中國礦業(yè)大學(xué)教授李爽作重大進(jìn)展報告

煤炭在我國能源消費占比中始終保持主導(dǎo)地位，在實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)、構(gòu)建國家新型能源體系中，將長期擔(dān)負(fù)著能源穩(wěn)定“壓艙石”和結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)作用，是關(guān)乎我國可持續(xù)發(fā)展的重要支撐。隨著煤礦智能化建設(shè)的推進(jìn)，一系列智能裝備的成功研制與應(yīng)用改變了煤礦生產(chǎn)與安全防控模式，由割裂式安全防控轉(zhuǎn)變?yōu)榍度胧絽f(xié)同防控成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。如何創(chuàng)新煤礦安全風(fēng)險隱患排查新模式和新技術(shù)，構(gòu)建適應(yīng)智能化生產(chǎn)方式的安全管控新機制成為當(dāng)前行業(yè)發(fā)展的共性問題和主要現(xiàn)實需求。

陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司（簡稱黃陵礦業(yè)）與中國礦業(yè)大學(xué)李爽教授團(tuán)隊等開展聯(lián)合攻關(guān)，構(gòu)建了煤礦安全風(fēng)險隱患綜合一體化智能防控機制，并完成了系列核心技術(shù)創(chuàng)新及示范性成果的轉(zhuǎn)化與工程應(yīng)用。該成果的實踐應(yīng)用，大幅節(jié)省了礦井安全治理費用，煤礦安全保障水平明顯提高，增強了員工獲得感、幸福感、安全感，助力煤礦企業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展與高安全水平。

文章來源： 《智能礦山》2024年第3期重大進(jìn)展特刊

第一作者： 李爽，教授，安全科學(xué)與工程、管理科學(xué)與工程雙一級學(xué)科博士生導(dǎo)師，現(xiàn)任中國礦業(yè)大學(xué)安全科學(xué)與應(yīng)急管理研究院院長、北京能源資源戰(zhàn)略發(fā)展研究院副院長

通訊作者： 王鵬飛，正高級工程師，現(xiàn)任陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司董事長

作者單位： 中國礦業(yè)大學(xué)；陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司

引用格式 ： 李爽，王鵬飛，程德強，等.煤礦安全風(fēng)險隱患綜合一體化智能防控 關(guān)鍵技術(shù)與裝備[J ].智能礦山，2024，5（3）：26-31.

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為破解制約煤礦安全生產(chǎn)的瓶頸和技術(shù)問題，提升煤礦安全管理一體化、系統(tǒng)化、風(fēng)險管控智能化水平。筆者開展了煤礦安全風(fēng)險隱患綜合一體化智能防控關(guān)鍵技術(shù)與裝備研究，包括以下3方面研究內(nèi)容。

針對煤礦人員崗位風(fēng)險管理長期存在“零敲碎打”問題的現(xiàn)實需求，筆者編制了基于安全風(fēng)險隱患雙重預(yù)防的人員崗位安全風(fēng)險智能防控工作機制（圖1），面向煤礦智能安全管理場景建立了一體化智能防控工作執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建了包含崗位作業(yè)流程標(biāo)準(zhǔn)化、安全風(fēng)險、隱患認(rèn)定、安全生產(chǎn)責(zé)任等要素組成的標(biāo)準(zhǔn)體系數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化智能安全管理下的人員崗位風(fēng)險綜合一體化防控（圖2）。

圖1　煤礦人員崗位安全風(fēng)險智能防控工作機制

圖2　煤礦智能化安全管理標(biāo)準(zhǔn)體系數(shù)據(jù)庫界面

針對煤礦特殊環(huán)境下巡檢視頻質(zhì)量低、計算量大的難題，筆者提出了基于GoP幀結(jié)構(gòu)的視頻質(zhì)量評價方法，建立了視頻質(zhì)量精準(zhǔn)高效評價機制與模型（圖3）。研發(fā)了基于顯著性多特征融合的移動巡檢視頻質(zhì)量修正技術(shù)，實現(xiàn)了煤礦井下復(fù)雜環(huán)境的移動視頻圖像質(zhì)量評價與修正。研發(fā)了面向移動視頻圖像的煤礦安全風(fēng)險隱患精準(zhǔn)識別技術(shù)，實現(xiàn)風(fēng)險隱患識別的“三提高”，即高速度、高精準(zhǔn)度、高可靠性。

圖3　視頻質(zhì)量精準(zhǔn)高效評價機制與模型

針對煤礦安全風(fēng)險隱患數(shù)據(jù)割裂、條塊化和難共享的痛點，筆者提出了多源異構(gòu)大數(shù)據(jù)融合體系，建立了煤礦“人、機、物、環(huán)、管”的五維數(shù)據(jù)和安全風(fēng)險隱患數(shù)據(jù)的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換及統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式。構(gòu)建了煤礦數(shù)據(jù)融合統(tǒng)一的安全綜合數(shù)據(jù)中心（圖4），實現(xiàn)了面向煤礦安全的集成平臺、統(tǒng)一數(shù)據(jù)和共享智能。

圖4　礦井安全生產(chǎn)綜合數(shù)據(jù)中心

基于上述成果，筆者創(chuàng)新開發(fā)并建設(shè)實踐了煤礦安全風(fēng)險綜合一體化智能防控系統(tǒng)平臺（簡稱智能防控系統(tǒng)平臺，圖5），發(fā)明了井下便攜式風(fēng)險隱患防控智能終端（圖6），實現(xiàn)了煤礦安全風(fēng)險隱患的共享化分析、一體化防控、智能化決策和閉環(huán)化處置。

圖5　煤礦安全風(fēng)險綜合一體化智能防控平臺界面

圖6　井下便攜式風(fēng)險綜合防控智能終端

筆者研究成果針對煤礦企業(yè)的痛點難點問題，形成了以下3點創(chuàng)新：

（1）針對“想不到”的問題

實現(xiàn)了以崗位為基礎(chǔ)，融合流程標(biāo)準(zhǔn)、風(fēng)險隱患、安全責(zé)任、操作內(nèi)控、監(jiān)測識別、違章案例“六大要素”，構(gòu)建了面向安全風(fēng)險隱患綜合一體化防控的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了風(fēng)險隱患超前防控的“四化”，即一體化、標(biāo)準(zhǔn)化、綜合化、智能化，形成AI賦能下的可復(fù)制、可推廣的風(fēng)險隱患一體化管控新機制。

（2）針對“辦不到”的問題

立足視頻AI監(jiān)控和移動智能巡檢裝備，筆者提出了適用于煤礦特殊環(huán)境的移動巡檢視頻質(zhì)量修正方法，創(chuàng)新了基于視頻圖像的崗位風(fēng)險隱患智能識別算法，實現(xiàn)了風(fēng)險隱患識別的“三提高”，即速度提高、精準(zhǔn)度高、可靠性高，形成融合多種AI手段的風(fēng)險隱患精準(zhǔn)監(jiān)測識別新方法。

（3）針對“干不好”的問題

融合了各維度的安全風(fēng)險隱患數(shù)據(jù)，構(gòu)建了安全數(shù)據(jù)共享的數(shù)據(jù)中心，集成了多項創(chuàng)新成果和關(guān)鍵裝備，創(chuàng)新開發(fā)了安全風(fēng)險隱患綜合一體化防控大平臺，實現(xiàn)了風(fēng)險隱患管控落地的“三實”，即數(shù)據(jù)實、算法實、決策實，形成了在大平臺、統(tǒng)一數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的風(fēng)險隱患智能管控新模式。

在解決煤礦人員崗位風(fēng)險管理問題方面，筆者提出了基于安全風(fēng)險隱患雙重預(yù)防的人員崗位安全風(fēng)險智能防控工作機制，建立了煤礦智能化場景下的安全管理工作執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建了標(biāo)準(zhǔn)體系數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化智能安全管理下的人員崗位風(fēng)險綜合一體化防控。針對礦井工作人員不規(guī)范行為帶來的安全隱患，提出了面向員工不安全行為風(fēng)險防控的煤礦安全管理智能評價預(yù)警方法，開發(fā)了基于人員

崗位監(jiān)測信息的風(fēng)險智能預(yù)警技術(shù)，提高了人員崗位風(fēng)險信息采集可靠度與及時性。實現(xiàn)了基于人員崗位監(jiān)測信息的安全風(fēng)險智能預(yù)警與防控（圖7），風(fēng)險預(yù)警準(zhǔn)確率≥95%，隱患識別準(zhǔn)確率≥90%。

圖7　人員崗位風(fēng)險智能評價預(yù)警

針對煤礦復(fù)雜攝像環(huán)境下的視頻圖像不清晰、失真的問題，筆者開發(fā)了基于顯著性多特征融合的移動巡檢視頻質(zhì)量修正方法，充分考慮人眼視覺顯著性，實現(xiàn)了對移動巡檢視頻進(jìn)行有效的質(zhì)量評價和修正（圖8）；智能防控系統(tǒng)平臺還集成了視頻質(zhì)量評價方法和移動巡檢視頻質(zhì)量修正方法，研發(fā)了面向移動目標(biāo)視頻圖像的煤礦安全風(fēng)險智能識別與綜合評價技術(shù)（圖9），實現(xiàn)了移動巡檢視域內(nèi)安全風(fēng)險的智能評價預(yù)警。

圖8　移動巡檢視頻質(zhì)量修正模型與效果

圖9　煤礦井下安全風(fēng)險隱患智能識別

針對煤礦單系統(tǒng)、單功能信息采集與存儲存在的離散化特點，筆者提出了多源異構(gòu)大數(shù)據(jù)融合體系，構(gòu)建了海量煤礦數(shù)據(jù)統(tǒng)一的礦井安全生產(chǎn)綜合數(shù)據(jù)中心，解決了礦井安全生產(chǎn)大數(shù)據(jù)的采集與融合難題。此外，筆者還開發(fā)應(yīng)用了井下便攜式風(fēng)險綜合防控智能終端，創(chuàng)新集成了面向標(biāo)準(zhǔn)化智能安全管理的煤礦安全風(fēng)險隱患綜合一體化智能防控平臺，實現(xiàn)了礦井安全多信息實時采集分析與數(shù)據(jù)集成共享，安全風(fēng)隱患智能識別及評價預(yù)警，人員崗位風(fēng)險一體化智能防控，以及全流程智能輔助決策分析，保障了煤礦智能化安全開采。

智能防控系統(tǒng)平臺與裝備的實踐應(yīng)用豐富和發(fā)展了針對煤礦安全風(fēng)險與隱患的綜合一體化智能防控理論，在相關(guān)理論與技術(shù)方面均取得重大突破。該成果經(jīng)中國煤炭工業(yè)協(xié)會組織鑒定總體達(dá)到國際領(lǐng)先水平，并獲得2023年中國煤炭工業(yè)科技進(jìn)步一等獎。智能防控系統(tǒng)平臺與裝備首先在黃陵礦業(yè)成功應(yīng)用，安全風(fēng)險預(yù)警能力大幅提高，隱患排查治理智能化水平明顯增強，人員崗位安全風(fēng)險評估準(zhǔn)確率達(dá)到95%，安全治理停產(chǎn)時間顯著減少。面向井下巡檢視頻監(jiān)控的煤礦安全風(fēng)險智能識別和評價預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)首先在黃陵礦業(yè)一號煤礦成功應(yīng)用，達(dá)到了安全監(jiān)控視頻質(zhì)量精準(zhǔn)高效評價，以及對移動巡檢視頻質(zhì)量準(zhǔn)確修正的研究目標(biāo)，成功實現(xiàn)了移動巡檢視域內(nèi)安全風(fēng)險的智能評價預(yù)警，基于視頻圖像的智能安全預(yù)警水平明顯提升，安全效益顯著。

煤礦智能風(fēng)險防控系統(tǒng)、災(zāi)害綜合防治系統(tǒng)平臺和井下便攜式風(fēng)險綜合防控智能終端首先在黃陵礦業(yè)二號煤礦進(jìn)行了推廣應(yīng)用，實現(xiàn)了礦井安全多信息實時采集與數(shù)據(jù)集成共享、人員崗位風(fēng)險一體化智能防控，以及全流程智能輔助決策分析，實現(xiàn)了風(fēng)險識別預(yù)警與排查治理隱患能力的大幅增強，風(fēng)險預(yù)警準(zhǔn)確率≥95%。

煤礦人員崗位安全風(fēng)險智能預(yù)警與防控機制和人員崗位風(fēng)險智能防控關(guān)鍵技術(shù)在陜西陜煤曹家灘礦業(yè)有限公司成功應(yīng)用，實現(xiàn)了崗位作業(yè)流程標(biāo)準(zhǔn)化、安全風(fēng)險、隱患認(rèn)定、安全生產(chǎn)責(zé)任等標(biāo)準(zhǔn)化智能安全管理下的人員崗位風(fēng)險綜合一體化防控，所開發(fā)的基于人員崗位監(jiān)測信息的風(fēng)險智能預(yù)警技術(shù)安全效益突出。

（1）提高煤礦安全保障水平，增強員工獲得感、幸福感、安全感

智能防控系統(tǒng)平臺與裝備的成功應(yīng)用，大幅減少了煤礦安全風(fēng)險隱患的發(fā)生頻次，提高了各類風(fēng)險因素的防控水平，降低了煤礦從業(yè)人員的作業(yè)風(fēng)險。該系統(tǒng)平臺將安全保障有機地嵌入煤礦生產(chǎn)中，在保障安全的同時增加了煤礦企業(yè)的整體效益，助力企業(yè)安全文化建設(shè)，提高員工經(jīng)濟收入和歸屬感，大幅增強了員工獲得感、幸福感、安全感，促進(jìn)行業(yè)和諧發(fā)展。

（2）實現(xiàn)現(xiàn)有信息系統(tǒng)的集成平臺建設(shè)，提升了煤礦安全生產(chǎn)效率

通過智能防控系統(tǒng)平臺建設(shè)，對黃陵礦業(yè)下屬的全部4對礦井的數(shù)十類子系統(tǒng)進(jìn)行集成，實現(xiàn)不同系統(tǒng)、不同模塊數(shù)據(jù)之間互聯(lián)互通，逐步消除了信息孤島。該系統(tǒng)還實現(xiàn)了已有風(fēng)險數(shù)據(jù)庫、崗位流程管理標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化管理，并新建了隱患標(biāo)準(zhǔn)、“三違”行為標(biāo)準(zhǔn)、安全履職考核標(biāo)準(zhǔn)等數(shù)據(jù)庫，通過整體性系統(tǒng)協(xié)同和管理，實現(xiàn)了各個標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫之間的關(guān)聯(lián)應(yīng)用。智能防控系統(tǒng)平臺還實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集交換標(biāo)準(zhǔn)化及安全管控信息的有效共享，消除了信息孤島和“各自為政”，提升了煤礦安全生產(chǎn)效率。

（3）改善煤炭行業(yè)刻板印象，促進(jìn)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展

從根本上改變了煤炭行業(yè)“技術(shù)落后，安全保障不足”的行業(yè)刻板印象。隨著智能防控系統(tǒng)平臺和裝備的成功應(yīng)用，通過智能化手段實現(xiàn)了現(xiàn)有煤礦生產(chǎn)管理模式和管理理念的重大變革，大幅降低了煤礦人員安全風(fēng)險，提高了煤礦人員安全保障程度，促進(jìn)了行業(yè)轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展。

（4）實現(xiàn)了安全智能協(xié)同、可視化展示和移動化辦公，助力行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展

智能防控系統(tǒng)平臺和裝備基于統(tǒng)一架構(gòu)、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一認(rèn)證和統(tǒng)一運維體系，實現(xiàn)了煤礦生產(chǎn)與安全相關(guān)的各業(yè)務(wù)模塊化協(xié)同處理。對于平臺生產(chǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)果，依托數(shù)字化的礦井客體進(jìn)行展現(xiàn)，實現(xiàn)了全礦井安全要素的可視化展現(xiàn)。各級管理層人員可隨時隨地接收、獲取、訪問安全生產(chǎn)信息，全面了解礦井安全管控狀況，管控工作能夠深入一線工作現(xiàn)場，實現(xiàn)“移動化”辦公，有效助力了行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

智能防控系統(tǒng)平臺和裝備創(chuàng)新集成了基于視頻圖像分析的煤礦安全風(fēng)險智能識別和評價預(yù)警技術(shù)、人員崗位風(fēng)險智能預(yù)警技術(shù)、煤礦智能安全標(biāo)準(zhǔn)體系數(shù)據(jù)庫和礦井安全生產(chǎn)綜合數(shù)據(jù)中心，研發(fā)了煤礦智能風(fēng)險防控系統(tǒng)與災(zāi)害綜合防治平臺，開發(fā)了井下便攜式風(fēng)險綜合防控智能終端，構(gòu)建了煤礦安全風(fēng)險隱患綜合一體化智能防控關(guān)鍵技術(shù)體系。該成果在全國30余座礦井得到推廣應(yīng)用，近3年實現(xiàn)節(jié)省安全費用11100余萬元，提升了煤炭企業(yè)的智能安全管理效率和安全水平，改善了安全績效，具有較大的經(jīng)濟價值和廣闊的市場推廣應(yīng)用前景，為我國煤炭產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供了有力保障。