基于三類危險源理論的煤礦危險源辨識信息管理與評價系統研究*

高曉旭聶 堯董丁穩丁自偉

（1.西安科技大學能源學院，陜西省西安市，710054；2.西部礦井開采及災害防治重點實驗室，陜西省西安市，710054）

★ 煤炭科技·機電與信息化★

基于三類危險源理論的煤礦危險源辨識信息管理與評價系統研究*

高曉旭1，2聶 堯1董丁穩1，2丁自偉1，2

（1.西安科技大學能源學院，陜西省西安市，710054；2.西部礦井開采及災害防治重點實驗室，陜西省西安市，710054）

針對陜西南梁礦業有限公司危險源數據龐雜以及管理困難等問題，在三類危險源理論的基礎上，研究設計了基于B/S結構模式的煤礦危險源辨識信息管理與評價系統，介紹了系統功能設計和系統結構設計，在Matlab強大的數學計算功能基礎上，采用C#與Matlab混合編程實現了基于熵權-灰色關聯分析模型的安全評價模塊。實際應用表明，該系統能有效提高企業安全風險管理水平，促進礦井現代化管理進程，為管理者提供科學的決策支持。

危險源辨識 三類危險源理論 信息管理系統 安全評價模型

風險管理是實現煤礦本質安全化的重要組成部分，而危險源辨識又是風險管理過程最基本的步驟之一，因此做好危險源辨識研究尤為關鍵。當前煤礦以大數據為基礎的各類信息管理系統發展迅猛，但多數開發的煤礦相關信息管理系統在風險等級等評價模塊有缺失或者運算速度慢等缺陷。基于此，采用B/S結構模式、主流的ASP.NET開發技術以及SQL Server作為系統數據庫，在C#有較好界面及調用功能的基礎上，結合Matlab強大的數值計算功能，將熵權—灰色關聯分析模型調用到危險源風險等級評價模塊，研究開發了一種具有友好交互界面的數值計算與Internet相結合的煤礦危險源辨識與評價系統。

1　基于三類危險源理論的危險源辨識

1.1三類危險源理論

陳寶智教授在20世紀90年代提出了兩類危險源，第一類危險源是指整個系統中存在、有可能發生突然釋放的物質或能量，實際作業中經常把這些能量源或擁有能量的載體作為第一類危險源來處理；第二類危險源是指導致約束、限制能量措施失效或破壞的多種不安全因素。田水承教授于2001年提出了第三類危險源的具體概念，認為在煤礦事故中，幾乎所有傷亡事故都與人或組織的不安全行為存在關聯。因此就此提出第三類危險源為組織因素，即包括組織的程序、文化、制度、規則和作業的失誤以及人的不安全行為等。事故發生機理如圖1所示。

圖1　事故發生機理

1.2危險源辨識

陜西南梁礦業有限公司危險源數據龐雜且管理較難。為了有效預控事故的發生，在基于上述三類危險源理論的基礎上，通過對企業的生產系統和生產活動中存在及潛在的風險進行評估，將系統分為井上與井下兩個單元，依據崗位、工序和工種辨識出危險源，制定相應措施對其進行消除、減少和控制，以實現礦井4M（人、機、環、管）系統的良好匹配。以危險辨識為基礎，把其分為井上及井下兩個系統。井上系統主要分4個區域來評估，具體包括辦公區、生活區、居住區和選煤廠，井下系統包括生產通用、綜采、掘進、機電運行、主要運輸、輔助運輸、“一通三防”風險、生產服務準備、機電設備專業修理以及綜合業務管理，整體共計14個評價單元。從井上系統和井下系統兩個方面出發，辨識出該煤礦危險源3328條，其中人的因素為2516條、機電設備為520條、作業環境為199條、組織管理為99條。

通過對危險進行辨識，評估確定危險源可能產生的風險及后果，對辨識出的危險源進行等級分類、監測預警和控制，建立危險辨識動態化管理與評價系統，預防事故的發生并給企業管理者提供有力地決策支持。利用矩陣風險評估表對危險源進行深入分析，確定風險值并將風險劃分為5個等級。對已辨識出的危險源進行定期、實時和動態監測，達到有效控制。同時根據監測結果對所辨識危險源進行再次評價，并對危險源進行增減與升降級調整，對危險源實行精細化管理，以求實現煤礦風險的閉環管理。

2　系統設計

2.1系統功能設計

在三類危險源理論基礎上，結合主流信息管理系統開發模式設計了煤礦危險源辨識信息管理與評價系統。系統功能將劃分為危險源原始信息管理、危險源動態信息管理、崗位危險源信息管理、Matlab風險等級評價模塊、文檔管理和系統管理6個子系統。系統總體功能結構如圖2所示。

2.1.1危險源原始信息管理子系統

該子系統主要是針對所有已經經過辨識工作辨識出的礦井各單元危險源信息（包含組織因素等）進行查詢、信息維護、危險源數據信息錄入、已發現問題跟蹤以及數據復查的功能。

2.1.2危險源動態信息管理子系統

該子系統保存對原始危險源信息的修改記錄及領導審批記錄，針對風險級別對隱患整改，實時記錄危險源動態信息，以促進煤礦風險管理的持續改進。

2.1.3崗位危險源信息管理子系統

該子系統在進行危險源辨識工作中，專門將辨識出來的危險源進行了不同工種的分類，終端使用者可以進行對應工種的查詢，所顯示的信息包括危險源名稱、崗位工種、管理標準和管理措施，并以列表形式呈現。

2.1.4安全評價子系統

該子系統創新地加入了后臺評價模型，將原本的危險源評價結果更加客觀科學以及定量化的評價數據展示出來，評價結果包括評價單元、評價對象、評價分值和評價等級，提供良好的科學決策支持及人機友好交互。

圖2　系統功能結構圖

2.1.5文檔管理子系統

該子系統能提供對煤礦安全管理手冊、人員考核評價標準、法律法規、制度標準和學習資料等進行分類管理的功能，并且給煤礦各級管理工作人員提供方便地查閱和學習文獻資料的平臺。

2.1.6系統管理子系統

該子系統由參數設定、用戶管理和密碼設定組成。參數設定中參數名稱指代一類參數，如 “事故類型”，參數值指某個具體參數，如 “物體打擊”。用戶管理主要是對礦井工作人員的信息進行日常維護管理，并且按照部門不同及角色定位進行了系統功能權限設定，按照所對應部門的工作性質及人員職務相對應地分配各個系統的業務處理操作權限，從而在組織管理上達到經精細化管理的目的。

2.2系統結構設計

2.2.1硬件結構設計

系統硬件由服務器、系統數據庫及用戶PC端組成，是一個基于Web平臺運行的系統。應用系統服務端程序可以和系統數據庫服務器部署在同一臺機器上，也可以用兩臺機器分別部署，在完成系統管理人員對系統初始化之后，用戶可通過終端瀏覽器登錄并訪問該系統。

2.2.2系統軟件架構設計

軟件應用ASP.NET技術作為開發框架來實現基于B/S模式結構的軟件系統開發，采用Web Service技術實現軟件與礦井其它專業系統的數據通訊，選用SQL Server作為系統數據庫服務器，應用ADO.NET技術來實現面向對象數據訪問以實現巨量數據存取，繼而采用OLE DB技術實現非結構化數據上傳及導入，主流的AJAX技術使得軟件系統界面友好且操作實用方便，基于COM技術（組件對象模型）可使整個系統高效和可靠，并具有易擴展、便于維護和查詢方便等特點。系統軟件架構圖如圖3所示。

3　安全評價模塊

3.1評價模型簡介

運用熵值法及灰色關聯系數法相耦合，分別計算煤礦危險源待評價對象的指標權重以及灰色聯系數矩陣，用于確定待評估對象賦權后的灰色關聯度，避免主觀影響，并且通過加權灰色關聯度分析對比，最終確定煤礦危險源各個待評估對象的風險等級，以期為風險預控提供科學的決策支持。

3.2C#與Matlab混合編程技術及調用過程

Matalb數值計算強大，軟件中自帶的小波分析、神經網絡以及模糊評價等特殊應用程序可以輕松實現數據處理，但如果運用C#等進行編程會稍顯繁瑣，因此在評價時決定應用C#去調用Matlab中的計算模型，達到良好的數據處理速度及友好交互。調用過程如下:

（1）錄入原始數據（一般為后臺錄入），如各工序的標準化指標值。

（2）C#調用Matlab計算模型。首先在Matlab中編寫熵權-灰色關聯分析模型，并且保存為.m文件。將.m文件編譯成C#可以調用的*.dll和*.h等文件。建立C#工程，將計算所用的.h文件中的函數使用C#語法聲明。C#調用Matlab工作區計算并返回結果。使用Matlab-Deploy Tool生成COM組件（COM是一種說明如何建立可動態互變組件的規范）。使用Matlab-Deploy Tool生成.NET組件，并使用.NET將風險等級評價結果展示出來，實現友好交互。

圖3　系統軟件架構圖

4　應用效果分析

該系統于2013年12月在陜西南梁礦業有限公司進行了試運行，經過初期的不斷調試和數據的不斷完善，已經穩定運行至今。

（1）該系統將辨識的大量危險源信息錄入到系統數據庫中，實現了陜西南梁礦業有限公司危險源辨識的信息化，有效地解決了危險源數據龐雜和管理困難的問題，豐富的系統功能模塊使得風險源管理工作變得高效和快捷。

（2）該系統將所辨識的危險源按照崗位工種進行二次歸類，煤礦職工在終端登錄后可根據自己所在崗位和所屬工種進行相應的危險源查詢及學習，這對工人不安全行為及人的本質安全管理具有實際指導意義。

（3）采用C#與Matlab混合編程技術，將熵權-灰色關聯分析模型嵌入軟件中，使系統中原本繁瑣的評價模塊變得更加人性化，交互性更好。

（4）管理者通過該系統可以及時發現危險源及可能的事故隱患，進而及時且有針對性地制定整改措施。作業人員可以根據系統所指定的措施及時進行落實整改，避免危險再次產生，降低事故發生的可能性，達到風險預控的目的。

（5）該系統有效推動了煤礦本質安全風險管理體系的建設，對企業制定的 “零傷害”的管理理念給予有力的科學支持。

［1］ 高曉旭.基于4 M理論的煤礦本質安全研究［D］.西安:西安科技大學，2010

［2］ 吳兵，許正東，王紫薇等.基于流程管理的煤礦隱患閉環管理系統的研究［J］.中國煤炭，2015（1）

［3］ 張紀元.基于 “互聯網+”的煤礦設備精細化管控系統研究與設計［J］.中國煤炭，2015（8）

［4］ 康瑛石，吳吉義，王海寧.基于云計算的一體化煤礦安全監管信息系統［J］.煤炭學報，2011（5）

［5］ 王福成，陳寶智.安全工程概論 ［M］.北京:煤炭工業出版社，2002

［6］ 田水承.第三類危險源辨識與控制研究 ［D］.北京:北京理工大學，2001

［7］ 曾勝.重大危險源動態智能監測監控大數據平臺框架設計［J］.中國安全科學學報，2014（11）

［8］ 高曉旭，張旭，董丁穩.煤礦危險源多層遞階模型及風險評價［J］.西安科技大學學報，2015（2）

Research on information management and assessment system of hazard identification for coal mine based on the theory of three types of hazards

Gao Xiaoxu1，2，Nie Yao1，Dong Dingwen1，2，Ding Ziwei1，2
（1.College of Energy，Xi'an University of Science and Technology，Xi'an，Shaanxi 710054，China；2.Key Laboratory of Western Mines and Hazard Prevention of China Ministry of Education，Xi'an，Shaanxi 710054，China）

Aiming at the problems of numerous and jumbled hazards data and difficult management in Shaanxi Nanliang Mining Industry Co.，Ltd.，and based on the theory of three types of hazards，the information management and assessment system of hazard identification for coal mine based on B/S structural pattern was researched and designed，then the function design and structure design were introduced.On the basis of powerful mathematical calculation function of Matlab software，the safety evaluation module based on entropy weight-grey correlation model was achieved by using hybrid programming of C#and Matlab software.Practical application indicated that this system could effectively raise the level of enterprise security risk management，promote the mine's modernization management process，and provide scientific decision support for the managers.

hazard identification，theory of three types of hazards，information management system，safety evaluation model

TD918

A

高曉旭（1978-），男，山西離石人，副教授，博士，主要從事煤礦安全管理方面的教學科研工作。

（責任編輯 路 強）

國家自然科學基金項目資助（51504183），陜西省自然科學基礎研究計劃（2015JQ5132）