煤礦雙控信息系統設計及應用*

魏其東，喜珩珺，周立林，韓 安，胡 然

(1.華亭煤業集團有限責任公司，甘肅 平涼 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

上述學者關于煤礦雙控系統建設均取得了一定的成果，但在系統設計中也不同程度地存在2點問題。一是風險管控與隱患排查治理二者孤立、各成體系；二是風險管控手段單一，缺乏風險管控措施落實手段及缺少對各類業務大數據的挖掘分析，難以用于風險預警分析。基于上述問題，筆者提出構建煤礦雙控信息系統，以實現對煤礦安全態勢的動態分析。

1 系統業務分析

1.1 風險與隱患二者關系分析

風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，對其可能存在的風險進行評估、分級，根據風險等級、專業等條件制定風險管控措施進行風險管控[10]。當風險管控措施落實不到位，管控措施失效后，就會形成隱患，而隱患是導致事故發生的直接原因，其風險值也將上升。當因風險管控措施失效而產生的隱患閉環治理完成后，危險源再次處于受控狀態，風險值也隨之降至原先受控水平。風險-隱患一體化管控流程如圖1所示。

圖1 風險-隱患一體化管控流程Fig.1 Risk-hidden danger integrated control flow chart

1.2 業務概述

系統以風險-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險為核心的安全管理模式。通過危險源辨識，風險評估，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任，制定管控措施，形成風險清單。圍繞風險清單將風險管控工作逐級落實，打通從風險辨識、措施落實、風險監視、異常預警及處置的風險業務狀態鏈。基于風險業務狀態鏈，設計出雙控系統業務邏輯關系，如圖2所示。

圖2 雙控系統業務架構Fig.2 Business architecture of double control system

2 系統技術架構及主要功能

2.1 系統架構

按照面向服務的架構(SOA架構)+組件的思想進行設計，以模塊化方式構建不同的業務應用，通過門戶系統實現統一的身份認證管理，采用標準、完整、靈活的“工作流+表單”方式實現業務流程驅動，并通過統一對外接口進行數據共享與分析，實現“業務高內聚，數據松耦合”的軟件架構。系統整體架構分為3層，系統整體架構如圖3所示，數據層基于基礎運行平臺能夠靈活對數據進行抽取調用；業務層主要是針對風險管控業務需求點設計邏輯結構，形成業務規則，實現對業務的處理分析；展示層用于業務數據處理結果展示，安全管理人員可通過Web端、移動端App進行交互式訪問，實現固定+移動的靈活辦公方式。

圖3 系統整體架構Fig.3 Overall architecture of the system

系統部署設備由地面服務器、井下工業環網、井下無線傳輸基站、礦用巡檢記錄儀、無源地址卡等組成。利用物聯網、GIS、RFID等技術，實現井下風險檢查記錄、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移動端查看風險檢查、隱患排查等信息。系統硬件部署架構如圖4所示。

圖4 系統部署架構Fig.4 System deployment architecture

2.2 系統主要功能設計

2.2.1 風險-隱患知識庫

風險-隱患知識庫為雙控系統各業務模塊正常的運行的基礎，其包含風險庫、隱患處置庫、風險-隱患關聯關系庫，3個子庫。風險庫用于存儲已辨識出的風險信息與風險管控責任信息。隱患處置庫用于存儲隱患描述內容、專業、整改措施、整改資金等信息，其內容來源于煤礦規程措施、規章制度等文件[11-12]。風險-隱患關聯關系用于存儲風險管控管控措施失效后與可能產生隱患之間的關系，根據煤礦安全領域業務專家理論知識及經驗整理而來。

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

2.2.2 班組風險管控

班組風險管控模塊將煤礦現場實際工作與系統進行有機結合，實現每班班前作業任務安排、風險告知、風險管控落實、風險管控情況反饋、監督的閉環管理工作。班組風險管控模塊將風險管控工作延伸到基層班組，有效保障風險管控措施落實。

2.2.3 風險管控措施落實檢查

根據風險-隱患一體化管控流程，因隱患由管控措施失效發展而來，故隱患排查實質上是對風險管控措施的檢查，故隱患排查也可納入風險檢查。風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從風險檢查計劃制定、檢查執行、風險異常登記、檢查記錄分析的全過程信息化管理。當檢查人發現管控措施異常時，可直接從風險-隱患知識庫中根據風險管控措施與隱患之間建立的對應關系，快速查找到符合現場實際描述的隱患，從而解決風險管控措施失效錄入隱患不準確的問題。在隱患錄入后，系統根據錄入隱患標準查找對應隱患，自動提示建議整改措施、整改資金、整改期限和整改預案信息，在落實確認后按照風險-隱患一體化管控流程，系統提示相關責任人完成整改返單、復查、銷號各環節。

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系，當傳感器測點報警時，即說明該條管控措施失效，根據風險-隱患知識庫，系統自動錄入一條與之關聯的隱患信息，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責任人。

2.2.4 風險融合監視

該模塊將實時監測、視頻監控、人工檢查、現場管理數據以風險為核心進行融合監視，直觀地反映現場風險管控狀況。以接入的各類數據作為風險預警指標，通過構建預警模型，對風險態勢進行分級預警，并利用GIS等技術，將風險實時評估預警等級展示在二維地圖上。當風險出現異常時，系統以安全事件的形式通過PC端、移動端將信息推送給相關責任人員，從而實現風險全天候監視。

2.2.5 風險異常處置

風險異常處置是在發現管控措施失效后、保障風險重新處于受控狀態的重要監管手段。當風險異常時，根據風險預警模型，可通過系統追溯到風險異常的原因，相關風險負責人可將通過系統將風險異常處置措施及現場整改情況，通過文字、圖像、語音、視頻等形式反饋給相關領導。

2.2.6 決策分析

針對風險-隱患一體化管控過程中產生的各類業務數據進行分析。包括風險檢查計劃執行情況分析、管控措施失效頻次分析、重復隱患分析、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 綜合分析應用

煤礦各信息化系統中，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險態勢，通過集成雙控、人員定位、安全監控等系統業務數據，構建風險縱向趨勢研判模型。用戶通過查看風險態勢值，了解全礦風險管控情況，從而輔助管理者決策。

3 風險縱向趨勢研判模型

3.1 指標體系

為及時了解礦井生產過程中風險態勢，充分利用煤礦大數據，提出構建煤礦風險縱向對比指標體系，見表1。集成雙控、安全監測、人員定位等系統數據，建立煤礦風險縱向趨勢研判模型。

3.2 風險縱向對比

為反映風險的動態變化、累積性等特征，將連續一段時間內的數據作為一個周期，對各個周期內的風險進行對比，以綜合判定風險的當前狀態和發展趨勢。由于各個周期內的風險需要兩兩進行對比，不便于實際操作，因此需要構造一個基準參考對象，每個周期內的數據只需與參考對象進行對比即可。具體操作時需首先構造理想指標集，所謂理想指標集是所有指標值都處于最佳位置，即式(1)

(1)

表1 煤礦風險縱向對比指標體系Table 1 Vertical comparison index system of coal mine risk

式中，k為指標個數；m為第m個指標；n為第m個指標的所有取值個數。由于本模型用于煤礦管理人員了解并掌握風險的變化趨勢，因此針對各個指標，可人為通過軟件執行設置一個最優值集合，系統默認使用最近3年數據的最優值。

然后，構建當前周期矩陣與理想對象的同一度矩陣。當前周期內各指標對象與理想對象中相應指標的相似度構成了同一度矩陣各指標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的權重，各礦根據實際條件可通過軟件設置各指標的權重。按式(3)計算當前指標值集與理想指標集的相似度I

(3)

模型綜合集成安全監測、人員定位、雙控系統的數據，對煤礦風險的變化態勢進行分析。西北某礦為低瓦斯礦井，核定產能為400 Mt，設置的最優值集合為S理想={1，800，1，1，0，1，1，1，1，0，0，0，0，0，1，0}，評定的各指標的權重為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6個月的風險態勢I值計算結果。

表2 某礦連續6個周期風險縱向對比結果Table 2 Vertical comparison results of risk during six consecutive cycles in a mine

3.3 結果分析

從各指標分析來看，指標瓦斯報警次數X10、風速報警次數X12、有害氣體報警次數X13從1月到6月變化較大，且均從3月開始急劇變化。通過實地調查發現，從3月開始，該礦基本完成復工工作，由于之前的停工，造成某些地點有毒有害氣體積聚。故從3月復工起要重點關注有毒有害氣體相關風險管控。從I值分析來看，該礦風險管控情況最好的為1月和2月，這與企業的停工停產有關。相比之下，風險等級在3月和4月較高，需加強安全管理。到當前周期截止，風險整體表現較為平穩，但是呈現一定程度的下滑，需加強風險管控力度。

4 結論

(1)以風險為核心，建立了風險-隱患知識庫，設計了風險-隱患一體化管控流程。打通了風險辨識、措施落實、風險監視、異常分析及預警的風險業務狀態鏈，在對標的基礎上，豐富了煤礦風險管控手段，幫助管理人員動態掌握風險管控、隱患排查工作開展情況。

(2)結合雙控系統數據、安全監測數據、人員定位數據、自動化生產過程數據等，基于過程數據，建立了煤礦風險縱向趨勢研判模型，并將模型應用在實際案例中。實踐表明，該模型對于提高企業安全管理水平及工作效率具有重要意義。