雙陽煤礦采煤作業規程編制與管理系統研究

李 偉，劉化廣

（黑龍江科技大學礦業工程學院，黑龍江 哈爾濱 150022）

0 引言

煤炭是我國主要的化石能源[1-3]。采煤工作面作業規程是組織采區生產的重要依據，也是提高采煤工作面管理效率的有效工具[4]，工作面采煤作業規程的質量高低直接影響著煤礦企業的經濟效益，是指導煤礦生產的重要文件[5]。通常，每個煤礦都會自行制定具有統一格式的采煤作業規程[6]，規程應當填寫工作面開采設計數據，既是為了適應具體礦井的工程情況，也是為了統一審批，提高備案和管理的效率。然而，采煤工作面作業規程經常需要根據采區的生產接替任務分配情況，以及采煤裝備的變化進行修正，即使擁有了統一的格式標準，技術人員也經常被修正采煤作業規程困擾。技術人員不僅需要協調、繪制、計算各部門的數據，還需要在修正后聯系各部門負責人和分管領導審批采煤作業規程，既充當編制人，又充當聯絡員，工作任務繁重。

為了提高采煤工作面作業規程編制的效率，從20 世紀90 年代起，就有技術人員和專家學者依據礦區采煤作業規程內容和格式嘗試編寫程序，提高采煤作業規程的編制效率，如原徐州礦務局與三尖煤礦合作開發了高檔普采工作面作業規程編制系統[7]；賈蓓等[8]利用Turbo C 等編程語言處理表格、圖形等對象；王向前[9]基于J2EE 平臺開發了作業規程編制和管理系統，實現了采煤作業規程編制與管理；馮秀杰等[10]以html 技術和Auto CAD 軟件開發了處理作業規程文字和圖形對象的程序；郭玲玲[11]基于PowerBuilder9.0 開發工具實現了采煤作業規程中安全技術措施的編制與審閱。然而，大多數采煤作業規程編制和管理系統或是基于本地計算機離線處理，或是處理采煤作業規程中的一部分內容，個別能實現互聯網在線處理的系統，也隨著編程技術和開發環境的更新而落伍，在互聯網日益發達的今天難有發展空間。為完成信息化建設，使得采煤作業規程編制與管理系統符合煤礦智能化體系的標準[12]，提高采煤作業規程管理效率，對接煤礦信息智能綜合管控平臺，雙陽煤礦亟需基于互聯網技術實現礦區采煤工作面作業規程的自動編制、審閱、修改、發布和學習等功能。因此，基于Django3[13]、Vue3[14]和Elementplus[15]等開發框架和編程工具搭建了雙陽煤礦采煤作業規程編制與管理系統。

1 系統內容

通過分析雙陽煤礦現行采煤作業規程和其他煤礦采煤作業規程可知，采煤作業規程的內容一般較為固定，通常涉及采煤工作面概況、采煤工藝、頂板控制、生產活動、勞動組織和安全技術措施等部分，如果在編制采煤作業規程的前期收集相應的數據，便可通過計算機技術、網絡技術、云存儲技術和辦公自動化技術實現采煤作業規程的快速編制和管理。基于上述技術，開發了雙陽煤礦采煤作業規程編制與管理系統，系統內容主要分為三部分：第一，確定采煤作業規程編寫的基本內容，基于雙陽煤礦采煤作業規程的格式設計采煤作業規程模板；第二，根據雙陽煤礦實際情況分析采煤作業規程編制、審閱、修正、學習等功能的具體需求，設計系統功能框架和業務流程；第三，基于設計的采煤作業規程模板和系統功能需求確定采煤作業規程的數據存儲介質和存儲方法。

1.1 采煤作業規程模板

雙陽煤礦采煤作業規程模板依據雙陽煤礦現行作業規程標準制作，包括工作面概況、采煤方法、頂板控制、生產系統、勞動組織和主要經濟指標、煤質管理、安全技術措施、災害應急措施及避災路線、職業病防治措施和附錄，共10 個章節，各章節又分為若干個小節，具體組織架構見表1。

表1 雙陽煤礦采煤作業規程模板架構Table 1 Structure of coal mining operation regulations template of Shuangyang Coal Mine

根據雙陽煤礦現場實際情況和企業現行要求，雙陽煤礦采煤作業規程模板共設計包括工作面名稱、走向長度等參數在內的數據變量242 項，其中，圖片數據自動存儲在附錄一章中，包括最大控頂距圖和最小控頂距圖、皮帶道剖面圖、下料道剖面圖、皮帶道隔爆斷面圖、下料道隔爆斷面圖、保險門子示意圖、絞車壓柱示意圖、工作面平面布置示意圖、尾壁龕炮眼布置圖、采煤機進刀方式圖、供電系統圖、監測斷電系統圖、勞動組織圖、循環作業圖、炮眼布置圖和過斷層示意圖，共16 項附錄圖。

1.2 系統功能需求

依據實際需求，雙陽煤礦采煤作業規程編制與管理系統將功能區劃分為4 個模塊：采煤作業規程編制、采煤作業規程會審、采煤作業規程學習和個人中心，如圖1 所示。每個模塊負責若干項業務功能需求，規程編制模塊由規程編制和規程修改兩部分組成，負責數據上傳、規程自動生成、規程在線預覽、規程下載、規程查詢和規程審閱意見查詢；規程會審模塊負責規程查詢、規程在線預覽、規程下載以及提交審閱意見；規程學習模塊負責規程查詢、規程在線預覽、規程下載和制作規程學習筆記；個人中心模塊負責修改密碼、注銷用戶和變更身份。

圖1 系統功能需求Fig.1 Requirements of system functions

1.3 系統存儲介質

礦區數據保密要求高，各部門之間數據獨立性強。傳統采煤作業規程需要綜合摸底掘進部門、采煤部門、機電部門和通風部門等多部門數據聯合編制，耗時費力，而雙陽煤礦采煤作業規程編制與管理系統的目的是聯合各部門相關數據，自動生成采煤作業規程并對其進行高效管理，因此需要一個既能快速存儲采煤作業規程編制所需數據，又能保證數據保密性的數據庫。鑒于“騰訊云”搭建數據庫方便快捷、數據兼容性強、數據云端存儲和網絡防御能力強等優點，系統通過Django3 的Model 組件和“微信云托管”平臺建立了系統云端數據庫，見表2。

表2 系統數據匯總Table 2 Summary of system data

其中，數據表1 至數據表7 由Django3 自動生成，主要用于用戶管理、數據遷移和會話管理等服務；數據表8 至數據表10 是依據雙陽煤礦需求對Django3自動生成的用戶管理組件的重構表；數據表11 至數據表19 主要負責采煤作業規程編制和進度查詢；數據表20 主要負責采煤作業規程修改；數據表21 主要負責采煤作業規程會審；數據表22 主要負責采煤作業規程學習。

2 系統實現與應用

雙陽煤礦采煤作業規程編制與管理系統是一個集計算機編程技術、網絡技術、云存儲技術為一體的，包含采煤作業規程編制、規程審閱、規程修改、規程發布、規程學習和用戶管理于一體的信息系統，其物理結構如圖2 所示，系統的重點業務需求為采煤作業規程編制（修改）、規程審閱和規程學習。

圖2 系統物理結構Fig.2 Physical structure of the system

2.1 采煤作業規程編制

采煤作業規程編制時需在線填寫空白表單，表單內容依據設計的雙陽煤礦采煤作業規程的模板內容進行開發，其中，職業病防治措施和煤質管理內容較為固定，無需填寫職業病防治措施表單和煤質管理表單。因此，采煤作業規程的編制表單實際上共分為9 個部分：封面制作、概況、采煤方法、頂板控制、生產系統、勞動組織、安全技術措施、應急避災路線和附錄，如圖3 所示。

圖3 采煤作業規程編制Fig.3 Preparation of coal mining operation procedures

值得注意的是，采煤作業規程模板所需數據復雜多樣，包含文字、數字、符號和圖片，任何一個參數的失誤都將無法自動生成采煤作業規程。為了保證采煤作業規程順利自動生成，用戶需按照系統設定的采煤作業規程編制步驟輸入數據，見表3。

表3 采煤作業規程編制步驟Table 3 Steps for preparation of coal mining operation procedures

步驟2 中，工作面名稱、工作面采高之類的簡單參數可直接填寫，地質斷層數量因其不確定性需要依據實際情況增加或減少表單。此外，為快速填寫工作面裝備，提高編制效率，瀏覽器會自動從云端數據庫獲取雙陽煤礦現有工作面主要裝備型號，并經過前端渲染形成列表供用戶選擇（端頭支架除外），如圖4（a）所示。用戶選擇裝備后，無需填寫該裝備任何其他參數，系統可在云端數據庫中直接獲取。同時，考慮到企業可能引進云端數據庫中不存在的裝備情況，系統允許用戶手動添加新裝備。新裝備首次應用于編制作業規程時，需要填寫該裝備表單中的所有參數，系統后端程序會將其參數信息更新至云端數據庫，并在下次編制作業規程時由瀏覽器自動獲取并渲染成圖4（a）中的列表供用戶選取，采煤機部分參數手動添加如圖4（b）所示。

圖4 采煤設備配置Fig.4 Configuration of coal mining equipment

步驟4 中，系統服務器會將采煤作業規程的工作面名稱、編制人信息以電子郵件的形式發送給所有規程審閱人員，通知審閱人員登錄系統審閱該作業規程，如圖5 所示。無需采煤作業規程編制人員聯絡組織會審，各負責人和分管領導可登錄系統查看采煤作業規程，并給出各自的審閱意見，提高了采煤作業規程的會審效率。

圖5 通知審閱郵件Fig.5 E-mail notification for review

2.2 采煤作業規程審閱

采煤作業規程審閱分為4 個模塊：規程查詢、規程在線預覽、規程下載和提交審閱意見。審閱人員收到通知郵件后，首先進入采煤作業規程查詢界面，瀏覽器自動查詢后臺數據，獲取并展示已有采煤作業規程列表和編制人員名單，如圖6（a）所示。然后，審閱人員根據圖5 郵件中待審采煤作業規程的信息查詢需審閱的采煤作業規程，選擇在線預覽審閱或下載后審閱，并填寫審閱意見表單，提交審閱意見，如圖6（b）所示。系統后端服務器接收到審閱意見后將其更新至云端數據庫，并向該采煤作業規程編制人發送電子郵件，告知審閱人信息和審閱人對該采煤作業規程的審閱意見，通知編制人修改該采煤作業規程，如圖7 所示。

圖6 采煤作業規程審閱Fig.6 Review of coal mining operation procedures

圖7 審閱意見通知郵件Fig.7 Notification email for review comments

2.3 采煤作業規程修改

采煤作業規程修改分為4 個步驟：規程查詢、規程在線預覽、查看審閱意見和規程修改。規程編制人員接收審閱意見通知郵件后，登錄到系統規程編制頁面。在規程編制封面表單中的“作業地點”和“編制人”分別輸入審閱意見通知郵件中的采煤作業規程名稱和編制人名稱，即可在作業規程修訂模塊中一邊在線預覽采煤作業規程，一邊查看所有已提交的審閱意見，兩者相互對比，減少不必要的時間花費，提高編制人的修改效率，如圖8 所示。用戶對照審閱意見對采煤作業規程修改，單擊修改按鈕后，除附錄圖片和地質斷層信息外，系統自動從云端數據庫獲取該采煤作業規程編制時的所有表單數據。用戶可在網頁上直接修改相關參數，但工作面名稱和編制人不可修改，如圖8（c）所示。重新填入該工作面的斷層信息，重新上傳附錄中關于該工作面的所有圖片，提交后將再次生成采煤作業規程，并更新云端數據庫中原有采煤作業規程。系統后端服務器仍以電子郵件的形式通知所有采煤作業規程審閱人員重新對該作業規程進行二次審閱，如圖8（d）所示。

圖8 采煤作業規程修訂Fig.8 Revision of coal mining operation procedures

2.4 采煤作業規程學習

采煤作業規程經審閱人員會審認定其符合企業要求后，由礦長向煤礦所有工人發布學習任務，如圖9（a）所示。系統后端服務器將該采煤作業規程的工作面名稱、規程編制人等信息以電子郵件形式告知所有工人，如圖9（b）所示。

圖9 采煤作業規程發布與通知Fig.9 Publication and notification of coal mining operation procedures

采煤作業規程學習分為4 個模塊：規程查詢、規程在線預覽、規程下載和學習筆記制作。普通工人收到郵件后，根據郵件中提供的工作面名稱和規程編制人名稱進入規程查詢模塊，選擇對應采煤作業規程進行學習，如圖10（a）所示。系統有兩種學習模式供用戶選擇：在線學習或將作業規程下載后學習，并提供在線記錄學習筆記服務，如圖10（b）所示。

圖10 采煤作業規程學習Fig.10 Learning of coal mining operation procedures

3 結論

1）基于雙陽煤礦提高采煤作業規程編制和管理效率的需求，依據雙陽煤礦采煤作業規程的要求、雙陽煤礦已有薄煤層工作面主要裝備和《煤礦安全規程》，設計了雙陽煤礦采煤作業規程模板，將其分為工作面概況、采煤方法、頂板控制、生產系統等10個章節，34 個小節。

2）基于“騰訊云”、Django3、Vue3 和Elementplus 技術開發了雙陽煤礦采煤作業規程編制與管理系統，包含采煤作業規程編制、規程審閱、規程學習和個人中心4 個模塊，形成完整的“編制、審閱、修改、再審閱、終學習”流程。

3）作為煤礦信息化建設的一次探索，該系統有助于提高雙陽煤礦采煤作業規程編制和管理效率，基本滿足現階段雙陽煤礦對采煤作業規程的信息化要求，為其他煤礦企業提供了快速編制采煤作業規程，提高管理效率的新工具。