基于大数据的煤矿安全监测与预警系统优化研究 摘要：本文研究基于大数据的煤矿安全监测与预警系统优化方案，旨在提升煤矿安全管理的精准性和效率。随着 煤矿行业面临日益复杂的安全管理需求，传统的安全监测手段已经无法满足矿井环境中多变的安全挑战。基于大 数据技术的应用，通过多源数据的采集、处理和分析，为煤矿安全管理提供新的解决方案。文章深入探讨煤矿安 全监测技术的现状与发展趋势，分析大数据在煤矿安全监测和事故 的实证分析，验证该优化方案在预警准确性、响应速度 和事故预测能力方面的显著提升，显著降低误报和漏报率。研究表明，大数据技术的引入使煤矿安全管理从传统 的经验预测转向更加科学、智能的系统化管理，为煤矿生产的安全性和矿工生命安全提供更强有力的保障。 关键词：大数据；煤矿安全；监测系统；预警系统；智能化 1 中图分类号: TD 76 文献标识码:A Research on Optimization of Warning System; Intelligence 1 引言 传统的煤矿安全监测依赖于人工巡查、单一传感 器监控以及静态的安全管理模式，难以在复杂和动态 的煤矿环境中及时发现潜在的安全隐患。如何借助现 代科技手段提高煤矿安全监测和预警系统的智能化水 平，成为当前煤矿安全领域亟待解决的关键问题。陈 孝慈等提出大数据在煤矿安全领域的应用具备数据多 样性和复杂性的特点，因此需要建立一套完整的大数 据

技术等学科方向的研究及应用。  第五届国家安全生产专家组成员  第三届煤炭工业技术委员会信息化专业委员会副主任  新版《煤矿总工程师手册》煤矿信息化分册的主编  中国煤炭工业协会《煤矿安全高效现代化矿井技术标准》信息化专篇技术 标准起草召集人  国家高层次人才特殊支持计划（万人计划）科技创业领军人才奖  主持国家 863 科技计划等二十多项科研项目  获国家科技进步二等奖 集团级工业视频监管示范建设案例 • 飞行机器人应用案例 五、智慧煤矿总体建设路线 5.1 智慧煤矿建设目标与建设内容 5.2 网络传输与通信联络系统 5.3 一体化智能管控平台 5.4 煤矿安全生产大数据移动互联平台 5.5 数据中心、调度指挥中心、智能控制中心、 安全监测中心、生产运营管理中心 智慧煤矿建设目标：  在物联网技术基础上，实现矿山“人、机、环”数据智能化精准采 智能集成控制平台 一体化生产控制系统 一体化生产管理系统 1 个系统 煤矿大数据及云服务系统 煤矿安全生产数据网络传输体系 大数据煤矿重大灾害预警与专家决策平台 基于大数据的煤矿关键设备故障诊断与远程维护平台 基于专家系统的煤矿安全专家知识库 煤矿机电设备生产企业技术服务知识库 基于云计算的煤矿安全生产信息综合数据库 5.1 智慧煤矿建设目标与建设内容 含义 范围 具体建设内容 5 个中心

号文件《关于进一步加强煤矿安全生 产 “ 工作的意见》的要求， 建设完善安全生产综合调度信息平台，做 到 ” 视频监视、实时监测、远程控制。 2)发改委《国家发展改革委办公厅关于组织开展 2014 年煤矿安 全 改 造 和 示 范 工 程 建 设 项 目 前 期 工 作 的 通 知 》 ( 发 改 办 能 源 [2013]2520 号)要求，需要建设煤矿安全信息化平台。 3)2014 2 月 21 日，省煤炭工作会议在太原召开。会议要 求 “要建立煤矿网络信息管理系统，煤矿企业建立安全生产综合调度 信 息平台，管理部门建立监督管理综合信息平台，全省统一联网， 实现 ” 煤矿安全生产自动化、信息化、智能化、现代化监督管理 。 4) “ ” 山西省煤炭工业厅《山西省煤炭工业信息化发展 十二五 规 划》的要求：构建全省煤炭行业电子政务信息网络，完善煤炭基础 网 络建 业省级高产高 效矿井，国家行业一级高效矿井，安全质量标准化国 标一级矿井，全 国煤炭系统文明煤矿，全国企业文化优秀单位等荣誉称号。 到目前为止，该矿完成的基本业务系统建设及应用情况如下： 1、煤矿安全监测监控系统。 2003 年 3 月份安装了常州三恒的 KJ70 型煤矿综合监测监控系 统。 2008 年 3 月对监测系统进行全面升级，现已完成 KJ70N 系统 的软、 硬件升级。目前

67 页 52 第 页 / 共 67 页 5-3 煤炭矿山行业分析 - 业务范围 •煤炭（泛指采煤和非煤有色金属非金属采矿 行业） • 煤矿 • 可升级管控系统的煤矿综自 • 煤矿安全生产管理 • 智慧矿山系统 • 非煤矿山 • 矿井车辆管理 • 综自 • 智慧矿山系统 53 第 页 / 共 67 页 53 第 页 / 共 67 页 5-4 国内主要智慧矿山集成商 煤炭矿山行业案例和特点 • 四通煤矿安全生产管理系统案例 1. 安全管理模块 1. 风险分级预控 2. 隐患排查 3. 重大隐患管理 • 价值点：降低隐患存在率 • 减少安全隐患 • 4. 巷道界面动态更新 • 价值点：解决巷道界面随采滞后问题， • 辅助了煤矿安全生产 • 5. 动态添加设备，动态打点 煤炭矿山行业探矿前的装备 1.有智慧矿山解决方案产品 DEMO 版 2.有智慧矿山解决方案 word 版 +ppt 3.有四通煤矿安全生产预警预防管理案例和方案 4.有陕西袁大滩、郭家湾等煤矿综自案例 5.有煤矿安全生产管理方案 demo 版 64 第 页 / 共 67 页 5-13-2 案例和解决方案资料 65 第 页 / 共 67 页

........................................................................................ 524 6.2 煤矿安全生产执行系统建设.........................................................................................525 ...............................................................................624 6.2.3 基于 GIS 的煤矿安全管理系统...........................................................................638 6.2.4 煤矿生产技术一张图管理信息系统 心专业技术无系统性的 实质突破 国内对煤矿安全生产信息化的研究已经走过了数十年的历程，但目前绝大 多数矿井仍以专业为界线（监测监控、地测、通风、运输、机电、调度、采矿 等等）分别研究、开发、配置软硬件系统，没有统一的信息化数据处理平台， 对相关事故的分析和研究考虑因素较为单一，造成信息无法共享交流、系统操 作复杂、信息孤岛严重。此外，与煤矿安全生产有关的数据具有共享的特征， 而且对很

(GB/T51272-2018) 开始实施。 《煤矿机器人重点研 发目录》国家煤矿安 监局发表“第1号公 告”，重点研发应用 掘进、采煤运输、安 控和救援5类，38种 煤矿机器人。 国家煤安局发布《关于 加快推进煤矿安全风险 监测预警系统建设的指 导意见》明确了监测预 警系统需采集煤矿企业 生产和安全相关数据， 要求企业要建设完善监 测、监控系统;开发生产 经营、安全管理信息系 统。意见制订了实施进 度和相关保障措施。1 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，形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学 习、动态预测、协同控制的智能系统，实现煤矿开拓、采掘（剥）、运输、通风、洗选、安全保障、经营管理等 过程的智能化运行，对于提升煤矿安全生产水平、保障煤炭稳定供应具有重要意义。 《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》 （发改能源〔2020〕283号） 其中提出，到 2035 年，各类煤矿基本实现智能化，构 建多产业链、多系统集成的煤矿智能化系统，建成智能感知、 期管理等服务和工具，实现一张图集成融合、一张图协同管理和一张图决策分析。 通过软件定义，实现井上下各业务系统的数据融合与智能联动，达到人、 机、环、管信息的强实时关联。 利用大数据与人工智能等技术，迭代升级煤矿安全、生产、经营的智能 分析与辅助决策。 02 总体设计 信息和数据孤立 系统缺乏协调 缺乏智能分析 被动灾害监测 多为子系统独立建设，系统缺乏 统一集成实施，数据和信息缺乏 关联和融合。

.......................................................................................234 5.5.3 煤矿安全生产三维仿真培训与地质构造透明化 3D 环幕显示系统................234 5.5.4 综合布线工程....................................... 落后，没有 形成集成的数据处理和决策支持平台，信息化程度低下，与国家“两 化融合”的战略方针不相适应。 上述问题的存在使得我国煤矿安全生产形势没有本质的好转， 1 数字化矿山（自动化监控、三维综合管理平台）方案 大量的信息化建设成果（硬件、软件）在煤矿安全生产过程中也没 有取得预期的成效。 解决上述问题的关键就是基于数字煤矿技术建立集成的矿井综 合自动化系统和安全生产综合管理信息系统，实现煤矿的现代化和 专业分得太细，缺乏集成的数据处理平台 对煤矿安全生产信息化的研究已经走过了数十年的历程，但目 前绝大多数矿井仍以专业为界线（监测监控、地测、通风、运输、 机电、调度、采矿等等）分别研究、开发、配置软硬件系统，没有 统一的信息化数据处理平台，对相关事故的分析和研究考虑因素较 为单一，造成信息无法共享交流、系统操作复杂、信息孤岛严重。 此外，与煤矿安全生产有关的数据具有共享的特征，而且对很多安

炭开发利用 深度融合，形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能系 统，实现煤矿开拓、采掘（剥）、运输、通风、洗选、安全保障、经营管理等过程的智能化 运行，对于提升煤矿安全生产水平、保障煤炭稳定供应具有重要意义。 近年来，我国绿色环保要求的不断增强，如：“30、60目标，2030年实现碳达峰、2060年 实现碳中和”，作为能源行业中的中流砥柱，煤炭行业也是实现该目标的一个重点产业。 中心需要对井下采掘情况实时监控和 对设备进行远程操控。同时无人驾驶 等新型智慧矿山技术应用，也对网络通 信的灵活性要求提升，对于网络的低时 延要求进一步提升。 采煤机 液压支护 掘进机 煤矿安全监控系统具有甲烷、一氧化碳、温度、 风速、风压、风向、馈电状态等监测功能，井下 物联网传感器数量众多，通信系统需具备大容 量接入能力，因此对于井下无线通信系统的海 量连接能力也就提出了很高的要求。 抗干扰能力强。煤矿井下大功率电气设备启停、大功率变频设备工作时电磁干扰大， 为保证系统正常工作，矿井宽带无线通信系统抗干扰能力要强。 移动性要求不高。煤矿井下人员及车辆移动速度慢，对无线通信移动性要求不高。 《煤矿安全规程》规定，采用无轨胶轮车运人时运行速度不超过25KM/h，运送物料 时运行速度不超过40KM/h 。 Wi-Fi 4 Wi-Fi 5 Wi-Fi 6 协议 802.11n 802.11ac

瓦 斯含量测定方法提要、设备、测定方法和质量评述。 / 51 能源 20250051 煤矿用本安型智 能 LED 显示屏通 用技术条件 产品 2027 年 中国煤炭工业协会 煤炭行业煤矿安全 标准化技术委员会 中煤科工集团沈阳研究院有限公司、淮南市万维机电有限公司、武汉七环电气 股份有限公司等 适用范围：适用于煤矿井下、露天煤矿、选煤厂、非煤矿山等矿山领域工作场 所的矿用智能 语和定义、产品型号和分类、技术要求、试验方法、检验规则及标志、包装、 运输和贮运。 / 52 能源 20250052 煤矿智能车载监 控系统通用技术 条件 产品 2027 年 中国煤炭工业协会 煤炭行业煤矿安全 标准化技术委员会 中煤科工集团沈阳研究院有限公司、常州科研试制中心有限公司、安标国家矿 用产品安全标志中心有限公司、武汉七环电气股份有限公司等 适用范围：适用于测量煤矿井下、露天煤矿、选煤厂、非煤矿山等矿山领域工 置的术语和定义、产品型号和分类、技术要求、试验方法、检验规则及标志、 包装、运输和贮运。 / 53 能源 20250053 智能采煤工作面 地质保障通用技 术要求 基础 2027 年 中国煤炭工业协会 煤炭行业煤矿安全 标准化技术委员会 西安煤科透明地质科技有限公司、中煤科工西安研究院(集团)有限公司等 适用范围：适用于井工煤矿采煤工作面地质保障工作。主要技术内容：规定了 智能采煤工作面地质保障的相关技术及要求，涵盖资料收集、井下地质观测与

学开采提供了可能。 我国能源结构的基本特征是“贫油、少 气、相对富煤”，作为能源供应的压舱石， 我 国 煤 炭 资 源 禀 赋 复 杂 、 煤 矿 安 全 问 题 突 出。要从根本上破解煤矿安全高效的生产难 题，须借助物联网、大数据、云、AI等信息 科技，将煤炭工业由劳动密集型升级为技术 密集型，实现面向未来的互联网+煤炭资源 的智能精准开采。 在 信 息 科 技 的 全 面 介 前期的实践基础上，围绕着面向未来的精准 开采理念，即依托工业互联网架构为基础的 智能煤矿体系，从传感、通信、平台、云、 应用等不同层面着眼思考。 我国煤炭开采面临的挑战 绿色资源量是指能够满足煤矿安全、技 术、经济、环境等综合约束条件，能够支撑 煤炭科学产能和科学开发的煤炭资源量。中 国工程院重点咨询项目研究结果表明，我国 绿色煤炭资源量只有5743亿吨，按国家能源 需求，绿色煤炭资源量仅可开采40～50年。 我国煤矿开采正在以平均10～25m/年 的速度快速向深部延伸，深部煤岩体处于高 地应力、高瓦斯、高温与高渗透压的恶劣环 境中，煤与瓦斯突出、冲击地压等动力灾害 更严重，并且有多重灾害耦合出现的趋势。 提高煤矿安全精准开采地质保障水平、研究 应力场-裂隙场-渗流场-温度场等耦合作用下 的煤炭开采和致灾机理势在必行。 图1 煤炭精准开采的科学内涵 煤炭精准开采 无人开采 多物理场测控 智能感知