煤礦安全隱患采集決策智能防控系統設計

朱宏博

（同煤集團機電管理處，山西大同 037003）

0 引言

由于煤礦井下作業的復雜性與危險性，構建一個良性的安全生產管理體系，有助于提高勞動者的生命安全。當前大多企業都在煤礦安全生產方面增加了投入，同時增加了相應的信息化管理水平，但是煤礦事故層出不窮。依據安全管理理論，只要有隱患，就有可能發生事故，這些僅僅是時間問題［1］。經過查閱文獻發現，有的安全事故可以通過排查消除。現在有些煤礦安全管理系統低下，不能及時采集數據，或者進行數據的分析，因此帶來一定的安全隱患。鑒于此，本文設計一套煤礦安全隱患采集決策一體化集成系統，實踐表明可以有效降低事故率。

1 功能需求分析

在開發安全隱患智能化系統時，必須參考煤礦的實際，因此對該煤礦日常安全生產管理資料進行研究，其應該具備如下幾個功能：

（1）對安全隱患進行動態管理，因此能夠實現實時檢測數據；

（2）系統可以自動對數據進行處理，與此同時可以產生日報表，便于決策層進行決策［2］；

（3）系統能夠自動判斷煤礦事故的安全等級；

（4）可以通過互聯網上傳信息，同時可以實現信息的準確性；

（5）系統能夠按照規范的格式處理數據，便于相關工作者查看。

2 系統結構設計

2.1 整體結構形式

當已完成安全隱患等級需求分析之后，就可以進行系統架構的設計，同時優化總體框架，以及優化每層結構，從而達到所需要的功能［3］。再進行細分可以發現，該系統可分為五層整體建構：第一層為數據采集層；第二層為頻度檢索層；第三層為礦井檔案層；第四層為風險管控層；第五層為智慧決策層。整體結構如圖1所示。

圖1 安全隱患采集決策系統整體結構

2.2 數據采集層

煤礦安全監測工作人員將數據以標準化的形式保存在服務器中。假設工作人員將數據錄入程序之后，系統與設定的語義詞庫進行比較，進而可以體現數據的合理性［4］。

2.3 頻度檢索層

頻度檢索層能夠找到違反安全管理條例頻率較高的，緊接著對其進行標準化處理，這樣可以給相關工作人員提示，便于監測人員查看，具有一定的輔助預警作用。頻度檢索層結構如圖2所示。

圖2 頻度檢索層結構情況

2.4 礦井檔案層

礦井檔案層能夠為安全管理提供相應的輔助，一般情況下允許人員錄入以下信息：（1）礦井風險判斷；（2）開采長度；（3）挖掘深度；（4）挖掘組織計劃；（5）地層動態指標數據等。同時將此數據信息以報表的形式歸檔，便于工作人員查閱。

2.5 風險管控層

風險管控層可以輔助檢查煤礦安全風險，可以把煤礦安全風險進行過分級，每一種等級對應著安全風險，與此同時對風險等級進行動態更新，因此安全管理人員可以依據不同的顏色判斷風險等級［5］。

3 系統硬件部分權限設計及實現

3.1 安全權限設計

對煤礦安全隱患決策單元必須設置相對應的安全訪問權限，往往需要給各個環節的工作人員設置訪問權限。比如操作人員僅僅對系統進行操作，系統用戶權限如圖3所示。

圖3 用戶權限情況

3.2 數據檢索設計

該系統能夠借助多屬性檢索的形式實現數據的檢索，同時也可以根據關鍵詞進行檢索。在對已完成的數據庫進行訪問時，可以方便地檢索隱患問題以及違章，數據檢索模塊結構示意圖如圖4所示。

圖4 數據檢索模塊結構

3.3 風險等級劃分設計

將安全風險劃分為4個等級，分別用顏色表示。紅色為最高風險；橘色為高風險；黃色為中等風險；藍色為低風險［6］。與此同時，系統內部設定數值為展示什么顏色，當數值在0.15以下時為藍色；在0.15～0.25時為黃色；在0.25～0.5時為橘色；在0.5～1時為紅色。風險評估值的計算如下所示：

式中：A為風險程度評估值；a為一般隱患；b為紅線隱患數；c為重點隱患數；d為重大且紅線隱患數；B為隱患總數；f1為閾值1；f2為閾值2；f3為閾值3；f4為閾值4。

3.4 系統實現

系統界面的設計。基于上述系統的總體信息框架，并結合不同客戶具有不同需求的原則，設計出具有人工智能的人機交互界面。這個人機交互主界面主要有以下5個區域。

（1）針對隱患可以實時顯示預警和處理對策的顯示區。其所具有的具體功能是可以對主通風機的運行狀況進行實時顯示。假設有安全隱患存在，該顯示區會發出相應的報警信號來提示可能存在安全隱患的部件位置。在此基礎上，還可以查看發生該隱患的具體原因以及相應的處理辦法。

（2）處理安全隱患的顯示區。可以對主通風機已經發生的安全隱患和處理過程信息進行顯示，比如，存在該隱患的部件名稱，隱患所屬的類型、預警和銷警的時間，相應的處理方法和對應的處理結果。

（3）對評價系統安全的指標、可靠度和預警進行顯示的顯示區。通過柱狀圖來顯示在具體某月或者某年里主通風機系統的安全狀況，并顯示其可靠度值以及關于穩定性的綜合評價指標結果。

（4）顯示零部件隱患比例的顯示區。通過餅狀圖直觀地按月或按年顯示主通風機零部件已發生過的安全隱患比例，并在此基礎上可以重點維護具有嚴重隱患的零部件。

（5）呈現功能模塊的菜單欄。其中包括六大部分，分別為實時預警和處理、系統幫助、安全評價和預警、人工預警和處理、預警的分析和記錄報告、在所需要的功能上進行點擊可以跳轉系統間的各個功能模塊。

信息庫系統的設計主要包含以下3個部分。

（1）模型庫系統。具體涵蓋預警和處理對策方面的模型庫，設備管理維護方面的模型庫以及安全評價和預警方面的模型庫。

（2）知識庫系統。包含文檔知識庫、預警和對策處理的案例庫以及預警決策方面的知識庫等等。

（3）數據庫系統涵蓋預警處理、評價和預警、運行時的實際參數等數據。

4 系統軟件部分設計

4.1 注冊登錄單元

通常需要針對每一個級別的人員設定對應的登入權限，當錄入密碼和用戶名匹配時才可以登入，完成單獨對系統的訪問，同時允許管理人員對注冊用戶進行審核。對于煤炭安全人員通常可以設置單位、工號與姓名，只有后臺人員允許登入才可以進行登入［7］。

4.2 安全隱患數據管理模塊

煤礦安全隱患數據管理單元主要實現如下功能：錄入安全隱患數據以及修改與查詢；同時在不同階段生產對應的安全隱患數據生產報表。此單元主要可以劃分為如下3個子單元：生成安全隱患簡報；錄入相應的安全隱患臺賬信息；安全隱患信息。可以依據煤礦行業所具備的安全隱患類型進行過分類管理。

4.3 隱患風險管控模塊

可以將礦區進行劃分，與此同時設定坐標，通常情況下設置安全隱患風險顏色，從而可以借助可視化的效果觀察隱患的分布，依據相應的安全隱患風險動態更新數據，實現對數據的實時監督，便于工作人員實時掌握安全動態情況［8］。

5 結束語

本文鑒于當前煤礦企業在安全隱患管理方面存在一定的問題，設計了煤礦安全隱患采集決策系統的構架。此系統包含數據存儲、風險預警、風險研判、隱患決策以及對應的礦井信息化管理與圖表展示分析等多種功能，能夠滿足安全生產管理的需要，給煤礦企業安全生產隱患管理提供合理的管理方法，進一步為全面構建煤礦安全隱患一體化研究提供了借鑒。