煤礦安全生產風險閉環管理控制系統設計

王凱 WANG Kai

（山東唐口煤業有限公司，濟寧 272000）

0 引言

煤礦安全監管是我國各地政府職能機構以及相關部門極為重視的部分，隨著煤礦生產技術的進步以及安全監測設備、安全監管技術的全面普及，我國煤礦安全生產的訴求在一定程度上得以滿足[1-2]。現階段，歐洲國家的煤礦監管技術以及風險管理控制水平已經趨近成熟，為達成更好的監督與管理控制效果，部分歐洲國家已將煤礦安全生產風險閉環管理控制系統應用于煤礦勘測、煤礦開采、行政管理等各部門工作之中，同步落實對煤礦生產監管技術以及軟硬件的革新，確保先進技術以及相關設備在煤礦生產與管理全過程的滲透[3]。

相較而言，我國煤礦相關監管體系、風險管理與控制體系的發展較晚，與之相對應的各種監督管理技術的水平也較為落后，缺少更完善的監督與管理應用技術。云計算技術是近年來發展最為迅猛的信息技術之一，同時云計算技術也是互聯網技術與工業生產相互融合與促進的主要載體，其能夠將虛擬化技術作為信息系統的基礎，通過對各類數據地儲存、應用以及計算、處理等，精準識別煤礦安全生產過程中的風險隱患，完成高效率的風險監測與管理控制工作。

1 閉環管理控制系統總體設計與目標定位

落實煤礦安全生產風險閉環管理與控制系統的先決條件是明確井下作業的風險隱患源以及不同風險隱患所對應的不安全狀態，針對這一需求，需要廣泛收集井下作業面的各類動態空間信息以及監測監控數據；所需使用的方式便是利用云計算技術以及各類型物聯網技術、通信技術等；系統設計的難點在于不同核心技術之間的相互調配、監測監控技術的及時性與精準性、信息處理平臺的計算能力以及專業化的決策支持、應急處理措施的及時性以及有效性；系統設計的核心思想在于充分銜接不同環節、設施設備、信息技術之間的聯動性，促使其形成一個動態、完整的數據處理以及決策支持、信息反饋閉環。本次研究所構想的煤礦安全生產風險閉環管理控制系統體系如圖1 所示。

圖1 煤礦安全生產風險閉環管理控制系統體系

煤礦安全生產風險閉環管理控制系統的主要設計目標在于，以預防控制為核心，落實全面滲透、全過程以及全員參與的閉環式安全監控管理活動。從根源上阻斷煤礦生產事故發生的因果鏈，杜絕人為、環境、基礎設備等各方面煤礦生產安全隱患。而信息平臺的主要功能在于利用云計算技術以及各軟硬程序，驅動風險監督與預警控制閉環管理，做到對生產過程中任意細小因素的安全信息化監督控制管理。

2 生產風險閉環管理控制系統的設計

2.1 風險隱患識別 煤礦生產過程中具有諸多的危險因素，并且不同危險源存在分布廣、影響因素多、隱蔽性強、影響程度大、管理效果差、實時變化性強等特征。由此可知，煤礦生產是一個相對復雜的系統工程，對其安全生產風險隱患的精準性識別涉及眾多學科，因此本文基于采礦學、數學、云計算技術等眾多學科對系統進行設計，期望能夠全面地識別出煤礦安全生產過程中的風險隱患，本次研究所設計的風險隱患識別流程模型可見圖2。

圖2 風險隱患識別流程模型

2.2 煤礦井下風險隱患評價指標體系 煤礦安全生產風險隱患評價指標體系主要包含指向風險隱患的單一評價以及直銷風險隱患相互制約的區域性評價。其主要研究與設計內容包含煤礦風險隱患的分級體系、風險隱患評價指標體系、相互制約的定量化問題以及風險隱患指標體系數據庫的建設，其流程模型如圖3 所示。

圖3 風險隱患評價流程模型

2.2.1 評價指標分級 時至今日，我國對煤礦風險隱患危險源的識別、監控與預警決策支持分級體系還未構建起相對統一、完善的標準。基于此本次研究主要參考國家自然災害救助應急響應等級指標，依托于某一煤礦開工至今的生產安全事故數據統計以及應急預案資料、風險隱患，預警需求等，將煤礦安全生產風險隱患，危險源中相對重要的火災隱患、水隱患、甲烷隱患、頂板建設與使用隱患作為本次研究的重點研究對象，并構建其相應的指標體系數據庫，整理后如表1 所示。

表1 評價指標體系表

2.2.2 評價指標結構 煤礦生產過程中的風險隱患具備隨機性與復雜性的特征，由此便要求煤礦風險隱患危險源評價指標的選擇與確認具備全面性、針對性、適應性特征。同時針對評價指標因素的選擇也要秉持適度原則，過多容易導致評價系統結構過于繁雜，不僅提升了評價難度，同時也會降低評價結果的精準性；過低則會導致評價工作過于簡單，容易引發以偏概全的問題，無法體現系統的客觀性與全面性。煤炭生產過程中的風險隱患幾乎涵蓋了煤炭生產作業的每一環節，具體如表2 所示。

表2 煤炭生產過程中的風險隱患

2.3 煤礦井下風險隱患監測與預警體系

想要全面杜絕煤礦生產過程中的風險隱患，構建高質量的風險隱患預警機制，還需要基于空間分析模型以及與之相應的方法措施，對煤礦安全生產風險閉環管理控制系統進行適當優化。現階段依托與云計算技術的風險隱患識別、預警預報機制主要具備三種類型的模型，具體為單體評價預警模型、區域評價預警模型以及聯合性評價預警模型。

本次研究結合上述三種評價預警模型的優缺點，依托于云計算技術針對某煤礦生產作業的閉環控制管理系統銜接了“單體+區域”的聯合性評價預警模型，具體模型流程設計可見圖4。

圖4 基于云計算技術的“單體+區域”聯合性評價預警流程模型

2.4 應急處理閉環管理控制系統構建

2.4.1 應急處理閉環管理控制模型

應急處理閉環管理系統的構建關鍵在于管理模式的優化與改革，本次研究基于工作流程的完善，落實了各部門、各環節實時作業數據的共享與傳輸機制，依托于云計算技術的安全生產風險隱患閉環管理流程模型如圖5 所示。閉環系統的設計與應用，能夠將煤礦生產過程中瑣碎的作業信息規整化、數字化處理，有助于提升工作效率、避免不必要的重復性工作、優化煤礦生產日常監督與管理，最終促進自動化辦公。

圖5 安全生產風險隱患閉環管理流程模型

2.4.2 應急處理業務管理模型 應急處理業務管理模型更傾向于銜接管理層與作業層的雙向數據傳輸通道。在具體的應用過程中，其既可以向上傳輸各類型（文字、圖片、視頻、BIM 三維模型等）的煤礦基層生產數據、生產報表、風險隱患數據資料等數據信息，同時也能夠幫助煤礦生產管理層對各類型文件、制度標準、應急處置措施、生產決策等的向下傳遞。

3 應用案例

針對某地煤礦工程作業面煤自燃危險性高的問題，結合實際情況綜合分析了作業面采空區漏風源、地層結構、煤礦自燃氣體涌出、滲水漏水等問題，明確了該作業面采空區煤自燃高溫隱患的分布氛圍以及發展趨勢。基于此，依托于云計算技術制定了風險隱患的應急管理與長效治理措施。具體是綜合了均壓噴漿施工用以減少漏風、滲水漏水、煤礦自燃氣體涌出問題；優化采空區加固支護等措施針對風險隱患達成應急管理控制效果。

4 結論

該管理系統構建了相對完整的風險隱患數據庫，方便相關人員在有需要的情況下隨時調取和儲存風險隱患數據信息，并且憑借對相關信息的統計分析與整理，對未來作業階段中可能存在的風險隱患進行精準預測與告警。