层依据处理后的建筑数据,利用BIM技术内的REVIT软件建立建筑工程标高与轴网后,将CAD工程图纸导入该软件内,经过对建筑框架结构做柱体填充、添加梁、门窗等步骤,建立并实时更新煤矿建筑工程BIM模型;应用层依据更新后的煤矿建筑工程BIM模型,利用层次分析法分析建筑施工过程的异常情况;用户层依据应用层反馈的分析结果,同建筑工程管理人员进行建筑工程安全检测的人机交互。实验结果表明:该方法可实时更新建筑孔洞并充分描述其详细属性,且具备较强的冲突检测与安全隐患追踪能力。     

煤矿通风机变频调速控制系统设计研究

煤矿通风机是保证矿井正常运行的主要设备,在煤炭生产过程中,为了达到对能源的有效利用,对煤矿通风机变频调速控制系统设计进行了研究。分析了系统的控制方案,采用FX2N PLC对除尘系统、管道分流系统、变频器进行控制,利用变频器对风机运转进行驱动。以QPLC为系统主站,采用CC-Link现场总线对从站进行系统控制。然后,对系统的电路设计进行了分析,最后研究了系统的硬件部分、控制系统的通信、变频器的参数设定和系统软件设计。研究为煤矿通风机变频调速控制系统的设计提供了借鉴。     

新安煤矿供电系统无功补偿优化改造

煤矿生产中使用的电动机、变压器等感性负荷消耗了大量的无功功率。降低无功功率消耗,提升功率因数,可保障电力电网电压的稳定,节能降耗。针对新安煤矿供电特性和现状,分析煤矿供电存在的问题,利用无功补偿技术对该矿供电系统进行优化改造,解决了煤矿供电系统的安全供电和经济供电问题。     

基于主元分析的煤矿空压机故障诊断研究

针对目前煤矿空压机监测出现故障诊断复杂、人工成本高等问题,采用主元分析方法,对煤矿空压机故障诊断方法进行研究。研究了煤矿空压机主元故障预警方法以及煤矿空压化故障诊断检测方法,并以某煤矿为例,系统在正常运行的情况下,采集传感器的样本数据,建立预警模型,然后采取实验测试数据进行检验认证,验证结果显示主元分析方法,能够有效准确地把故障信息准确提取出来,确保煤矿空压机能够准确进行故障诊断,从而达到矿井安全生产的目的。