煤礦雙控信息系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用*

魏其東，喜珩珺，周立林，韓 安，胡 然

(1.華亭煤業(yè)集團有限責(zé)任公司，甘肅 平?jīng)?744100；2.中煤科工集團常州研究院有限公司，江蘇 常州 213015；3.天地(常州)自動化股份有限公司，江蘇 常州 213015)

0 引言

上述學(xué)者關(guān)于煤礦雙控系統(tǒng)建設(shè)均取得了一定的成果，但在系統(tǒng)設(shè)計中也不同程度地存在2點問題。一是風(fēng)險管控與隱患排查治理二者孤立、各成體系；二是風(fēng)險管控手段單一，缺乏風(fēng)險管控措施落實手段及缺少對各類業(yè)務(wù)大數(shù)據(jù)的挖掘分析，難以用于風(fēng)險預(yù)警分析?；谏鲜鰡栴}，筆者提出構(gòu)建煤礦雙控信息系統(tǒng)，以實現(xiàn)對煤礦安全態(tài)勢的動態(tài)分析。

1 系統(tǒng)業(yè)務(wù)分析

1.1 風(fēng)險與隱患二者關(guān)系分析

風(fēng)險是伴隨危險源而客觀存在的，通過對危險源進行全面辨識，對其可能存在的風(fēng)險進行評估、分級，根據(jù)風(fēng)險等級、專業(yè)等條件制定風(fēng)險管控措施進行風(fēng)險管控[10]。當(dāng)風(fēng)險管控措施落實不到位，管控措施失效后，就會形成隱患，而隱患是導(dǎo)致事故發(fā)生的直接原因，其風(fēng)險值也將上升。當(dāng)因風(fēng)險管控措施失效而產(chǎn)生的隱患閉環(huán)治理完成后，危險源再次處于受控狀態(tài)，風(fēng)險值也隨之降至原先受控水平。風(fēng)險-隱患一體化管控流程如圖1所示。

圖1 風(fēng)險-隱患一體化管控流程Fig.1 Risk-hidden danger integrated control flow chart

1.2 業(yè)務(wù)概述

系統(tǒng)以風(fēng)險-隱患一體化管控流程為主線，由隱患為核心的安全管理模式前置為以風(fēng)險為核心的安全管理模式。通過危險源辨識，風(fēng)險評估，全面識別煤礦中存在的危險源/危害因素，分類分級明確管控責(zé)任，制定管控措施，形成風(fēng)險清單。圍繞風(fēng)險清單將風(fēng)險管控工作逐級落實，打通從風(fēng)險辨識、措施落實、風(fēng)險監(jiān)視、異常預(yù)警及處置的風(fēng)險業(yè)務(wù)狀態(tài)鏈。基于風(fēng)險業(yè)務(wù)狀態(tài)鏈，設(shè)計出雙控系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系，如圖2所示。

圖2 雙控系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)Fig.2 Business architecture of double control system

2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)及主要功能

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

按照面向服務(wù)的架構(gòu)(SOA架構(gòu))+組件的思想進行設(shè)計，以模塊化方式構(gòu)建不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用，通過門戶系統(tǒng)實現(xiàn)統(tǒng)一的身份認(rèn)證管理，采用標(biāo)準(zhǔn)、完整、靈活的“工作流+表單”方式實現(xiàn)業(yè)務(wù)流程驅(qū)動，并通過統(tǒng)一對外接口進行數(shù)據(jù)共享與分析，實現(xiàn)“業(yè)務(wù)高內(nèi)聚，數(shù)據(jù)松耦合”的軟件架構(gòu)。系統(tǒng)整體架構(gòu)分為3層，系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖3所示，數(shù)據(jù)層基于基礎(chǔ)運行平臺能夠靈活對數(shù)據(jù)進行抽取調(diào)用；業(yè)務(wù)層主要是針對風(fēng)險管控業(yè)務(wù)需求點設(shè)計邏輯結(jié)構(gòu)，形成業(yè)務(wù)規(guī)則，實現(xiàn)對業(yè)務(wù)的處理分析；展示層用于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果展示，安全管理人員可通過Web端、移動端App進行交互式訪問，實現(xiàn)固定+移動的靈活辦公方式。

圖3 系統(tǒng)整體架構(gòu)Fig.3 Overall architecture of the system

系統(tǒng)部署設(shè)備由地面服務(wù)器、井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)、井下無線傳輸基站、礦用巡檢記錄儀、無源地址卡等組成。利用物聯(lián)網(wǎng)、GIS、RFID等技術(shù)，實現(xiàn)井下風(fēng)險檢查記錄、隱患登記、消息提醒、通知公告等功能，管理人員可以通過PC端或地面APP移動端查看風(fēng)險檢查、隱患排查等信息。系統(tǒng)硬件部署架構(gòu)如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)部署架構(gòu)Fig.4 System deployment architecture

2.2 系統(tǒng)主要功能設(shè)計

2.2.1 風(fēng)險-隱患知識庫

風(fēng)險-隱患知識庫為雙控系統(tǒng)各業(yè)務(wù)模塊正常的運行的基礎(chǔ)，其包含風(fēng)險庫、隱患處置庫、風(fēng)險-隱患關(guān)聯(lián)關(guān)系庫，3個子庫。風(fēng)險庫用于存儲已辨識出的風(fēng)險信息與風(fēng)險管控責(zé)任信息。隱患處置庫用于存儲隱患描述內(nèi)容、專業(yè)、整改措施、整改資金等信息，其內(nèi)容來源于煤礦規(guī)程措施、規(guī)章制度等文件[11-12]。風(fēng)險-隱患關(guān)聯(lián)關(guān)系用于存儲風(fēng)險管控管控措施失效后與可能產(chǎn)生隱患之間的關(guān)系，根據(jù)煤礦安全領(lǐng)域業(yè)務(wù)專家理論知識及經(jīng)驗整理而來。

ERP整合了企業(yè)的生產(chǎn)、成本、采購、庫存、銷售、運輸、財務(wù)、人力資源，使財務(wù)在制定資金計劃時可以根據(jù)其銷售模塊預(yù)測經(jīng)營性資金流入，根據(jù)采購、生產(chǎn)和研發(fā)模塊預(yù)測經(jīng)營性資金流出，根據(jù)人力資源模塊預(yù)測人力成本支出，從而滾動預(yù)測資金盈虧情況，以便提前合理安排資金使用計劃或資金籌措計劃，確保企業(yè)正常經(jīng)營活動所需的資金量。

2.2.2 班組風(fēng)險管控

班組風(fēng)險管控模塊將煤礦現(xiàn)場實際工作與系統(tǒng)進行有機結(jié)合，實現(xiàn)每班班前作業(yè)任務(wù)安排、風(fēng)險告知、風(fēng)險管控落實、風(fēng)險管控情況反饋、監(jiān)督的閉環(huán)管理工作。班組風(fēng)險管控模塊將風(fēng)險管控工作延伸到基層班組，有效保障風(fēng)險管控措施落實。

2.2.3 風(fēng)險管控措施落實檢查

根據(jù)風(fēng)險-隱患一體化管控流程，因隱患由管控措施失效發(fā)展而來，故隱患排查實質(zhì)上是對風(fēng)險管控措施的檢查，故隱患排查也可納入風(fēng)險檢查。風(fēng)險檢查分為人工檢查與自動檢查2種模式。人工檢查模式可實現(xiàn)從風(fēng)險檢查計劃制定、檢查執(zhí)行、風(fēng)險異常登記、檢查記錄分析的全過程信息化管理。當(dāng)檢查人發(fā)現(xiàn)管控措施異常時，可直接從風(fēng)險-隱患知識庫中根據(jù)風(fēng)險管控措施與隱患之間建立的對應(yīng)關(guān)系，快速查找到符合現(xiàn)場實際描述的隱患，從而解決風(fēng)險管控措施失效錄入隱患不準(zhǔn)確的問題。在隱患錄入后，系統(tǒng)根據(jù)錄入隱患標(biāo)準(zhǔn)查找對應(yīng)隱患，自動提示建議整改措施、整改資金、整改期限和整改預(yù)案信息，在落實確認(rèn)后按照風(fēng)險-隱患一體化管控流程，系統(tǒng)提示相關(guān)責(zé)任人完成整改返單、復(fù)查、銷號各環(huán)節(jié)。

自動檢查是從地點的維度將管控措施與地點下傳感器測點建立起邏輯關(guān)系，當(dāng)傳感器測點報警時，即說明該條管控措施失效，根據(jù)風(fēng)險-隱患知識庫，系統(tǒng)自動錄入一條與之關(guān)聯(lián)的隱患信息，進入隱患治理流程。同時以事件的形式將此信息推送給相關(guān)責(zé)任人。

2.2.4 風(fēng)險融合監(jiān)視

該模塊將實時監(jiān)測、視頻監(jiān)控、人工檢查、現(xiàn)場管理數(shù)據(jù)以風(fēng)險為核心進行融合監(jiān)視，直觀地反映現(xiàn)場風(fēng)險管控狀況。以接入的各類數(shù)據(jù)作為風(fēng)險預(yù)警指標(biāo)，通過構(gòu)建預(yù)警模型，對風(fēng)險態(tài)勢進行分級預(yù)警，并利用GIS等技術(shù)，將風(fēng)險實時評估預(yù)警等級展示在二維地圖上。當(dāng)風(fēng)險出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)以安全事件的形式通過PC端、移動端將信息推送給相關(guān)責(zé)任人員，從而實現(xiàn)風(fēng)險全天候監(jiān)視。

2.2.5 風(fēng)險異常處置

風(fēng)險異常處置是在發(fā)現(xiàn)管控措施失效后、保障風(fēng)險重新處于受控狀態(tài)的重要監(jiān)管手段。當(dāng)風(fēng)險異常時，根據(jù)風(fēng)險預(yù)警模型，可通過系統(tǒng)追溯到風(fēng)險異常的原因，相關(guān)風(fēng)險負(fù)責(zé)人可將通過系統(tǒng)將風(fēng)險異常處置措施及現(xiàn)場整改情況，通過文字、圖像、語音、視頻等形式反饋給相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)。

2.2.6 決策分析

針對風(fēng)險-隱患一體化管控過程中產(chǎn)生的各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行分析。包括風(fēng)險檢查計劃執(zhí)行情況分析、管控措施失效頻次分析、重復(fù)隱患分析、重大隱患分析等。通過分析，幫助用戶找出管控過程中存在的不足，輔助管理者決策。

2.2.7 綜合分析應(yīng)用

煤礦各信息化系統(tǒng)中，彼此獨立、各自孤島，未能被有效利用[13-15]。為反映礦井在安全管理過程中的風(fēng)險態(tài)勢，通過集成雙控、人員定位、安全監(jiān)控等系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，構(gòu)建風(fēng)險縱向趨勢研判模型。用戶通過查看風(fēng)險態(tài)勢值，了解全礦風(fēng)險管控情況，從而輔助管理者決策。

3 風(fēng)險縱向趨勢研判模型

3.1 指標(biāo)體系

為及時了解礦井生產(chǎn)過程中風(fēng)險態(tài)勢，充分利用煤礦大數(shù)據(jù)，提出構(gòu)建煤礦風(fēng)險縱向?qū)Ρ戎笜?biāo)體系，見表1。集成雙控、安全監(jiān)測、人員定位等系統(tǒng)數(shù)據(jù)，建立煤礦風(fēng)險縱向趨勢研判模型。

3.2 風(fēng)險縱向?qū)Ρ?/h3>

為反映風(fēng)險的動態(tài)變化、累積性等特征，將連續(xù)一段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)作為一個周期，對各個周期內(nèi)的風(fēng)險進行對比，以綜合判定風(fēng)險的當(dāng)前狀態(tài)和發(fā)展趨勢。由于各個周期內(nèi)的風(fēng)險需要兩兩進行對比，不便于實際操作，因此需要構(gòu)造一個基準(zhǔn)參考對象，每個周期內(nèi)的數(shù)據(jù)只需與參考對象進行對比即可。具體操作時需首先構(gòu)造理想指標(biāo)集，所謂理想指標(biāo)集是所有指標(biāo)值都處于最佳位置，即式(1)

(1)

表1 煤礦風(fēng)險縱向?qū)Ρ戎笜?biāo)體系Table 1 Vertical comparison index system of coal mine risk

式中，k為指標(biāo)個數(shù)；m為第m個指標(biāo)；n為第m個指標(biāo)的所有取值個數(shù)。由于本模型用于煤礦管理人員了解并掌握風(fēng)險的變化趨勢，因此針對各個指標(biāo)，可人為通過軟件執(zhí)行設(shè)置一個最優(yōu)值集合，系統(tǒng)默認(rèn)使用最近3年數(shù)據(jù)的最優(yōu)值。

然后，構(gòu)建當(dāng)前周期矩陣與理想對象的同一度矩陣。當(dāng)前周期內(nèi)各指標(biāo)對象與理想對象中相應(yīng)指標(biāo)的相似度構(gòu)成了同一度矩陣各指標(biāo)對象與理想對象的相似度按式(2)計算得到

(2)

接著，采用層次分析法確定各指標(biāo)的權(quán)重，各礦根據(jù)實際條件可通過軟件設(shè)置各指標(biāo)的權(quán)重。按式(3)計算當(dāng)前指標(biāo)值集與理想指標(biāo)集的相似度I

(3)

模型綜合集成安全監(jiān)測、人員定位、雙控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，對煤礦風(fēng)險的變化態(tài)勢進行分析。西北某礦為低瓦斯礦井，核定產(chǎn)能為400 Mt，設(shè)置的最優(yōu)值集合為S理想={1，800，1，1，0，1，1，1，1，0，0，0，0，0，1，0}，評定的各指標(biāo)的權(quán)重為W={0.058,0.069,0.073,0.056,0.087,0.046,0.037,0.046,0.047,0.098,0.034,0.035,0.038,0.039,0.082,0.079,0.076}，表2為西北某礦連續(xù)6個月的風(fēng)險態(tài)勢I值計算結(jié)果。

表2 某礦連續(xù)6個周期風(fēng)險縱向?qū)Ρ冉Y(jié)果Table 2 Vertical comparison results of risk during six consecutive cycles in a mine

3.3 結(jié)果分析

從各指標(biāo)分析來看，指標(biāo)瓦斯報警次數(shù)X10、風(fēng)速報警次數(shù)X12、有害氣體報警次數(shù)X13從1月到6月變化較大，且均從3月開始急劇變化。通過實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，從3月開始，該礦基本完成復(fù)工工作，由于之前的停工，造成某些地點有毒有害氣體積聚。故從3月復(fù)工起要重點關(guān)注有毒有害氣體相關(guān)風(fēng)險管控。從I值分析來看，該礦風(fēng)險管控情況最好的為1月和2月，這與企業(yè)的停工停產(chǎn)有關(guān)。相比之下，風(fēng)險等級在3月和4月較高，需加強安全管理。到當(dāng)前周期截止，風(fēng)險整體表現(xiàn)較為平穩(wěn)，但是呈現(xiàn)一定程度的下滑，需加強風(fēng)險管控力度。

4 結(jié)論

(1)以風(fēng)險為核心，建立了風(fēng)險-隱患知識庫，設(shè)計了風(fēng)險-隱患一體化管控流程。打通了風(fēng)險辨識、措施落實、風(fēng)險監(jiān)視、異常分析及預(yù)警的風(fēng)險業(yè)務(wù)狀態(tài)鏈，在對標(biāo)的基礎(chǔ)上，豐富了煤礦風(fēng)險管控手段，幫助管理人員動態(tài)掌握風(fēng)險管控、隱患排查工作開展情況。

(2)結(jié)合雙控系統(tǒng)數(shù)據(jù)、安全監(jiān)測數(shù)據(jù)、人員定位數(shù)據(jù)、自動化生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)等，基于過程數(shù)據(jù)，建立了煤礦風(fēng)險縱向趨勢研判模型，并將模型應(yīng)用在實際案例中。實踐表明，該模型對于提高企業(yè)安全管理水平及工作效率具有重要意義。