2020年2月，国家发改委等八部委联合发布《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，明确指出将人工智能、工业物联网、云计算、大数据、机器人、智能装备等与现代煤炭开发利用深度融合。近年来，我国虽然在煤矿综采工作面自动化建设方面取得了巨大成就，但各生产矿井的“新基建”仍属于薄弱环节，现有的各生产子系统独立运行，各煤矿子系统建设协议标准不统一，缺少底层互联互通，数据融合只能从顶层开始，系统间缺少必要的信息交互，“信息孤岛”现象十分严重，无法实现联动操作。基于上述问题，枣庄矿业（集团）有限责任公司（以下简称枣矿集团）为打造智能化综采工作面，按照“无人则安、智能开采”理念，形成统一的信息化建设标准与规范，建设适用于综采工作面智能一体化的大数据系统平台成套系统。

生产大数据系统平台主要建设内容

生产大数据系统平台的建设整合集团内部及上下游产业链的资源，打造集数据采集、数据处理、监测管理、预测预警、可视化平台于一体的大数据平台，以信息化提升数据化管理与服务能力，及时准确掌握集团及各矿的生产和经营情况，做到“用数据说话、用数据管理、用数据决策、用数据创新”，牢牢把握集团发展的主动权和话语权。为决策提供及时、准确、可靠的信息依据，提高工作的前瞻性和针对性，加大指导管控力度，促进集团持续健康发展。具体建设内容如下：

（1） 数据源共享，一个数据源应用

建立煤矿数字化数据标准体系，实现底层数据源共享，数字化平台应用服务数据智能调取，从而达到数字化平台各个服务模块“有据可循、有据可用、有据可查”，杜绝“信息孤岛”。

（2） 一整套数据传输标准

建立一套完整的数据传输标准，统一转换格式，建立完整的系统数据转换协议，建立统一数据接口。

（3） 数据融合分析

通过数字化矿山建设，大数据分析应用，实现煤矿企业全局级数据收集、汇聚，将大数据技术与业务深度融合，实现大众化的价值创造，达到数据驱动业务操作和决策支持，真正实现企业的数据化转型升级。

（4） 建设应用协同平台

将各子系统数据和业务在同一集成数字化平台上进行展示和应用，基于各个子系统底层数据的信息共享，建设同一数据源综合利用，站在全局互联的整体高度和全局视野，分析解决生产运营统一管理的问题。

（5） 管控一体化

实现生产业务及各管理部门“看得到、管得着、控得住”，杜绝管控盲区，从而实现煤矿开拓、采掘（剥）、运输、通风、洗选、安全保障、经营管理等过程的安全数字化运行。

生产大数据系统平台关键技术

生产大数据系统平台的研发与应用面向不同采煤应用场景，实现工艺机理模型、设备机理模型、控制机理模型、优化模型、软测量模型和故障诊断模型六大类机理模型和微服务组件，形成基于综采设备和微服务的标准化解决方案，加速煤矿智能开采大数据系统平台及解决方案的推广及应用。最终实现：①高参数多源异构数据融合技术与多传感器智能感知技术的应用；②解决大数据量下边缘计算终端无法满足系统能效和实时性需求的问题；③支持微服务容器集群管理特性的PAAS 系统架构技术，可实现PAAS平台架构的高可用性、可伸缩性、可扩展性设计，利用容器集群管理技术可实现微服务容器部署的自动化管理。

生产大数据系统平台主要价值、优势和创新点

主要价值

为实现集团管理者的管理决策提供必要的数据支持，打破矿级数据隔离，实现指标分析及决策，通过详尽的指标体系，实时反映企业的运行状态，将采集的数据形象化、直观化、具体化。在矿级数字化矿山科学管理平台的基础上，提供公司级大数据系统管理平台。该平台是一个图表显示方式，可直观地显示各项指标，并支持“钻取式查询”“一站式决策”的管理信息中心系统。

主要优势

当前，开展煤矿智能开采大数据系统平台建设具有5点优势：①我国煤炭开采技术及装备发展迅速，综采工作面生产先后经历了机械化和自动化２个阶段，目前正处于向智能化开采转型时期；②煤矿智能开采的自动化和信息化提供商集中度高、规模大、系统全，便于达成一致意见；③煤矿智能开采系统化和信息化国产供应商的市场占有率高、话语权强，不受国外厂家制约；④煤矿智能开采行业痛点高度一致，主要体现在控制优化、故障诊断与预测性维护、安全环保节能等；⑤煤矿能化开采大数据系统平台建设刚刚起步，没有“历史包袱”，利于开展平台技术规范制定、测试验证服务，在时机上恰好处于一个关键节点。

生产大数据系统平台具有4大特点：①针对性强，结合并深入挖掘用户需求进行定制开发，满足用户迫切需要的功能；②标准制定，与用户联合制定工作面数据标准，逐步由企业标准向行业标准演进；③项目载体，根据用户对大数据技术的新功能、新想法提供项目载体，不断增加、优化生产大数据项目；④推广性强，通过枣矿集团生产大数据系统项目，对需求进行提炼、总结将该项目打造成一个具有示范作用及可推广的通用产品。

创新点

（1） 为降低大数据平台开发的门槛，提供面向行业的系统开发工具和测试用例开发工具，包括图形化的建模工具、微服务开发工具、测试用例开发工具、基础机理模型库、测试用例库等。

（2） 建立大数据系统平台运行环境和测试环境，可实现两者的隔离和同步机制，满足平台在敏捷开发模式下持续集成和持续交付的要求。

（3） 由于生产工艺数据存在随机误差、数据缺失、传感器故障、时标错位等问题，大数据系统平台可实现基于工艺机理建立数据清洗模型剔除异常数据，实现对数据的清洗。

（4） 由于实际现场采用的工业采集和控制系统种类多样，数据协议和数据结构差异很大，采用边缘计算技术将异构的设备和工艺数据转化为统一格式的设备数据对象，降低基于大数据系统平台的控制优化服务和设备运维服务的实施难度。

应用效果及效益分析

应用效果

枣矿集团生产大数据系统平台分为公司级系统和矿级系统，公司级系统运行在集团，对各矿井工作面的各种生产指标进行统计分析，为管理者提供决策建议；矿级系统分布在各个矿井中，实现对工作面各子系统和设备数据的统一编码，为矿级应用和公司级应用提供数据基础。枣矿集团生产大数据系统平台架构如图1所示。

（1） 公司级数据中心

公司级数据中心作为云侧，负责管理所有的边缘侧，将业务下发给边缘侧，提高业务处理的实时性；并对边缘侧进行数据抽取，在边缘侧完成数据汇集与分析。

（2） 矿级数据中心

矿级数据中心作为边缘侧接收云侧下发的业务，并处理近场数据（综采工作面），将矿级执行的业务结果传输给公司级进行分析决策。矿级数据中心系统如图2所示。

在枣矿集团生产大数据系统平台建设中，结合枣矿集团现场需求，共设计八大业务功能，1个编码系统，1个矿级轻量级PaaS平台。

（ 1 ）工况实时监测。提供对工作面支护系统、采煤机系统、“三机”系统、泵站系统和供电系统的工况监测。综合管控系统、工作面支护系统、采煤机系统、智能供液系统工况实时监测界面如图3—图6所示。

图1 枣矿集团生产大数据系统平台架构

（2） 故障报警。对工作面设备进行故障信息建模，实现设备异常报警和非法操作报警。故障报警系统显示界面如图7所示。

（3） 在线视频。通过千兆环网，将工作面视频直接传输到平台中，实现对工作面无死角视频监控。工作面视频监控系统显示界面如图8所示。

（4） 综采统计。针对工作面生产过程中的重要生产指标，提供对工作面自动化跟机率、记忆截割率、乳化液合格率等KPI指标进行统计和对比。综采统计系统显示界面如图9所示。

（5） 历史查询。提供对工作面各子系统工况数据的存储与查询能力，并通过数据可视化手段实现工况数据历史回溯。历史查询系统显示界面如图10所示。

（6） 矿压分析。结合采煤机运行轨迹与液压支架压力数据，绘制工作面矿压云图，并统计分析工作面初撑力与末阻力。矿压分析系统显示界面如图11所示。

（7） 生产统计。基于设备生产数据，建立KPI 指标分析模型，实现对工作面数据进行统计，如采煤机割煤刀、出煤量等。生产统计系统显示界面如图12所示。

（8） 工艺分析。建立采煤机运行轨迹与支架动作关联数据模型，分析支架与采煤机各项关键指标。

（9） 数据编码。依据业务标准，规范工作面各子系统数据编码，并统一数据上传协议，打破信息孤岛，实现对数据编码信息的存储管理。

（10） 矿级PaaS。构建低成本PaaS平台，满足煤矿“实时性、短周期、本地决策型”与“非实时性、长周期、业务决策型”两大类业务的支撑。

 图12 生产统计系统显示界面

经济效益及社会效益

（1） 经济效益

通过枣矿集团生产大数据系统平台的建设与应用，实现了液压支架、采煤机、“三机”系统等各类系统监测数据的统一平台管理，对系统涉及范围内的设备进行实时在线监测和分析诊断，并借助先进的智能报警、智能诊断、智能体检等智能模型，开展设备预测性维护工作，有效降低了运维成本，规避了安全事故，提升了煤矿企业的综合运营效益。

（2） 社会效益

枣矿集团大数据系统平台的建设涉及工业互联网、物联网、信息传感、工业云平台、人工智能、大数据分析等技术，多学科与领域相互交叉，是未来煤矿智能开采行业的技术竞争焦点。该平台的成功建设将全面革新煤矿智能开采与运维技术现状。

应用前景、示范意义及推广价值

（1） 应用前景

枣矿集团生产大数据系统平台是一套面向煤矿智能开采的开发、测试、运维一体化大数据系统平台，可加快软件交付的速度，提高软件质量，推动可持续发展的数据中心生态环境建立。通过建设设备预测性维护平台，将关键液压支架监测、采煤机监测、刮板输送机监测等系统的监测数据进行统一平台管理，对该系统涉及范围内的设备进行在线实时监测和分析诊断，并借助先进的智能报警、智能诊断、智能体检等智能模型，开展设备预测性维护工作。

（2） 推广价值

煤矿智能开采是新一代采矿业技术竞争的核心，煤矿生产大数据系统平台可充分发挥煤矿全要素生产作用，实现效率变革，促进煤炭行业由要素驱动型向创新驱动型转变；具有带动建立新技术、新产品、新模式等突出优势，可增强煤炭企业核心竞争力；可以推动煤矿开采向清洁生产方向转变， 有助于实现产业升级和可持续发展。此外，我国煤炭企业处于从劳动密集型向人才、技术密集型转变的阶段，企业用工人数较多，机械化、自动化、信息化水平低。煤矿生产大数据系统平台能够大幅提高劳动生产率，减少井下现场作业人员数量，对实现煤矿安全高效生产具有重要意义。

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