煤礦智能爆破管控系統設計與分析

摘要：煤礦井下爆破作業中，爆破管理技術滯后，導致國家關于爆破管理的規程和制度難以得到有效執行。管理上存在不夠嚴謹、缺乏有效管理技術等問題，相關規定未得到嚴格遵守。然而，隨著移動終端設備及移動通信技術的快速發展，煤礦井下已經大量配備智能移動終端設備，煤礦開采正向智能化方向邁進。針對以上問題，文章圍繞爆破任務展開研究，明確區分爆破作業人員身份信息和權限，實現了基于Android的煤礦智能爆破管控系統。該系統使爆破任務規范化、流程化，提高了爆破效率，極大地減少了因不規范操作造成事故發生的可能性。

關鍵詞：Android；爆破管控；軟件工程；ArcGIS；HTTP

中圖分類號：TD235 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）17-0110-04 開放科學（資源服務）標識碼（OSID） ：

0 引言

近年來，盡管我國煤礦采掘機械化程度有所提升，但炮采炮掘仍然是被廣泛采用的方法。井下爆破作為采掘工作中的關鍵工藝，其工序復雜，涉及多個環節和眾多人員，因此存在諸多不安全因素[1]。據統計，每年因爆破引發的礦山事故導致的死亡人數占煤礦事故總死亡人數的約30%，其中重特大事故占比高達60%至80%以上。這主要是由技術水平的落后、管理不力和標準缺失所導致的[2]。然而，爆破作為煤礦傳統作業中最危險的一部分，其風險性不容忽視。人為因素是導致爆破事故的主要原因，特別是爆破作業人員素質低下、安全意識薄弱以及違規操作[3]。因此，如何加強爆破管理，采取切實有效的預防措施，避免爆破事故的發生，是煤礦企業管理層關注的重點。煤礦安全生產不僅關乎煤礦的生存與發展，更直接關系到員工的生命安全。因此，采用先進的管理手段，保證煤礦安全爆破是十分必要的[4]。其中，煤礦井下爆破的安全工作是煤礦安全生產的重點，它需要爆破工、瓦安員、班組長等各方人員的緊密配合與協作。為了從根本上保障爆破安全，必須采用新的技術規范來指導爆破操作，并嚴格落實爆破責任制。通過不斷提升爆破管理水平，確保煤礦生產的安全與穩定，為煤礦的可持續發展奠定堅實基礎[5]。

同時，隨著移動互聯網的發展，當前以Android手機為代表的移動終端設備已經廣泛普及[6]，為煤礦智能爆破管控系統提供了設備支撐；5G通信技術等通信技術的迅猛發展，移動網絡的傳輸速度和效率以及網絡覆蓋率也大大提高，滿足井下工作人員對于通信的需求。

雖然爆破設計以及管控系統的研究成果較多，但很少有將Android移動終端與爆破管控系統結合起來的成熟研究成果。因此，針對以上問題，本文使用Java 語言開發，利用XUI開源框架，同時借助ArcGIS開發工具構建井下地圖，根據軟件工程原理，實現煤礦智能爆破管控系統。其中對于爆破任務的數據顯示，能夠直觀顯示當前的爆破任務和歷史爆破任務，并對爆破任務進行反饋，方便礦區進行管理。煤礦智能爆破管控系統精準把控爆破的各個環節，明確管理責任，從而規范爆破作業行為，有效避免違規操作，預防事故的發生，確保煤礦的安全生產。相較于傳統的管理模式，該系統的引入使得井下爆破作業人員能夠嚴格按照爆破安全規范執行作業，約束參與人員的行為，減少因人為因素導致的爆破事故，為煤礦的安全生產提供保障。

1 系統設計與分析

1.1 權限分析

爆破作業是一個高風險的特殊作業，涉及炸藥、雷管和其他爆破設備。如果爆破方案設計不當或爆破流程不規范，極易引發爆炸事故[7]。爆破安全作業在煤礦生產中十分重要。一旦安全作業出現疏忽，輕微的失誤也可能導致爆破施工難以開展；而嚴重的違規操作則可能引發煤礦財產損失，甚至導致井下工作人員傷亡。因此必須高度重視爆破安全作業，確保每一個環節都嚴格遵循安全規范，以保障煤礦安全生產和員工的生命安全。為了提高爆破作業流程的規范性，在系統設計中引入了角色的概念。系統主要包含以下角色和權限：安全員、部長擁有全部權限，可以訪問所有的頁面；爆破員、背藥員、瓦安員、班長、書記只能看到自己所在部門的爆破任務；區長、副區長可以看到自己所在部門的爆破任務以及文件資料；技術員、技術主管只有查看文件資料頁面的權限。以上所有角色都具備查看主頁和地圖頁面的權限。

1.2 功能需求分析

煤礦智能爆破管控系統的使用者為煤礦的作業人員。首先，用戶根據自身的身份來獲取不同的權限。當用戶登錄成功后，進入主頁，可以顯示當日爆破任務、任務統計、庫存信息和爆破圖表；可以查看消息通知、庫存信息、文件資料、傳感器頁面；可以查看井下地圖信息以及井下的當前工作人員位置和信息；不同角色可以查看自己權限內的爆破任務，權限范圍內的角色可以進行爆破任務反饋。用例圖如圖1所示。

1.3 系統功能設計和實現

煤礦智能爆破管控系統采用客戶端/服務器（Cli?ent/Server） 架構。客戶端為Android應用程序，主要實現登錄、主頁、地圖、消息通知、庫存管理、爆破任務、文件資料、傳感器頁面、退出登錄等功能，運行于礦用隔爆終端設備上。客戶端通過訪問服務器端的API 獲取所需數據，并對數據庫進行增刪改操作。該架構保證了數據的安全性，防止出現數據污染。系統架構如圖2所示。

根據以上系統需求分析，系統主要分為登錄、主頁、地圖、消息通知、庫存管理、爆破任務、文件資料、傳感器頁面和退出登錄等模塊。

煤礦井下智能爆破管控系統提供登錄和退出登錄的服務。在打開頁面時，需要進行登錄，輸入賬號和密碼后，系統將驗證賬號密碼的正確性，如果錯誤則提示登錄失敗。用戶可以勾選記住密碼選項，這樣當退出系統后，下次登錄時輸入框將自動填寫賬號和密碼，無須用戶手動輸入。

主頁顯示用戶所需的數據和功能菜單。用戶可以在主頁查看今日任務列表、今日任務統計、倉庫統計和消耗圖表。今日任務顯示當日任務的列表；今日任務統計包括今日任務數量、作業人數、待審核消息數和完成任務數；倉庫統計顯示當前倉庫中雷炸藥、雷管和導爆索的數量；消耗圖表顯示今日不同單位消耗的炸藥和雷管圖表。

地圖頁面可以查看礦井的地圖信息以及當前正在執行任務的員工和任務信息。

在消息通知頁面，用戶可以查看系統發出的消息通知，點擊某一個消息通知可以查看其詳細信息。

庫存管理頁面允許用戶查看當前的庫存信息，點擊每個列表項可以查看庫存的品名、單位和庫存數量，同時可以進行出入庫操作。用戶需要輸入品名、數量、單位、操作類型和備注信息進行出入庫操作。

在爆破任務頁面，用戶可以查看爆破任務列表，并可以按單位、夜早中班、任務狀態和審批狀態進行篩選。點擊某個爆破任務的列表項，可以進入詳細頁面查看爆破任務的詳細信息。在詳細頁面，對于未反饋的爆破任務，用戶可以進行反饋，需要輸入實用雷管、實用炸藥和實用導爆索數量，系統將自動計算出需要清退的雷管、炸藥和導爆索數量，同時要求用戶輸入清退原因。在任務反饋頁面，用戶可以上傳爆破任務進行前和結束后的圖片和視頻。具有相應權限的用戶可以對爆破任務進行審批，需要輸入上期存結雷管、炸藥和導爆索數量，以及審批雷管、炸藥和導爆索數量，并給出審批決定，點擊確認按鈕完成審批。

在文件資料頁面，用戶可以查看資質證書、規程文件、待審批文件、措施文件和作業文件等不同類型的文件，點擊不同的頁面可以查看相應的文件。

傳感器頁面顯示當前的風速、溫度和濕度信息。

用戶可以打開設置頁面，點擊退出登錄按鈕，確認后退出登錄，返回登錄頁面。

系統結構圖如圖3所示。

1.3.1 登錄與注冊

登錄頁面包含兩個EditText控件用于輸入賬號和密碼，一個Button控件用于登錄，以及一個CheckBox 控件用于確認是否保存密碼。從SharedPreference中獲取數據，判斷之前的登錄過程中是否保存了賬號和密碼，如果有則將其顯示在文本框中。點擊登錄按鈕后，如果勾選了保存密碼，則將賬號和密碼保存到SharedPreference中，否則只保存賬號。然后構造一個JSON對象，包含用戶的賬號、密碼、tenantId、是否記住密碼、授權類型、uuid、code和clientId，通過Okhttp訪問登錄接口。獲取返回數據后，判斷返回的code是否為200，如果是則表示登錄成功，獲取并保存token，然后通過用戶信息接口獲取角色身份，登錄成功后跳轉到主頁；如果返回不是200，則提示用戶登錄失敗。在退出登錄頁面，包含一個按鈕，當用戶點擊按鈕后，系統會提示用戶是否退出登錄，用戶確認后系統退出登錄，返回到登錄頁面，并清除token。

1.3.2 主頁

主頁包含4個部分：今日任務、今日任務統計、倉庫統計和消耗圖表。

在今日任務頁面，首先需要獲取任務列表，并篩選出當日的任務，在控件中展示。創建一個監聽方法，點擊某個任務列表項，即可查看任務的詳細信息。

今日任務統計主要統計今日任務數量、作業人數、待審核消息數和完成任務數。需要從后端獲取任務信息和消息信息，并統計相關數量，將其顯示在控件中。

倉庫統計需要從后端獲取倉庫庫存信息，然后提取炸藥數、雷管數和導爆索數，并在控件中顯示。

消耗圖表包含兩個PieChart控件，需要引入第三方庫。在代碼部分對PieChart進行初始化，獲取爆破任務列表中的數據，并對數據進行處理，將數據寫入到PieChart中。圖表默認顯示不同工區的炸藥和雷管消耗情況。當點擊對應的圖表項，例如點擊炸藥圖表里的掘進一區，會打開一個對話框，顯示掘進一區的夜班、早班和中班的炸藥消耗情況。

以上4種頁面都在主頁中，所有的控件都在一個頁面。為了實現切換效果，放置一個按鈕組，當點擊某個按鈕后，顯示相關的控件并隱藏其他控件，從而實現切換效果。

除此之外，主頁還包含一個懸浮菜單按鈕，點擊此按鈕后顯示其他菜單，包括庫存信息、爆破任務、文件資料和傳感器，節省了屏幕空間，其效果如圖4 所示。

1.3.3 地圖

地圖頁面主要包含一個自定義的ArcGIS地圖。首先在地圖控件上初始化自定義地圖并顯示。然后從后端接口獲取用戶定位數據，請求定位數據成功后對定位數據進行解析，獲取實際的坐標點，將點位以圓點的形式顯示在地圖上。同時獲取任務信息，將正在執行的任務顯示在地圖上。這些點位信息保存在列表中。當用戶點擊某個點位時，將屏幕坐標轉化為地圖坐標，然后與點位信息進行比對，選擇最近的點位，并使用Toast顯示位于該點位的工作人員及其爆破任務。

1.3.4 消息通知

消息通知頁面集中展示用戶接收到的各類通知信息。在這個頁面上，用戶可以方便地查看和管理自己的通知，確保不會錯過任何重要信息。消息通知頁面包含一個列表，列表中包含消息的標題。當進入消息通知頁面，系統會訪問后端API 獲取消息通知信息，將其加載到列表中。當點擊某個列表項時，會彈出一個Dialog用于顯示消息的詳細信息，包括標題、內容和時間。

1.3.5 庫存管理

進入庫存管理頁面后，列表顯示當前庫存信息，包括名稱、單位和數量。同時還有一個懸浮按鈕，點擊后彈出出入庫對話框，可以選擇出入庫品名、數量、單位、操作類型（出庫或入庫）和備注。輸入以上內容后點擊確認按鈕，系統訪問后端庫存操作接口，當返回碼為200時，說明操作成功，出入庫操作完成。

1.3.6 爆破任務

在爆破任務頁面，系統訪問后端接口獲取爆破任務信息列表，將其顯示在列表控件中。同時屏幕上方具有篩選多選框組，可以提取爆破任務的爆破單位、爆破時間、任務狀態和審批狀態進行篩選。當任務還未審批時，有權限的用戶可以點擊審批按鈕，此時系統訪問后端接口，對任務狀態進行修改，審批狀態為已審批，任務狀態為進行中。當任務處于已審批且已完成狀態時，用戶可以進入爆破任務反饋頁面。在反饋頁面，用戶需要輸入實際使用的雷管、炸藥和導爆索數量，系統自動計算出剩余數量。點擊確認后，系統訪問后端接口，修改爆破任務信息。同時可以點擊上傳爆破前后照片視頻按鈕，打開Android自帶的文件選擇頁面，選擇已有的照片或拍攝照片和視頻，選擇后點擊提交按鈕進行上傳，系統訪問接口進行上傳。

1.3.7 文件資料

在文件資料頁面，首先進入文件類型列表，包括資質證書、待審批文件、規程文件、措施文件和作業文件。點擊某個列表項進入文件列表，可以查看文件信息。待審批文件只有擁有權限的角色可以進入，并可以對文件進行審批。點擊審批按鈕后，系統訪問后端接口修改文件狀態，返回狀態碼200后完成文件審批。

1.3.8 傳感器

傳感器頁面包含3個儀表盤圖像，用于顯示傳感器的實時數據。系統會定期從后端接口獲取傳感器的數值，并對數據進行初始化使其變為可用的數據格式，然后將其顯示在圖像中。與其他控件不同的是，儀表盤圖像為自定義的控件，需要在儀表盤類里進行繪制，并保留數據接口。由于頁面需要定時器，所以要在onStop（）方法里添加代碼，使定時器在退出頁面時停止，防止出現系統錯誤。

2 實際應用效果

系統運行環境為Android6.0及以上的礦用隔爆終端設備上，該系統目前已在實際生產環境中使用，取得良好的應用效果。系統完整規劃了爆破各個環節的詳細內容，根據不同角色分配不同權限賬戶，各個角色在爆破任務中任務分配明確，爆破任務執行效率提高，減少爆破工作人員不合規操作。如圖5所示，最上面的下拉框可用于對爆破任務列表進行篩選，可以選擇任務單位、夜早中班、任務狀態（未進行、進行中、已完成）、審批狀態（未審批、通過、駁回）進行篩選，點擊篩選按鈕后即可篩選。

3 結論

煤礦智能爆破KjlHS/PthEEOQTCb8yT9MPzJ+TRIjLfCxR51mMWNhBQ=管控系統采用C/S架構，通過服務器存儲數據，并通過訪問后端API 來獲取和修改數據。通過對系統的設計與分析，明確了系統開發和運行環境，以及用戶的權限和系統的功能需求。然后對系統進行實現，完成對登錄注銷、主頁、地圖、消息通知、庫存管理、爆破任務、文件資料、傳感器等模塊的開發，實現其系統功能。

借助XUI前端框架，方便調取各個控件以實現系統功能，使得數據的直觀可視化。該框架為爆破物品及爆破任務的管理提供了強大的支持，顯著提升了生產效率。同時，通過明確爆破任務流程的責任劃分，確保每項任務都能夠得到有效執行，降低了人為操作風險。

這一系統的可用性已經得到了充分驗證，避免了爆破違規現象的發生，減少了潛在的安全事故，保證了煤礦的安全生產。

參考文獻：

[1] 孫繼平，余星辰.基于聲音識別的煤礦重特大事故報警方法研究[J].工礦自動化，2021，47（2）：1-5，44.

[2] 高敏峰，秦立倫.智能聯鎖放炮監控網絡化技術研究與應用[C]// 第23屆全國煤礦自動化與信息化學術會議暨第5屆中國煤礦信息化與自動化高層論壇論文集，2013：59-63.

[3] 楊傳坤.基于Android的巷道爆破輔助系統設計與實現[D].北京：中國地質大學（北京），2017.

[4] 鄭祥，邱浩揚，王德明，等.水電站邊坡智能爆破設計與管控系統研究[J/OL].爆破. [2024-01-06].https：//kns.cnki.net/kcms2/article/abstract？v=3YV__sPfuhPGr7RIgHAaRV8w689zWs2jWF4lhXAMa9jqLPzAkhk6cP_38fxtpVi_sSHolrGe6W8ZbazwQIn ?enpYApu3swkQqF22GW6TlVgw4JdkImatFBA== &uniplatform=NZKPT.

[5] 耿偉衛.隧道鉆爆開挖爆破方案智能設計方法與系統研究[D].濟南：山東大學，2021.

[6] 黃慧，李荊軒.車載CAN通信Android應用的設計模式研究與應用[J].汽車文摘，2024（1）：1-7.

[7] 李澤華，李順波，楊軍，等.露天爆破智能設計系統開發及應用[J].現代礦業，2020，36（11）：179-181，194.

【通聯編輯：謝媛媛】