煤礦安全雙重預(yù)防信息管理系統(tǒng)設(shè)計研究

張儉讓，史振東，閆振國，黃玉鑫，王智鵬，劉睿卿

(1.西安科技大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710054；2.教育部西部礦井開采及災(zāi)害防治重點實驗室，陜西 西安 710054)

近年來我國煤炭的安全生產(chǎn)形勢雖然持續(xù)好轉(zhuǎn)，但是煤礦風(fēng)險與隱患的規(guī)范管理依舊是亟待解決的問題[1，2]。為有效遏制高危行業(yè)重大事故的發(fā)生，2016年國家提出了雙重預(yù)防機(jī)制體系建設(shè)；2017年7月1日開始實施國家煤礦安全監(jiān)察局頒布的新版《煤礦安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化基本要求及評分方法(試行)》，在對煤礦安全生產(chǎn)提出系統(tǒng)性標(biāo)準(zhǔn)的情況下，要求對風(fēng)險分級管控與隱患排查治理工作采取信息化手段進(jìn)行管理[3-6]。本文將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與煤礦安全法律法規(guī)結(jié)合，設(shè)計并研發(fā)了煤礦安全雙重預(yù)防信息管理系統(tǒng)，借助便捷、智能的管理方式以規(guī)范風(fēng)險源，治理隱患源，創(chuàng)建安全的煤礦生產(chǎn)環(huán)境[7]。

現(xiàn)階段多數(shù)煤礦使用的信息管理系統(tǒng)未將風(fēng)險與隱患管理流程關(guān)聯(lián)閉合，導(dǎo)致系統(tǒng)雙重預(yù)防體系出現(xiàn)功能短板；同時因風(fēng)險辨識、隱患排查覆蓋范圍不全面，造成風(fēng)險隱患漏查、未查現(xiàn)象；另外，大部分系統(tǒng)對于統(tǒng)計的數(shù)據(jù)信息缺乏深度挖掘分析，未實現(xiàn)數(shù)據(jù)在生產(chǎn)管理中的有效應(yīng)用，形成“信息孤島”[8-10]。煤礦安全雙重預(yù)防信息管理系統(tǒng)將煤礦安全相關(guān)法律法規(guī)作為應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，融合“體系”、 “區(qū)域”、 “崗位”、“人員”、 “系統(tǒng)”等多要素，覆蓋“檢查”至 “糾正”管理全流程，關(guān)聯(lián)風(fēng)險、隱患處置流程，同時加大信息面寬量，對“通風(fēng)”、 “掘進(jìn)”等九大專項部分實現(xiàn)信息支持，并在自由可控的虛擬專網(wǎng)下，與多種智能終端APP實時聯(lián)動，進(jìn)行信息的現(xiàn)場錄入和不落地處理；并對業(yè)務(wù)處置過程留痕統(tǒng)計，結(jié)合多媒體終端顯示設(shè)備，將風(fēng)險信息數(shù)據(jù)輸出為可視化狀態(tài)；同時，借助FP-Growth算法，對隱患數(shù)據(jù)信息進(jìn)行挖掘與分析，發(fā)現(xiàn)多維度下隱患的關(guān)聯(lián)規(guī)則，為隱患的預(yù)測提供數(shù)據(jù)支持。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)目標(biāo)

煤礦安全雙重預(yù)防信息管理系統(tǒng)融合國家煤礦安全相關(guān)法律法規(guī)，面向基層人員的日常工作，協(xié)助管理人員進(jìn)行輔助決策，專注煤礦安全生產(chǎn)。在各級領(lǐng)導(dǎo)對煤礦安全風(fēng)險的系統(tǒng)性辨識與掌控，以及對隱患排查的系統(tǒng)性安排與持續(xù)跟蹤管理過程中，通過落實系統(tǒng)雙重預(yù)防管理機(jī)制，實現(xiàn)風(fēng)險與隱患的規(guī)范處置，并對系統(tǒng)隱患數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，提高煤礦的智能化應(yīng)用水平，保證煤礦信息化進(jìn)程的平穩(wěn)推進(jìn)[11，12]。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)基于B/S模式，在Windows Server 2008平臺下開發(fā)設(shè)計。應(yīng)用Layui框架，遵循原生 HTML/CSS/JS 的書寫與組織形式，適合網(wǎng)頁界面的快速開發(fā)；使用Ajax技術(shù)使系統(tǒng)操作頁面簡潔、友好；通過Web Server技術(shù)使前端瀏覽器與后臺服務(wù)器的數(shù)據(jù)交互工作更加簡易、快捷；系統(tǒng)可應(yīng)用于包含除PC端瀏覽器以外的手機(jī)、PAD等多種操作終端APP，以便在系統(tǒng)使用中形成多終端智能聯(lián)動模式，保證任何人在任何時間、任何地點、采用任何終端均可得到信息系統(tǒng)的有效支持。系統(tǒng)架構(gòu)包含應(yīng)用層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)層、基礎(chǔ)層。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

應(yīng)用層主要為工作人員提供相應(yīng)系統(tǒng)功能，便于工作人員依據(jù)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行風(fēng)險與隱患的管理工作。服務(wù)層為應(yīng)用層提供服務(wù)訪問的接口，并根據(jù)系統(tǒng)用戶的業(yè)務(wù)需求，通過各類組件進(jìn)行數(shù)據(jù)庫請求，實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的讀取，并對業(yè)務(wù)邏輯數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，如系統(tǒng)資源配置管理、安全管理服務(wù)、即時通信等。數(shù)據(jù)層采用MySQL實現(xiàn)系統(tǒng)對原始數(shù)據(jù)的采集、存儲與編輯，包含煤礦人員、崗位信息等數(shù)據(jù)；并且通過構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，對系統(tǒng)日常的風(fēng)險管控與隱患排查等數(shù)據(jù)進(jìn)行實時或歷史存儲?；A(chǔ)層主要是為提升系統(tǒng)運行的整體效率而設(shè)置的硬件設(shè)備、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)體系以及災(zāi)難備份與恢復(fù)體系等。

2 系統(tǒng)雙重預(yù)防信息管理機(jī)制

2.1 風(fēng)險分級管控

在執(zhí)行系統(tǒng)的風(fēng)險分級管控流程時，需由礦級管理人員依據(jù)煤礦風(fēng)險管控工作制定全礦的風(fēng)險年度辨識計劃與專項辨識計劃。風(fēng)險技術(shù)人員按照辨識計劃進(jìn)行風(fēng)險辨識與評估，收集風(fēng)險并劃分等級，從而完善“一圖一庫兩清單”，即：風(fēng)險空間分布一張圖、安全生產(chǎn)風(fēng)險數(shù)據(jù)庫、風(fēng)險責(zé)任清單與風(fēng)險措施清單。風(fēng)險管理員查看風(fēng)險清單，依據(jù)系統(tǒng)預(yù)置法律法規(guī)內(nèi)容，制定風(fēng)險管控措施，并下發(fā)風(fēng)險管控通知單；風(fēng)險責(zé)任人接受風(fēng)險管控任務(wù)進(jìn)入落實階段，并按時提交管控結(jié)果，完成周期性的風(fēng)險管控工作。風(fēng)險審核人通過現(xiàn)場檢查核實，對于管控合格的風(fēng)險需進(jìn)一步監(jiān)督管理，并進(jìn)行系統(tǒng)資料歸檔以便復(fù)核審閱；反之將失控、長期管控不合格風(fēng)險上報領(lǐng)導(dǎo)或升級為隱患，納入隱患處理流程，從而促進(jìn)信息數(shù)據(jù)的深度融合，推動煤礦雙重預(yù)防過程一體化管理關(guān)口前移。風(fēng)險分級管控流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)風(fēng)險分級管控流程圖

2.2 隱患排查治理

隱患排查始于個人以專家或?qū)９苌矸葸M(jìn)行的安全檢查，并將隱患等級依據(jù)系統(tǒng)劃分為一般隱患與重大隱患。隱患管理員依據(jù)井下隱患排查技術(shù)人員提供的隱患清單選擇相應(yīng)的隱患等級進(jìn)行系統(tǒng)錄入，結(jié)合系統(tǒng)預(yù)置的隱患相關(guān)整改選項，生成隱患整改通知單，并提供現(xiàn)場治理、限時整改、掛牌督辦三種處理方式。對于需要現(xiàn)場治理的隱患，經(jīng)整改人治理、審核人復(fù)查后進(jìn)行現(xiàn)場銷號；對于需要限時整改與掛牌督辦的隱患，由管理員編輯隱患整改通知單，下達(dá)至整改責(zé)任人；整改責(zé)任人依據(jù)整改要求進(jìn)行隱患落實工作，經(jīng)驗收責(zé)任人復(fù)查、驗收，確保隱患整改合格，并編寫驗收方案傳達(dá)至管理員進(jìn)行隱患銷號；隱患整改延期需要依據(jù)流程進(jìn)行申請審核。對于重大隱患，必須由礦長進(jìn)行牽頭落實，進(jìn)行管理。隱患排查包括了隱患采集、下達(dá)整改通知書、隱患整改、整改驗收、核查銷號這一完整的過程，實現(xiàn)了隱患的閉環(huán)管理。隱患排查治理流程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)隱患排查治理流程圖

3 系統(tǒng)的應(yīng)用功能

3.1 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

系統(tǒng)包含風(fēng)險分級管控與隱患排查治理兩項主要功能，同時結(jié)合多項輔助子系統(tǒng)以及多種智能終端APP實現(xiàn)系統(tǒng)整體功能。系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

1)風(fēng)險分級管控子系統(tǒng)。實現(xiàn)煤礦全方位的風(fēng)險源辨識與評估，對風(fēng)險進(jìn)行錄入與管控，完善“一圖一庫兩清單”數(shù)據(jù)，同時支持將失控風(fēng)險、管控不合格風(fēng)險上報領(lǐng)導(dǎo)并轉(zhuǎn)入隱患處置功能。

2)隱患排查治理子系統(tǒng)。實現(xiàn)隱患的錄入、責(zé)任人整改、隱患復(fù)查以及隱患上報服務(wù)，并且支持隱患資料歸檔、查詢、導(dǎo)出以及隱患源數(shù)據(jù)庫更新；同時對相關(guān)人員發(fā)送隱患工作預(yù)警通知。

3)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析子系統(tǒng)。將覆蓋九大專項部分的雙重預(yù)防工作信息數(shù)據(jù)進(jìn)行等級、治理方式、治理方案以及責(zé)任單位等各類型下的統(tǒng)計，同時進(jìn)行年度、月度、周度的劃分，利用餅圖、柱形圖、折線圖等展現(xiàn)數(shù)據(jù)多類型、多條件下的數(shù)據(jù)分析；對風(fēng)險管理同樣也進(jìn)行周度、月度、年度的統(tǒng)計。同時引入數(shù)據(jù)挖掘和分析算法，對出現(xiàn)的隱患信息進(jìn)行挖掘分析，實現(xiàn)隱患的預(yù)測預(yù)警。

4)公告通知子系統(tǒng)。實現(xiàn)煤礦各類公告信息通知的編輯與發(fā)布，結(jié)合APP便于傳達(dá)與接收。

5)系統(tǒng)配置子系統(tǒng)。主要包含部門管理、人員管理、人員部門設(shè)置、區(qū)域設(shè)置、計劃人員配置、隱患排查單位預(yù)設(shè)、用戶授權(quán)功能，實現(xiàn)系統(tǒng)對可變選項進(jìn)行調(diào)整，保證系統(tǒng)實時滿足煤礦管理人員的不同操作需求。

為進(jìn)一步提升系統(tǒng)應(yīng)用的智能化、信息化水平，對風(fēng)險隱患雙重預(yù)防的功能進(jìn)行了拓展與外延，即在風(fēng)險分級管控子系統(tǒng)加入風(fēng)險預(yù)控可視化功能，將煤礦安全風(fēng)險數(shù)據(jù)輸出在終端顯示設(shè)備上；并將FP-Growth算法應(yīng)用到統(tǒng)計分析子系統(tǒng)中，對隱患數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘與分析，實現(xiàn)多維度下的隱患關(guān)聯(lián)預(yù)測。

3.2 風(fēng)險預(yù)控可視化

風(fēng)險預(yù)控可視化是由系統(tǒng)對風(fēng)險分級管控的實時狀態(tài)進(jìn)行調(diào)取，根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的內(nèi)容格式和任務(wù)管控要求對其進(jìn)行解碼，結(jié)合礦井位置信息進(jìn)行體現(xiàn)，把風(fēng)險的詳細(xì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為清晰明確的可視畫面，輸出在終端顯示設(shè)備上。

系統(tǒng)對導(dǎo)入的礦井電子圖紙進(jìn)行區(qū)域打點，通過預(yù)置圖紙詳細(xì)內(nèi)容，生成能夠準(zhǔn)確定位風(fēng)險的“點”和“域”，并以“紅橙黃藍(lán)”著色，進(jìn)行風(fēng)險等級的區(qū)別處理。當(dāng)風(fēng)險開始錄入時，系統(tǒng)向數(shù)據(jù)庫發(fā)送數(shù)據(jù)請求，數(shù)據(jù)庫返回風(fēng)險數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確定位風(fēng)險區(qū)域，以動態(tài)閃爍的方式呈現(xiàn)在電子礦井圖上，并將風(fēng)險管控的實時狀態(tài)與操作信息詳情同步于終端顯示設(shè)備。風(fēng)險預(yù)控可視化了形成員工實時操作，領(lǐng)導(dǎo)實時監(jiān)管的工作機(jī)制，實現(xiàn)風(fēng)險預(yù)控的雙向聯(lián)動管理。此外，通過井下風(fēng)險預(yù)控可視化技術(shù)能夠有效解決煤礦安全信息傳遞時效差問題，并且便于領(lǐng)導(dǎo)在監(jiān)督的同時，結(jié)合風(fēng)險實時處理進(jìn)度詳情，及時安排調(diào)度工作，提高了風(fēng)險分級管控的應(yīng)急響應(yīng)水平。

3.3 隱患數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析

系統(tǒng)對隱患信息進(jìn)行分類統(tǒng)計的同時，為避免信息數(shù)據(jù)孤島化，借助了FP-Growth算法進(jìn)行多維度的關(guān)聯(lián)分析[13]。在FP-Growth算法中用X、Y表示兩個項集，用X→Y表示關(guān)聯(lián)規(guī)則，即滿足支持度與置信度的兩個事務(wù)之間的強(qiáng)聯(lián)系。

支持度是指X和Y這兩個項集同時在事務(wù)集中出現(xiàn)的概率；支持度計算公式為：

Support(X→Y)=P(X∪Y)

(1)

置信度是指出現(xiàn)項集X的事務(wù)集中，項集Y出現(xiàn)的概率；置信度的計算公式為：

式中，Support為支持度；Confidence為置信度；P為概率。

通過收集陜煤集團(tuán)下屬某煤礦連續(xù)兩個月的隱患數(shù)據(jù)，利用式(1)和式(2)主要進(jìn)行了該煤礦隱患地點、隱患類別、責(zé)任部門三個維度下的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)挖掘與分析。最終，在可參考的置信度與支持度范圍內(nèi)，得出隱患發(fā)生的主要地點、類別信息，并結(jié)合隱患的責(zé)任單位，從而針對性的提出解決方案，以達(dá)到提前預(yù)防的效果。隱患關(guān)聯(lián)分析如圖5所示。

圖5 隱患關(guān)聯(lián)分析圖

由圖5可知該煤礦連續(xù)兩個月隱患總數(shù)為204條，其中采掘類的隱患為122條，支持度為59.8%；機(jī)電類的隱患為54條，支持度為20.4%。在采掘類隱患中，綜采一隊和掘進(jìn)一隊負(fù)責(zé)下的三個工作地點的該類隱患數(shù)量之和為隱患總數(shù)的37.25%，且置信度均在33.33%以上；機(jī)電類的隱患中，機(jī)運隊負(fù)責(zé)下的變電所出現(xiàn)的隱患為18條，置信度為60%，亦高于33.33%。

通過分析可發(fā)現(xiàn)該煤礦具有“采掘類→綜采一隊→227工作面”“采掘類→綜采一隊→222運輸巷”“采掘類→掘進(jìn)一隊→2305回風(fēng)巷”“機(jī)電類→機(jī)運隊→變電所”四條較強(qiáng)關(guān)聯(lián)的規(guī)則。將以上數(shù)據(jù)作為支撐，該煤礦接下來的隱患排查治理工作中需對227工作面、222運輸巷、2305回風(fēng)巷及變電所四個位置加大排查、整治力度，并加強(qiáng)綜采一隊、掘進(jìn)一隊和機(jī)運隊的安全培訓(xùn)力度，進(jìn)一步規(guī)范其安全作業(yè)方式。

系統(tǒng)借助FP-Growth算法對隱患數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，能夠大幅提升隱患排查治理的輔助決策水平，通過針對性的提出隱患整改措施，有效降低隱患發(fā)生的頻率。

4 結(jié) 論

1)系統(tǒng)通過執(zhí)行風(fēng)險分級管控與隱患排查治理功能，能夠明確各層級人員的工作職責(zé)，提高煤礦各級責(zé)任人與責(zé)任單位在日常監(jiān)察中的安全意識。

2)系統(tǒng)使用精準(zhǔn)化的煤礦法律法規(guī)作為應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了各層級人員在煤礦安全生產(chǎn)中的行為措施，充分的解決了煤礦風(fēng)險、隱患處置不完善問題，提升風(fēng)險與隱患管理過程的安全可靠性。

3)系統(tǒng)將風(fēng)險與隱患進(jìn)行一體化管理，使風(fēng)險、隱患的處置更加全面徹底，落實了煤礦風(fēng)險預(yù)控在前，隱患排查治理在后的雙重預(yù)防機(jī)制，保證了煤礦安全生產(chǎn)的穩(wěn)定進(jìn)行。

4)系統(tǒng)利用FP-Growth算法對歷史隱患數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度的關(guān)聯(lián)分析，一定程度上實現(xiàn)了隱患的關(guān)聯(lián)預(yù)測，便于針對性的提出隱患的解決方案。