基于信息化技術的煤礦機電安全管理體系研究

徐勤躍

（菏澤市應急管理保障和技術服務中心，山東 菏澤 274000）

0 引言

當前，我國的煤礦開采已經進入智能化開采階段，智能化開采工藝技術需要應用多種類型的機電設備，功能和結構日益復雜的機電設備運行于煤礦惡劣的環(huán)境下，易出現機電設備故障，直接影響著煤礦正常生產，嚴重情況下會引發(fā)火災、爆炸等事故，威脅著作業(yè)人員的生命安全，也會給企業(yè)帶來較大的經濟損失[1]。隨著煤礦機電設備正向著信息化、智能化方向發(fā)展，為了消除機電設備運行過程中存在的安全隱患，需要建立起基于信息化技術的機電安全管理體系，實現對機電設備安全情況的動態(tài)評價，確保煤礦企業(yè)的安全生產。實現煤礦機電設備安全管理的信息化，有利于提升機電設備管理質量，探索新型的機電設備監(jiān)管模式。對煤礦機電設備的全生命期進行管控，確保機電設備安全運行，監(jiān)測并采集機電設備運行的多項數據信息，發(fā)現機電設備潛在的安全風險，避免機電設備出現故障而影響煤礦正常生產，保證機電設備管理完整性。也有利于提高煤礦生產效率。在確保安全生產指標的前提下，將信息化技術應用于機電設備管理，可獲取到機電設備運行數據，根據使用時間長短來進行預警，提示工作人員定期進行維護，可避免機備在使用過程中頻繁磨損和加快老化，確保煤礦資源的開采效率。信息化技術的應用可保證機電設備的運行安全，避免操作人員出現誤操作，也可以提升設備的管理質量，及時發(fā)現潛在的故障和安全風險，可以減少機電設備維護資金的投入，也可以對機電設備進行更為全面的診斷，優(yōu)化機電設備運行監(jiān)測方式，最大程度上杜絕或減少安全隱患。

1 煤礦機電安全管理理論

機電設備安全是對運行狀態(tài)的描述，機電設備運行于安全狀態(tài)下不會對作業(yè)人員生命健康造成威脅，也不會產生經濟損失，而安全隱患是引起煤礦機電設備不安全狀態(tài)的潛在因素。為確保機電設備安全運行，需要查找并消除安全隱患，借助信息化手段對機電設備安全進行全方位監(jiān)測與識別，采取有效措施消除安全隱患，將安全隱患帶來的威脅降到最低。

1.1 隱患形成原因與類型

煤礦機電設備安全隱患具有多層次的特點，不同安全隱患間可相互影響，設備不安全狀態(tài)形成也并非單一隱患導致，是由多個安全隱患共同作用下出現的[2]。安全隱患類型的劃分可以更為清晰地梳理出誘發(fā)原因，分析安全隱患特點和不同安全隱患間的相互作用，根據《生產過程危險和有害因素分類與代碼》（GB/T 1 3861—2022）安全隱患原因可劃分為如下4 類：①人的因素。人為導致的煤礦機電設備安全隱患占比較大，例如，作業(yè)人員沒有樹立起安全意識、操作過程中存在著僥幸心理、帶著情緒操作設備等易導致安全事故。②物（機電設備）的因素。煤礦機電設備在設計、制造和安裝等環(huán)節(jié)存在問題導致的安全隱患，或者機電設備超年限使用，易出現疲勞、磨損等安全問題，會對作業(yè)人員生命安全產生威脅[3]。③環(huán)境因素。煤礦機電設備運行于惡劣環(huán)境下，例如，高溫、潮濕、震動等環(huán)境下，會使機電設備出現異常現象，會帶來安全隱患。④管理因素。沒有制定科學完善的機電設備管理制度或規(guī)章制度等，沒有指導作業(yè)人員標準化操作和維護機電設備，安全管理存在漏洞導致的安全隱患。

1.2 煤礦機電安全隱患特點

根據煤礦開采工作面環(huán)境和智能化開采工藝技術要求，煤礦機電設備存在的安全隱患具有如下特點：①潛伏性。煤礦智能化開采作業(yè)面環(huán)境比較惡劣，不利于對機電設備進行日常檢修與維護工作，機電設備安全隱患具有較強的潛伏性，日常檢查中很難發(fā)現并消除安全隱患，會給煤礦機電設備安全治理帶來困難。②誘發(fā)性[4]。煤礦機電設備存在小的安全隱患，如果沒有對其給予足夠的重視，沒有采取有效手段消除安全隱患，機電設備長時間運行于隱患條件下易誘發(fā)安全事故，會給企業(yè)帶來不可挽回的經濟損失。③漸變性。煤礦資源的開采與生產是一項系統(tǒng)工作，每個生產環(huán)節(jié)間相互影響，安全隱患的漸變性是指會從小的安全隱患轉變?yōu)榇蟮陌踩[患，也會誘發(fā)系統(tǒng)性的安全隱患。

1.3 煤礦機電安全隱患的辨識

對安全隱患進行準確判識是開展機電設備安全隱患防控的前提條件，主要采用的安全隱患識別方法有：①現場檢查法。管理人員對煤礦智能化開采作業(yè)現場的機電設備運行情況進行現場跟蹤和記錄，將記錄下來的設備運行狀況和數據信息與標準設備狀態(tài)數據曲線進行對比分析，查找可能存在的安全隱患，現場檢查法要求管理人員具備良好的機電設備安全管理知識[5]，可以根據安全檢查需要來靈活制定檢查計劃。②動態(tài)監(jiān)控法。借助信息化手段對煤礦機設備運行狀態(tài)進行實時采集，將獲取到的設備運行信息存儲到管理系統(tǒng)，進行分析與整理來發(fā)現潛在的安全隱患。③系統(tǒng)安全分析法。把煤礦機電設安全隱患識別作為一項系統(tǒng)工程，通過建立起數學模型和采取相應的分析方法[6]，對存在的安全隱患進行全面的識別與分析。

2 煤礦機電安全評價指標體系

2.1 指標的選取

選擇合理評價指標是創(chuàng)建評價體系的前提條件，指標收集可以參考相關資料或借鑒同類評價體系，也可以采取問卷調查方式來收集評價指標，并確定出評價指標的權重[7]。評價指標需要具備邏輯性，不同指標間還應該存在相互聯(lián)系和界限，確定的評價指標還應該具備時間性，例如，可將指標劃分為動態(tài)和靜態(tài)兩類指標，可對煤礦機電設備運行狀態(tài)進行準確評價。

2.2 煤礦機電安全指標體系的建立

評價指標體系應該全面、準確地對煤礦機電設備存在的安全隱患進行分析與評價，可真實地體現出設備的運行狀態(tài)，及時發(fā)現潛在安全隱患并制定出安全防控措施[8]。評價指標體系中主要有機電設備性能指標、提升系統(tǒng)性能指標、膠帶運輸系統(tǒng)性能指標等，提升系統(tǒng)指標用于對過卷、過速、限速、過負荷、欠電壓、失效保護、間隙保護、減速保護等進行評價，膠帶運輸系統(tǒng)指標用于對過電流、過電壓、堆煤保護、防滑保護、防跑偏、超溫保護、張緊力保護等進行評價[9]。

3 煤礦機電設備運行動態(tài)評價模型

煤礦智能化開采作業(yè)面應用的機電設備數量較多，機電設備運行時會形成轉速、溫度、張緊力等多種類型的參數，機電設備運行參數與關鍵零部件狀態(tài)進行結合，可建立起機電設備動態(tài)評價模型。將安全巡檢與設備狀態(tài)采集系統(tǒng)獲取到的評價指標作為樣本，采用貝葉斯法分類法來確定評價等級，用于對煤礦機電設備運行狀態(tài)進行安全識別與分析，數學模型公式如下：

式中：P（Rm│X）——評價等級最大條件概率；（X│Rm）——樣本最大條件概率；X——煤礦機電設備評價樣本；Rm——評價等級數值區(qū)間；P（Xm）——樣本概率值；Xm——m個等級評價樣本；P（Rm）——評價等級概率。

如果N 作為評價樣本數量，計算公式為：

式中：p——樣本概率密度；Xn——數量n 的評價樣本；R'——指標區(qū)間相對應的評價等級；i——第i 個評價樣本。

如果Nm是第m 個等級樣本數量，計算公式為：

根據條件獨立可以假定為：

式中：Nnm——需要評價樣中n 項指標，為第m 個評價等級樣本數量。

根據創(chuàng)建的數學模型，可把煤礦機電設備安全巡檢和采集數據記錄用作評價數據，并存儲至煤礦機電設備安全管理系統(tǒng)，并結合風險值進行統(tǒng)計分析和動態(tài)計算，設置好評價等級和置信區(qū)間，采用貝葉斯分類法來計算出評價等級，安全評價結果可根據存儲后的參數改變情況進行動態(tài)調整，可以在管理系統(tǒng)中顯示出來。伴隨著采集到的數據量不斷增多，機電設備安全評價等級概率計算會得到優(yōu)化，這樣就可以對煤礦機電設備安全情況進行動態(tài)化評價[10]。

4 煤礦機電設備安全信息管理系統(tǒng)

4.1 信息化需求分析

煤礦機電設備安全管理要求較高且存在著復雜的管理內容，需要借助信息技術來建立起安全管理系統(tǒng)，管理系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)構成，可準確識別安全隱患和進行安全風險控制，實時采集并存儲各類機電設備的運行信息，可提前發(fā)現并消除安全隱患，提升機電設備安全管理效率。管理系統(tǒng)需要具備以下功能：①信息化管理功能，要在機電設備上安裝多種類型的傳感器，用于實時采集機電設備的運行狀態(tài)，也可以采取通訊方式獲取設置好的運行參數和維修記錄數據等。②安全巡檢管理功能，作業(yè)人員可以根據管理系統(tǒng)內運行數據信息，制定出更為合理的安全巡檢路線和巡檢內容，可以根據管理系統(tǒng)運行信息來定期開展安全巡檢工作，將獲取到的巡檢數據信息上傳至管理系統(tǒng)。③機電設備維護管理功能，檢修維護是發(fā)現安全隱患后開展的工作，檢修維護后將相關內容與數據上傳至管理系統(tǒng)。④機電設備故障統(tǒng)計分析功能，管理系統(tǒng)根據上傳到的數據信息來確定故障類型，根據檢查時間、內容等數據信息，對機電設備運行情況進行定量評價，創(chuàng)建機電設備健康運行檔案。⑤安全巡檢考核功能，根據安全管理部門制定的規(guī)章制度來對機電安全管理情況進行考核，針對發(fā)現的安全隱患和整改情況進行考核，把考核結果存儲于管理系統(tǒng)。⑥系統(tǒng)管理功能，創(chuàng)建多種類型的程序文件，對機電設備安全情況進行分類管理，根據工作要求設定相關參數和管理人員權限。

4.2 系統(tǒng)軟件框架設計

管理系統(tǒng)由數據層、管理層和界面層構成，數據層用于存儲和運行煤礦機電設備運行信息、巡檢信息、維護信息、安全評價考核數據、故障統(tǒng)計數據等。管理層由安全巡檢管理、設備運行管理、系統(tǒng)管理3 個模塊構成，對煤礦機電設備進行全方位、全過程的安全管理。界面層具有用戶登錄、參數設置和信息發(fā)布等功能，實現對信息系統(tǒng)的管理，具體管理構架如圖1 所示。

圖1 機電安全信息架構

4.3 管理系統(tǒng)工作流程

信息管理系統(tǒng)由管理員登錄后，設置好信息系統(tǒng)的運行參數，并錄入煤礦機電設備基本信息，將傳感器上傳的采集信息、巡檢記錄信息等資料進行存儲與分析，機電設備管理部門工作人員結合信息管理系統(tǒng)相關數據，制定出機電設備巡檢計劃與方案，在安全巡檢時采集和錄入設備安全信息，對巡查過程中發(fā)現的安全隱患進行處理，通過信息管理系統(tǒng)查找到負責人。采用信息化管理系統(tǒng)可對煤礦機電設備運行過程中潛在安全隱患信息進行采集，并根據創(chuàng)建的動態(tài)評價模型進行量化評價，可為后續(xù)的機電設備安全管理提供參考，也實現了機電設備故障信息的采集與錄入，并進行巡查、維護和考核，實現對機電設備閉環(huán)管理。

5 結語

綜上所述，煤礦機電設備安全管理水平直接影響著企業(yè)的經濟效益，也威脅著作業(yè)人員的生命健康，需要結合機電設備安全管理相關理論，分析安全陷患原因并明確存在的隱患類型，總結安全隱患特點和常用的安全識別方法。建立起煤礦安全隱患指標體系，并設計運行動態(tài)評價模型和信息管理系統(tǒng)，實現對機電設備的閉環(huán)管理。