图1 智慧生产与安全管理平台框架

（3）生产管理与安全管理彼此协同交互

生产管理将生产信息传递给安全管理部门，安全管理通过实时监控数据检测风险。若检测到安全风险，立即将风险信息发送给生产管理部门，并停止相应的生产流程；生产管理根据接收到的风险信息，重新制订生产计划，确保生产过程的安全和高效。生产管理与安全管理交互方式，使整个生产过程快速响应和适应各种风险情况，形成生产与安全的闭环协同管理。

生产计划智能化编制模块

生产计划智能化编制模块智能化编制和优化矿山企业生产计划，实现生产计划的智能生成。预处理和整合各生产单位环节的年度生产需求、开采设备状态、天气情况等数据，通过机器学习方法，预测生产能力。根据生产过程的实时监测数据，包括开采速率、运输速率、环境状态等，动态调整生产计划和资源分配，以适应露天煤矿地质条件和设备状态变化。

基于生产能力和工作需求，规划各岗位所需工作人员数量、设备数量、原材料数量；综合考虑生产计划及设备状态，制定详细的生产方案，包括确定最佳穿孔、爆破作业区，确定采装、运输、排弃、道路维护、复垦等。

生产智能调度决策模块

生产智能调度决策模块利用各类生产信息系统中的实时生产数据，根据生产计划与实际生产能力，为露天煤矿生产过程中爆破、采掘、运输、排卸、洗选等部分提供科学、合理的调度决策。爆破环节建立爆破数字化综合处理系统、智能钻机系统、炸药混装车监控系统，打造爆破作业设计、测量、穿孔、装药全信息化协同管控平台。

采掘环节建立矿山三维地质模型，基于云端技术和地理信息系统技术建立测绘管理系统，确定最佳采掘点、排土点和运输路线。运输、排卸环节建立智能卡车调度系统，实时监测车辆位置、运载量、路况等数据，全面了解露天煤矿内各运输路径的车流规划，并结合生产计划与实际生产能力，确定最优调度方案。

生产递阶协同管理模块

生产递阶协同管理模块用于实现各级部门间的智能协同合作，建立集团公司、二级公司和生产现场及各生产环节的信息交换、协作与管控机制。总部调度中心和各矿方均可访问智慧生产安全管理平台，确保平台接入不同设备和管理系统，同步生产数据、设备状态、人员调配等信息，确保各方及时获取最新数据，保证不同部门和岗位间信息共享和协作。

生产环节的递阶协同管理主要体现在露天煤矿各生产环节，涉及的关键技术包括开采规划、物料流规划、边坡监测设计、生产规划等。该模块根据生产计划和需求，合理安排各生产环节的人员与设备，确保每个环节都有足够的人力和设备，满足不同环节需求，并确保生产过程的连续性和稳定性。

安全生产智能监管模块

安全生产智能监管模块通过部署定位系统、集成传感器和物联网技术，实时监督和管理人员行为、矿区设备、矿区环境，避免事故发生，提高煤矿安全管理水平。

人员行为监管采用定位与图像识别技术，结合高清三维地图，实现人员精确定位，确保人员在安全区域内工作；建立驾驶员行为分析系统，实现对驾驶员违章行为和个人健康状态的有效监管。面向矿区设备监管需求，建立车辆防碰撞系统，实时获取矿用卡车位置、速度、方向等参数信息；建立胎温胎压监测系统监测车辆状态，避免发生事故；建立燃油精准计量系统，保证露天煤矿生产的连续性。利用传感器网络实时监测矿山生产环境（废水、废气以及地质构造、气体浓度、温度、湿度、震动等），通过历史和实时数据分析，识别生产过程中的潜在风险。

风险智能预警模块

风险智能预警模块通过智能设备和控制系统，预警露天煤矿边坡、火灾、塌陷、透水灾害，保障人员安全和煤矿生产的稳定运行。

采用边坡雷达、边坡测量机器人、全球导航卫星系统、天-空-地协同边坡智能监测等先进技术，对露天煤矿边坡24 h不间断监测，实现边坡灾害超前预警。安装气体传感器，对带式输送机、破碎站、煤仓等进行可燃气体浓度监测，并提供浓度超限预警；对易燃区域进行红外扫描测温，当温度超过安全界限时，对火灾预警，并通过后台报告危险点具体位置。在地理信息系统地图上识别气候的高风险源，指示值班人员进行巡逻。建立水文数据动态监测系统，实时获取露天煤矿地下水温度、流速、水量等信息，在地下水流入采场时及时预警，并建立三维地质水文模型，对地下水流向加以预估。

风险应急处理智能管理模块

风险应急处理智能管理模块采用智能决策方法，为露天煤矿事故快捷响应与高效处理提供途径。分析边坡坍塌、山体滑坡、水灾、火灾等风险事故，合理分配应急装备、物资、人员，并确定安全可行的避难场所。

制定标准化的露天煤矿应急方案模板，收集和管理各种应对突发事件的方案和关键信息。当应急事件发生时，根据实际采集信息，从事先制定的应急方案中选取最匹配应急方案，并加以智能推送。接收和核实突发事件的报警信息，快速判断事件类型、规模、影响范围，智能调度救援队伍，提供最优路径规划。

建立联动式通知机制，通过短信、声音警报、电子屏幕显示等，自动发出警报并及时通知相关人员迅速撤离危险区域，同时自动停止电铲、带式输送机等关键生产设备的运行。建立风险溯源机制，实时记录与归档现场监测数据、采取的措施、人员动向等关键信息，并建立应急处理反馈机制，将事故的经验教训运用到预防和改进措施中。

子模块联动

生产计划智能编制模块生成详细的生产计划数据，包括生产目标、资源配置、任务优先级和时间安排。数据传输至生产智能调度决策模块后，基于资源可用性、设备状态、工作环境和生产需求等因素，制定出最优调度方案。

调整后的调度方案反馈给生产计划智能编制模块，并下发至生产递阶协同管理模块，确保各部门统一协调操作。执行中遇到问题和反馈信息回传至相关模块，以便未来的计划编制和调度方案进行调整优化。

双向反馈机制确保了生产计划与实际执行的高度一致性和灵活性，提升了系统响应能力和效率。风险智能预警模块收集边坡、火灾、气象和水灾预警信息，并将其传递给风险应急处理模块。该模块根据应急方案处理风险，将结果反馈给风险预警模块。同时，风险信息传递给生产智能调度决策和安全生产智能监管模块，及时调整调度策略和监管方式。处理结果发送给生产计划智能编制模块，更新生产计划。风险预警模块将风险信息传递至安全生产智能监管模块，以便于进一步安全监管。

为提升各模块间的协同效率，设计了实时响应、异常处理、容错机制3部分响应机制。实时响应生产调整和安全预警等关键操作，设定了严格的响应时间要求。当某模块发生故障或数据传输异常时，异常处理机制自动切换到备用措施，确保生产和安全管理不受影响，多层次容错机制，对于关键数据和操作，自动进行数据备份和冗余处理，防止因单点故障导致系统停摆。

子模块间的数据交互采用异步通信模式，允许各模块独立处理数据传输任务，减少系统整体等待时间，提高了系统的并行处理能力。各子模块间的数据传输通过TCP/IP协议，确保数据传输的稳定性和可靠性。数据格式采用标准化的JSON格式，易于解析和扩展，支持多种类型的数据交换。为保证数据安全性，在传输过程中数据通过TLS加密进行保护，防止数据泄露或被篡改。