一种基于大数据分析的煤矿安全生产动态诊断系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于大数据分析的煤矿安全生产动态诊断系统及方法，该基于大数据分析的煤矿安全生产动态诊断系统包括云服务器、操作终端、环网交换机、防火瓦斯监测器、一氧化碳监测器以及顶板压力监测器；防火瓦斯监测器、一氧化碳监测器以及顶板压力监测器分别与环网交换机连接，环网交换机通过网络与云服务器和操作终端分别连接。本发明专利技术以综合集成的煤矿信息系统和监测监控系统为基础，建立煤矿安全综合数据库和专家知识库；结合煤矿日常业务数据和实时性监测监控数据，基于三维虚拟矿井模型，建立煤矿安全动态诊断系统，最终降低煤矿安全生产事故的发生，实现煤矿安全管理的信息化和现代化。

A dynamic diagnosis system and method for coal mine safety production based on big data analysis

The invention discloses a dynamic diagnosis system and method for coal mine safety production based on large data analysis. The dynamic diagnosis system of coal mine safety production based on large data analysis includes cloud server, operation terminal, ring network switch, fireproof gas monitor, carbon monoxide monitor and roof pressure monitor, and fire protection tile. The monitor, the carbon monoxide monitor, and the roof pressure monitor are connected to the ring switch respectively, and the network switches are connected to the cloud server and the operating terminal through the network. On the basis of integrated integrated coal mine information system and monitoring and monitoring system, the coal mine safety comprehensive database and expert knowledge base are set up, combined with the daily business data and real-time monitoring and monitoring data of coal mine, based on the 3D virtual mine model, the coal mine safety dynamic diagnosis system is set up, and the safety production of coal mine is finally reduced. The accident will bring about the information and modernization of coal mine safety management.

【技术实现步骤摘要】
一种基于大数据分析的煤矿安全生产动态诊断系统及方法
本专利技术涉及矿山安全
，尤其涉及一种基于大数据分析的煤矿安全生产动态诊断系统及方法。
技术介绍
煤矿安全生产和管理是煤矿企业最核心的工作，目前我国煤矿安全信息系统还停留在信息集成和展示的层面，缺乏大数据历史分析、挖掘和预测，无法建立事前预防预控机制。二十世纪90年代以来，我国煤炭安全生产信息化建设迅速展开，取得了长足的进步，主要有如下几个方面：(1)网络环境建设：各生产矿井基本上都建立了基于工业以太网搭建的工业控制网络，以及面向企业信息化建设的局域网。(2)煤矿综合自动化系统建设：基于工业控制网络以工业组态软件为基础搭建综合自动化信息集成平台，将各分散的生产过程控制系统、安全监控系统集中一个平台管理，初步实现安全、生产远程监测。(3)以煤矿安全避险“六大系统”为主题的系统建设：2010年国家安全监管总局、国家煤矿安监局提出建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”，包括建设瓦斯监测监控系统、人员考勤定位系统、矿井通信联络系统、矿井压风自救系统、供水施救系统、以及井下紧急避险系统。(4)企业管理信息系统建设：包括生产调度指挥系统、原煤生产系统、煤质及运销管理系统等面向特定专业部门的管理信息系统。目前关于煤矿安全监控系统升级的目的是促进安全监测监控新技术新装备的推广应用，提高安全监控系统技术性能和安全可靠性，适应煤矿安全生产的需要。促进安全监测监控多元融合和信息共享，提高煤矿安全预测预警水平，实现安全监测监控信息的深度分析和综合利用。其中，方案要求升级后的系统应具有大数据分析功能，如多系统融合条件下的综合数据分析、瓦斯涌出、火灾等的预测预警等。因此，基于大数据分析的煤矿安全生产动态诊断方法的研究也是现阶段解决煤矿安全问题的重要手段之一。然而，煤炭安全生产是一个综合系统工程，不仅仅是数据的实时收集和监测展示，涉及到人员、设备、生产环境、管理四大要素的相互影响和联动，涉及到采煤、掘进、机电、运输、通风、地测和防治水、调度、洗选、运销等诸多生产环节和专业管理的相互协作，涉及到对历史生产过程的回顾整理和分析挖掘、对现势生产状态的总结概括和推理诊断、对未来安全状况的预判和预警。纵观我国煤矿信息化建设近10多年的发展，煤炭企业建设的诸多安全生产信息系统还停留以系统集成为主的生产和流通过程的数字化和信息化层面上，沿袭部门专业条块分割的信息化模式，存在诸多问题：(1)部门专业之间信息系统割裂。(2)人员、设备、环境、管理四大要素割裂。(3)历史安全、现势安全和未来安全割裂。(4)安全生产要素的时间和空间维度割裂。(5)安全生产信息系统重展示轻分析挖掘。(6)安全生产多定性评估而少定量诊断。(7)安全生产信息系统的软硬件伸缩性不足。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的不足之处，本申请提供一种基于大数据分析的煤矿安全生产动态诊断系统及方法，实现了煤矿安全管理的信息化和现代化。该基于大数据分析的煤矿安全生产动态诊断系统包括云服务器、操作终端、环网交换机、防火瓦斯监测器、一氧化碳监测器以及顶板压力监测器；所述防火瓦斯监测器、一氧化碳监测器以及顶板压力监测器均设置在井下，所述云服务器和所述操作终端均设置在井上，所述防火瓦斯监测器、一氧化碳监测器以及顶板压力监测器分别与所述环网交换机连接，所述环网交换机通过网络与所述云服务器和所述操作终端分别连接。可选地，还包括用于检测井下温度、瓦斯量、通风量的第一传感器，所述第一传感器与所述防火瓦斯监测器连接。可选地，还包括用于检测井下一氧化碳含量的第二传感器，所述第二传感器与所述一氧化碳监测器连接。可选地，还包括用于检测顶板压力的第三传感器，所述第三传感器与所述顶板压力监测器连接。可选地，所述云服务器包括并列设置的数据库云服务器、数据采集云服务器以及管控云服务器。相应地，本申请还提供一种基于大数据分析的煤矿安全生产动态诊断方法，其包括下列步骤：步骤1，利用物联网技术实现数据集成，将基础空间数据和属性数据、在线监测系统的监控数据、专业业务系统的业务数据综合集成起来，从而构建煤矿安全综合数据库；步骤2，针对知识集成的目标，整理煤矿安全规范规程体系中的经验或理论知识，从而构建煤矿安全专家知识库；步骤3，基于高精度地质模型理论开发三维虚拟矿井可视化平台，实现地层建模、钻孔建模、断层建模、工作面建模和巷道硐室建模工作，实现数据和知识可视化、煤矿安全生产活动可视化、诊断和决策过程可视化；步骤4，利用煤矿安全综合数据库中的基础空间数据和属性数据、监控数据以及业务数据，根据煤矿安全专家知识库进行评估、利用回归分析的方法推理和演绎，分析煤矿安全生产现状与趋势、预测未来，并针对煤矿应急现象做出科学合理的响应对策。可选地，所述步骤1包括：步骤11：对基础空间数据和属性数据、监控数据、业务数据进行类别梳理、收集、清洗以及格式转换；步骤12：定义煤矿安全综合数据库的数据模型、逻辑数据结构和物理数据结构；步骤13：定义在线监测系统的监控数据的集成协议，开发监控数据传输接口；步骤14：定义业务管理系统的业务数据的集成协议，开发业务数据传输接口。可选地，所述步骤2包括：步骤21，梳理煤矿安全规范规程体系，建立煤矿安全知识分类体系及煤矿安全元数据库；步骤22，根据煤矿安全知识体系和元数据的类型，选择知识表示方式和回归推理方式，所述回归推理方式包括线性回归推理方式、逻辑回归推理方式、多项式回归推理方式；步骤23，定义煤矿安全专家知识库的概念数据模型和逻辑数据结构；步骤24，根据煤矿安全知识规则体系，建立煤矿安全评估专家知识库和煤矿安全推理专家知识库；步骤25，建立元数据库管理系统，进行煤矿安全专家知识库中安全状况评估打分系统以及安全问题推理解释体系的定义和管理维护；步骤26，建立知识库管理系统，进行知识的增加、删除、更新、查找，以及正确性、歧义性、冗余性、包含性检查；步骤27，建立煤矿安全专家知识库的推理机和解释机，进行安全知识的推理以及解释。可选地，所述步骤3包括：步骤31，基于高精度地质模型理论建立三维虚拟矿井可视化平台，支持煤层三维可视化、实现钻孔建模、断层建模、巷道建模、三维漫游以及地质剖切；步骤32，在三维虚拟矿井可视化平台下接入各类在线监测数据及综合自动化系统的各类设备，实现三维可视化展示、信息查询以及管理功能；步骤33，实现危险源三维预警分析和重大事故避灾路线分析功能；步骤34，基于C/S模式和B/S模式实现局域网三维虚拟场景发布。可选地，所述步骤4包括：步骤41，根据煤矿安全综合数据库中在线收集的监控数据，应用煤矿安全专家知识库对煤矿安全生产活动进行安全状况打分评估，反映煤矿安全现势和近期的状况；步骤42，针对安全状况打分评估的结果，基于煤矿安全专家知识库对发现的问题进行分析和解释，给出原因及处理措施建议，并对处理措施全程跟踪和反馈；步骤43，对用户提交的诊断任务进行配置和管理，制定用户诊断内容、诊断范围和诊断时间。本专利技术是在人机环管四大安全生产要素综合集成的基础上，以煤矿开采技术方法以及煤炭行业、集团、矿井制定的各类安全生产规程规范为依据，应用二维/三维地理信息系统、现代数理统计、数据挖掘技术、量化分析技术，对煤矿安全生产相关的信息进行综合展示、关联本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于大数据分析的煤矿安全生产动态诊断系统，其特征在于，包括云服务器、操作终端(1)、环网交换机(2)、防火瓦斯监测器(3)、一氧化碳监测器(4)以及顶板压力监测器(5)；所述防火瓦斯监测器(3)、一氧化碳监测器(4)以及顶板压力监测器(5)均设置在井下，所述云服务器和所述操作终端(1)均设置在井上，所述防火瓦斯监测器(3)、一氧化碳监测器(4)以及顶板压力监测器(5)分别与所述环网交换机(2)连接，所述环网交换机(2)通过网络与所述云服务器和所述操作终端(1)分别连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于大数据分析的煤矿安全生产动态诊断系统，其特征在于，包括云服务器、操作终端(1)、环网交换机(2)、防火瓦斯监测器(3)、一氧化碳监测器(4)以及顶板压力监测器(5)；所述防火瓦斯监测器(3)、一氧化碳监测器(4)以及顶板压力监测器(5)均设置在井下，所述云服务器和所述操作终端(1)均设置在井上，所述防火瓦斯监测器(3)、一氧化碳监测器(4)以及顶板压力监测器(5)分别与所述环网交换机(2)连接，所述环网交换机(2)通过网络与所述云服务器和所述操作终端(1)分别连接。2.根据权利要求1所述的基于大数据分析的煤矿安全生产动态诊断系统，其特征在于，还包括用于检测井下温度、瓦斯量、通风量的第一传感器(6)，所述第一传感器(6)与所述防火瓦斯监测器(3)连接。3.根据权利要求1所述的基于大数据分析的煤矿安全生产动态诊断系统，其特征在于，还包括用于检测井下一氧化碳含量的第二传感器(7)，所述第二传感器(7)与所述一氧化碳监测器(4)连接。4.根据权利要求1所述的基于大数据分析的煤矿安全生产动态诊断系统，其特征在于，还包括用于检测顶板压力的第三传感器(8)，所述第三传感器(8)与所述顶板压力监测器(5)连接。5.根据权利要求1所述的基于大数据分析的煤矿安全生产动态诊断系统，其特征在于，所述云服务器包括并列设置的数据库云服务器(9)、数据采集云服务器(10)以及管控云服务器(11)。6.一种基于大数据分析的煤矿安全生产动态诊断方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1，利用物联网技术实现数据集成，将基础空间数据和属性数据、在线监测系统的监控数据、专业业务系统的业务数据综合集成起来，从而构建煤矿安全综合数据库；步骤2，针对知识集成的目标，整理煤矿安全规范规程体系中的经验或理论知识，从而构建煤矿安全专家知识库；步骤3，基于高精度地质模型理论开发三维虚拟矿井可视化平台，实现地层建模、钻孔建模、断层建模、工作面建模和巷道硐室建模工作，实现数据和知识可视化、煤矿安全生产活动可视化、诊断和决策过程可视化；步骤4，利用煤矿安全综合数据库中的基础空间数据和属性数据、监控数据以及业务数据，根据煤矿安全专家知识库进行评估、利用回归分析的方法推理和演绎，分析煤矿安全生产现状与趋势、预测未来，并针对煤矿应急现象做出科学合理的响应对策。7.根据权利要求6所述的基于大数据分析的煤矿安全生产动态诊断方法，其特征在于，所述步骤1包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛善君，张鹏鹏，雷小平，侯立，陈华州，杨阳，周冬锁，王永，胡泽云，
申请(专利权)人：北京龙软科技股份有限公司，北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11