煤礦采掘作業(yè)規(guī)程編制智能系統(tǒng)研究與應用

劉汝江,劉 森,吳新慶

(1.淄博礦業(yè)集團有限責任公司技術處,山東淄博255100;2.淄博礦業(yè)集團有限責任公司許廠煤礦,山東濟寧272073)

煤礦采掘作業(yè)規(guī)程是生產管理的重要環(huán)節(jié),是煤礦安全生產的保障,對礦井安全高效有非常直接的影響,是用來指導工作面現(xiàn)場安全、高效生產施工的重要依據。據統(tǒng)計,大約有20%～40%的事故技術安全措施編制遺漏或不合理有關[1]。目前,煤礦的作業(yè)規(guī)程仍采用專人手工編制,費時費力,并且手工繪制的圖形大多數(shù)精度不高,文字部分編制與抄寫都很繁瑣[2]。作業(yè)規(guī)程的編制,有許多不規(guī)范、不全面之處。存在著安全規(guī)程編寫內容不全、針對性不強、規(guī)范性差等特點,不能有效指導現(xiàn)場施工,給煤礦安全、高效的組織生產帶來了困難。計算機開發(fā)技術的快速發(fā)展和應用,圖形技術、數(shù)據庫技術、集成化技術等技術日趨成熟,用計算機管理工作面作業(yè)規(guī)程,成為現(xiàn)代化煤礦技術管理工作的必然趨勢。隨著計算機的普及和相應的一系列數(shù)據庫管理與AutoCAD技術的發(fā)展,煤礦采掘工作面作業(yè)規(guī)程的編制可由計算機來完成[3]。

1 作業(yè)規(guī)程智能編制系統(tǒng)結構設計

1.1 系統(tǒng)的技術特點

1)采用Sqlite數(shù)據庫進行數(shù)據存儲,能夠容納海量數(shù)據,為作業(yè)規(guī)程的集中管理提供了技術保障和數(shù)據信息安全保障。

2)完善的權限管理,制作、生成、審批都在系統(tǒng)的有效控制之下。

3)知識學習系統(tǒng),實現(xiàn)規(guī)程安全知識、技術指標的再學習,對數(shù)據庫和知識庫進行完善、更新和修改,同時對以前的作業(yè)規(guī)程的內容可以借鑒或直接使用。

4)符合煤礦采掘作業(yè)規(guī)程編制的關技術和規(guī)范要求,也符合煤礦具體特點的采掘作業(yè)規(guī)程標準格式與內容標準,為正確和規(guī)范地編制煤礦作業(yè)規(guī)程提供技術保障。

5)集成M icrosoft Office2007以及參數(shù)化繪圖功能,為煤礦作業(yè)規(guī)程的編制提供更好的技術支持。

6)參數(shù)化輸入。友好的界面設計及原始參數(shù)輸入,符合現(xiàn)場技術人員使用習慣,便于應用和掌握。

1.2 系統(tǒng)結構設計和模塊功能

1.2.1 系統(tǒng)結構設計

系統(tǒng)完全采用面向對象的開發(fā)方法,使用visual studio 2005作為主要開發(fā)環(huán)境。為了獲得較高的兼容性和較好的用戶體驗,系統(tǒng)集成了 M icrosoft Wo rd 2007的二次開發(fā)接口;為了便于擴展,使用xm l格式的數(shù)據存儲表示方法。

系統(tǒng)的結構如圖1所示,主要包括新建作業(yè)規(guī)程、參考規(guī)程設置、參考資料、使用幫助、作業(yè)規(guī)程編制、規(guī)程框架生成、章節(jié)結構管理、插圖處理、表格處理、文檔輸出等模塊。其中,參考規(guī)程設置、參考資料、使用幫助是輔助模塊,其余模塊是參與生成作業(yè)規(guī)程的主要模塊。由新建作業(yè)規(guī)程、作業(yè)規(guī)程編制、文檔輸出三個主要模塊,形成生成作業(yè)規(guī)程的主流程。

圖1 系統(tǒng)結構

1.2.2 系統(tǒng)功能模塊

1)新建作業(yè)規(guī)程模塊。新建作業(yè)規(guī)程有兩種選擇,可以選擇回采作業(yè)規(guī)程或掘進作業(yè)規(guī)程。在確定編制的作業(yè)規(guī)程后,將系統(tǒng)的應用場景切換到編制相應作業(yè)規(guī)程的狀態(tài)環(huán)境。準備接受用戶參數(shù)輸入,開始作業(yè)規(guī)程的編制工作。

2)參考規(guī)程設置。在編制作業(yè)規(guī)程的過程中,系統(tǒng)可自動檢索系統(tǒng)中已存在類似作業(yè)規(guī)程相應章節(jié)的內容。這些被檢索的作業(yè)規(guī)程稱作參考規(guī)程。用戶可通過該模塊設置參考規(guī)程的各種選項,如最大參考規(guī)程數(shù)量、最近編制的規(guī)程優(yōu)先考慮、編寫完成的規(guī)程自動收入規(guī)程知識和數(shù)據庫等。

3)參考資料。該模塊管理編寫作業(yè)規(guī)程相關的各種電子版的圖書及資料,供編寫作業(yè)規(guī)程的技術員參考。如國家行業(yè)規(guī)范、相關礦業(yè)集團公司各種安全技術措施、規(guī)章制度、法律法規(guī)等。

4)使用幫助。提供系統(tǒng)的幫助文檔、常見問題及解答、Bug報告及建議回饋等。

5)作業(yè)規(guī)程編制。該模塊調用規(guī)程框架生成模塊,生成作業(yè)規(guī)程文檔的大綱結構,等待用戶的輸入,并調用其它相關的模塊完成用戶所要求的工作。被調用的模塊有插圖處理、表格處理等。

6)規(guī)程框架生成。該模塊調入規(guī)程大綱結構的定義文件,生成作業(yè)規(guī)程的文檔結構圖。一方面,將文檔結構圖以樹的形式展示在用戶界面上,方便用戶在作業(yè)規(guī)程文檔比較長時,在各章節(jié)之間跳轉;另一方面,可將生成的文檔結構輸出到該模塊的調用者,以供生成文檔或其它用途。

7)章節(jié)結構管理。作業(yè)規(guī)程文檔的大綱結構,并不是一成不變的,隨著工作面情況的不同,規(guī)程的大綱結構隨之也可能作相應的調整。用戶可以通過該模塊,完成對作業(yè)規(guī)程大綱的增加、修改、刪除等調整工作。

8)插圖處理。插圖的來源主要有兩種,一種是由爆破及支護系統(tǒng)生成,一種是由技術人員通過CAD繪制。對于每一幅插圖,都有一個全文唯一的名字與其對應。系統(tǒng)會通過插圖的名字,將其插入到作業(yè)規(guī)程文檔相應的位置,并調整到最合適的比例和大小。

9)表格處理。與插圖一樣,每張表格也有一個全文唯一的名字。系統(tǒng)根據此名字進行定位并自動填寫表格的內容。

10)文檔輸出。將系統(tǒng)編制完成的作業(yè)規(guī)程以Word文件的形式輸出或打印,完成作業(yè)規(guī)程的編制工作。

2 作業(yè)規(guī)程智能編制系統(tǒng)的實現(xiàn)技術

2.1 系統(tǒng)開發(fā)平臺

系統(tǒng)采用Visual Studio 2005開發(fā)環(huán)境,M i-crosoft Office 2007二次開發(fā)平臺,Sqlite和 XML數(shù)據庫存儲技術,以及基于 AutoCAD的繪圖平臺。

2.2 文檔及圖表處理技術

2.2.1 文檔結構處理

作業(yè)規(guī)程主要由文字、公式和圖表組成,文字占主要部分。動態(tài)地處理大量文字,避免重復,是該系統(tǒng)的難點之一。由于作業(yè)規(guī)程文檔結構相對固定,又經過多方面分析與反復比較,以主要章節(jié)內容建立索引。為便于擴充和修改,采用xm l作為其數(shù)據表示型式。當用戶需要對作業(yè)規(guī)程章節(jié)的添加、修改時,只需修改此xm l文件即可。

對于主要章節(jié)內又分出的子標題,則按子標題拆分成較小文件塊。如果子標題又包含下級標題,則以此子級標題建立目錄,在此目錄下存放下級標題的內容。以此型式進行遞歸處理,直至到達最小一級標題。對于沒有下級標題的標題,則以rtf文件的格式描述其內容。

2.2.2 文字處理

對于同一個礦山來講,不同作業(yè)規(guī)程之間,相同子級標題的內容相對固定,可以歸為一個小的描述文件,稱作文件塊。文件塊的內容并不是一成不變的,不同工作面的地質情況不同,可能部分文件塊的內容會隨之變化,所以文件塊的內容應是可配置的。文件塊的內容可能包含有圖形和表格,以及相應的顯示格式,采用普通的文本文件不能滿足要求。考慮到以上內容,采用RTF(Rich Text Format)文件格式,作為文件塊的存儲格式。集成了RTF文件格式編輯的文件塊處理界面。一般情況下,用戶不需修改文件塊中的內容,直接選擇更新,即可把新的所有文件塊插入到作業(yè)規(guī)程相應的位置。如果文件塊的內容已經不再適用,可直接在右側窗口中修改其內容,修改完成后點擊保存,之后再建立新的作業(yè)規(guī)程時,將會以新的內容顯示。

2.2.3 圖表處理

作業(yè)規(guī)程中的圖表來源有兩個,一是由系統(tǒng)自動生成,二是由外部引入。無論圖表來自何處,系統(tǒng)都為其在作業(yè)規(guī)程中的位置專門建立索引。同樣,為便于擴充和修改,采用xm l作為其數(shù)據表示型式。

當需要插入圖表時,用戶只需在文檔結構上點擊相應的圖表名稱,系統(tǒng)彈出文件瀏覽窗口,用戶選擇相應的圖表文件后,圖表會自動插入到作業(yè)規(guī)程的相應位置上,并自動以合適大小的顯示比例顯示。實現(xiàn)了CAD格式的工程圖以及工程示意圖的插入,并可進行比例調整。

3 應用研究

為了檢驗系統(tǒng)的實用性,以某礦《某工作面作業(yè)規(guī)程》的編制為工程實踐,與手工編制的作業(yè)規(guī)程進行對比分析。

雙巷基本情況:地面標高890～1050m,工作面標高508～558m。23032、23034巷為2303工作面回采時回風之用,服務年限約為2年。巷道經過背、向斜軸等異常部位,瓦斯和頂板異常,而且該工作面有軟煤帶穿過。

按照該巷道技術和生產特點,結合規(guī)程編制具體要求,利用智能系統(tǒng)進行作業(yè)規(guī)程編制。對比作業(yè)規(guī)程編制系統(tǒng)生成的作業(yè)規(guī)程和手工編寫的作業(yè)規(guī)程可以得出,系統(tǒng)生成的作業(yè)規(guī)程結構整齊、內容齊全、格式規(guī)范,插圖、附表大小標準,尺寸適當,而且花費的生成時間與手工編寫時間相比,有了相當大的減少。實踐證明,系統(tǒng)的應用將提高作業(yè)規(guī)程的編制效率和質量,節(jié)省成本。同時,安全作業(yè)規(guī)程知識庫的應用,提高了生產的安全性,為煤礦采掘工作面安全、高效生產提供生產管理技術保障。

4 結論

系統(tǒng)基于計算機技術、網絡技術、軟件技術、數(shù)據庫技術、圖形技術而開發(fā),提供了智能編制煤礦采掘工作面作業(yè)規(guī)程模板的方法。能高質、高效地編制作業(yè)規(guī)程。友好的界面設計、方便的參數(shù)化輸入、可控的圖表比例控制和插入、高效的數(shù)據存儲和讀取、科學的知識庫管理等技術的實現(xiàn),為煤礦采掘作業(yè)規(guī)程編制系統(tǒng)提供了有效的技術支持,實現(xiàn)了煤礦高效、安全生產管理。系統(tǒng)的開發(fā)和應用推廣,將為煤炭信息化建設起到一定的推動作用,為煤礦企業(yè)帶來一定的直接的經濟效益和社會效益。

[1] 王向前.基于Web的煤礦作業(yè)規(guī)程編制及管理系統(tǒng) [D].安徽理工大學碩士論文,2006.

[2] 王偉.巖巷定向斷裂爆破設計及掘進規(guī)程輔助設計系統(tǒng)研究[D].中國礦業(yè)大學 (北京校區(qū))碩士學位論文,2002.

[3] 孫惠民,劉玉彬.采掘工作面作業(yè)規(guī)程編制的計算機管理系統(tǒng) [J].太原理工大學學報,1999,30(1).