高曉旭聶 堯董丁穩(wěn)丁自偉

（1.西安科技大學(xué)能源學(xué)院，陜西省西安市，710054；2.西部礦井開采及災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西省西安市，710054）

★ 煤炭科技·機(jī)電與信息化★

基于三類危險源理論的煤礦危險源辨識信息管理與評價系統(tǒng)研究*

高曉旭1，2聶 堯1董丁穩(wěn)1，2丁自偉1，2

（1.西安科技大學(xué)能源學(xué)院，陜西省西安市，710054；2.西部礦井開采及災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西省西安市，710054）

針對陜西南梁礦業(yè)有限公司危險源數(shù)據(jù)龐雜以及管理困難等問題，在三類危險源理論的基礎(chǔ)上，研究設(shè)計了基于B/S結(jié)構(gòu)模式的煤礦危險源辨識信息管理與評價系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)功能設(shè)計和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，在Matlab強(qiáng)大的數(shù)學(xué)計算功能基礎(chǔ)上，采用C#與Matlab混合編程實(shí)現(xiàn)了基于熵權(quán)-灰色關(guān)聯(lián)分析模型的安全評價模塊。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)能有效提高企業(yè)安全風(fēng)險管理水平，促進(jìn)礦井現(xiàn)代化管理進(jìn)程，為管理者提供科學(xué)的決策支持。

危險源辨識 三類危險源理論 信息管理系統(tǒng) 安全評價模型

風(fēng)險管理是實(shí)現(xiàn)煤礦本質(zhì)安全化的重要組成部分，而危險源辨識又是風(fēng)險管理過程最基本的步驟之一，因此做好危險源辨識研究尤為關(guān)鍵。當(dāng)前煤礦以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的各類信息管理系統(tǒng)發(fā)展迅猛，但多數(shù)開發(fā)的煤礦相關(guān)信息管理系統(tǒng)在風(fēng)險等級等評價模塊有缺失或者運(yùn)算速度慢等缺陷。基于此，采用B/S結(jié)構(gòu)模式、主流的ASP.NET開發(fā)技術(shù)以及SQL Server作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，在C#有較好界面及調(diào)用功能的基礎(chǔ)上，結(jié)合Matlab強(qiáng)大的數(shù)值計算功能，將熵權(quán)—灰色關(guān)聯(lián)分析模型調(diào)用到危險源風(fēng)險等級評價模塊，研究開發(fā)了一種具有友好交互界面的數(shù)值計算與Internet相結(jié)合的煤礦危險源辨識與評價系統(tǒng)。

1　基于三類危險源理論的危險源辨識

1.1三類危險源理論

陳寶智教授在20世紀(jì)90年代提出了兩類危險源，第一類危險源是指整個系統(tǒng)中存在、有可能發(fā)生突然釋放的物質(zhì)或能量，實(shí)際作業(yè)中經(jīng)常把這些能量源或擁有能量的載體作為第一類危險源來處理；第二類危險源是指導(dǎo)致約束、限制能量措施失效或破壞的多種不安全因素。田水承教授于2001年提出了第三類危險源的具體概念，認(rèn)為在煤礦事故中，幾乎所有傷亡事故都與人或組織的不安全行為存在關(guān)聯(lián)。因此就此提出第三類危險源為組織因素，即包括組織的程序、文化、制度、規(guī)則和作業(yè)的失誤以及人的不安全行為等。事故發(fā)生機(jī)理如圖1所示。

圖1　事故發(fā)生機(jī)理

1.2危險源辨識

陜西南梁礦業(yè)有限公司危險源數(shù)據(jù)龐雜且管理較難。為了有效預(yù)控事故的發(fā)生，在基于上述三類危險源理論的基礎(chǔ)上，通過對企業(yè)的生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)活動中存在及潛在的風(fēng)險進(jìn)行評估，將系統(tǒng)分為井上與井下兩個單元，依據(jù)崗位、工序和工種辨識出危險源，制定相應(yīng)措施對其進(jìn)行消除、減少和控制，以實(shí)現(xiàn)礦井4M（人、機(jī)、環(huán)、管）系統(tǒng)的良好匹配。以危險辨識為基礎(chǔ)，把其分為井上及井下兩個系統(tǒng)。井上系統(tǒng)主要分4個區(qū)域來評估，具體包括辦公區(qū)、生活區(qū)、居住區(qū)和選煤廠，井下系統(tǒng)包括生產(chǎn)通用、綜采、掘進(jìn)、機(jī)電運(yùn)行、主要運(yùn)輸、輔助運(yùn)輸、“一通三防”風(fēng)險、生產(chǎn)服務(wù)準(zhǔn)備、機(jī)電設(shè)備專業(yè)修理以及綜合業(yè)務(wù)管理，整體共計14個評價單元。從井上系統(tǒng)和井下系統(tǒng)兩個方面出發(fā)，辨識出該煤礦危險源3328條，其中人的因素為2516條、機(jī)電設(shè)備為520條、作業(yè)環(huán)境為199條、組織管理為99條。

通過對危險進(jìn)行辨識，評估確定危險源可能產(chǎn)生的風(fēng)險及后果，對辨識出的危險源進(jìn)行等級分類、監(jiān)測預(yù)警和控制，建立危險辨識動態(tài)化管理與評價系統(tǒng)，預(yù)防事故的發(fā)生并給企業(yè)管理者提供有力地決策支持。利用矩陣風(fēng)險評估表對危險源進(jìn)行深入分析，確定風(fēng)險值并將風(fēng)險劃分為5個等級。對已辨識出的危險源進(jìn)行定期、實(shí)時和動態(tài)監(jiān)測，達(dá)到有效控制。同時根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對所辨識危險源進(jìn)行再次評價，并對危險源進(jìn)行增減與升降級調(diào)整，對危險源實(shí)行精細(xì)化管理，以求實(shí)現(xiàn)煤礦風(fēng)險的閉環(huán)管理。

2　系統(tǒng)設(shè)計

2.1系統(tǒng)功能設(shè)計

在三類危險源理論基礎(chǔ)上，結(jié)合主流信息管理系統(tǒng)開發(fā)模式設(shè)計了煤礦危險源辨識信息管理與評價系統(tǒng)。系統(tǒng)功能將劃分為危險源原始信息管理、危險源動態(tài)信息管理、崗位危險源信息管理、Matlab風(fēng)險等級評價模塊、文檔管理和系統(tǒng)管理6個子系統(tǒng)。系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1.1危險源原始信息管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)主要是針對所有已經(jīng)經(jīng)過辨識工作辨識出的礦井各單元危險源信息（包含組織因素等）進(jìn)行查詢、信息維護(hù)、危險源數(shù)據(jù)信息錄入、已發(fā)現(xiàn)問題跟蹤以及數(shù)據(jù)復(fù)查的功能。

2.1.2危險源動態(tài)信息管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)保存對原始危險源信息的修改記錄及領(lǐng)導(dǎo)審批記錄，針對風(fēng)險級別對隱患整改，實(shí)時記錄危險源動態(tài)信息，以促進(jìn)煤礦風(fēng)險管理的持續(xù)改進(jìn)。

2.1.3崗位危險源信息管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)在進(jìn)行危險源辨識工作中，專門將辨識出來的危險源進(jìn)行了不同工種的分類，終端使用者可以進(jìn)行對應(yīng)工種的查詢，所顯示的信息包括危險源名稱、崗位工種、管理標(biāo)準(zhǔn)和管理措施，并以列表形式呈現(xiàn)。

2.1.4安全評價子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)創(chuàng)新地加入了后臺評價模型，將原本的危險源評價結(jié)果更加客觀科學(xué)以及定量化的評價數(shù)據(jù)展示出來，評價結(jié)果包括評價單元、評價對象、評價分值和評價等級，提供良好的科學(xué)決策支持及人機(jī)友好交互。

圖2　系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

2.1.5文檔管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)能提供對煤礦安全管理手冊、人員考核評價標(biāo)準(zhǔn)、法律法規(guī)、制度標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)習(xí)資料等進(jìn)行分類管理的功能，并且給煤礦各級管理工作人員提供方便地查閱和學(xué)習(xí)文獻(xiàn)資料的平臺。

2.1.6系統(tǒng)管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)由參數(shù)設(shè)定、用戶管理和密碼設(shè)定組成。參數(shù)設(shè)定中參數(shù)名稱指代一類參數(shù)，如 “事故類型”，參數(shù)值指某個具體參數(shù)，如 “物體打擊”。用戶管理主要是對礦井工作人員的信息進(jìn)行日常維護(hù)管理，并且按照部門不同及角色定位進(jìn)行了系統(tǒng)功能權(quán)限設(shè)定，按照所對應(yīng)部門的工作性質(zhì)及人員職務(wù)相對應(yīng)地分配各個系統(tǒng)的業(yè)務(wù)處理操作權(quán)限，從而在組織管理上達(dá)到經(jīng)精細(xì)化管理的目的。

2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.2.1硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)硬件由服務(wù)器、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫及用戶PC端組成，是一個基于Web平臺運(yùn)行的系統(tǒng)。應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)端程序可以和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器部署在同一臺機(jī)器上，也可以用兩臺機(jī)器分別部署，在完成系統(tǒng)管理人員對系統(tǒng)初始化之后，用戶可通過終端瀏覽器登錄并訪問該系統(tǒng)。

2.2.2系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計

軟件應(yīng)用ASP.NET技術(shù)作為開發(fā)框架來實(shí)現(xiàn)基于B/S模式結(jié)構(gòu)的軟件系統(tǒng)開發(fā)，采用Web Service技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟件與礦井其它專業(yè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊，選用SQL Server作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，應(yīng)用ADO.NET技術(shù)來實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)訪問以實(shí)現(xiàn)巨量數(shù)據(jù)存取，繼而采用OLE DB技術(shù)實(shí)現(xiàn)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)上傳及導(dǎo)入，主流的AJAX技術(shù)使得軟件系統(tǒng)界面友好且操作實(shí)用方便，基于COM技術(shù)（組件對象模型）可使整個系統(tǒng)高效和可靠，并具有易擴(kuò)展、便于維護(hù)和查詢方便等特點(diǎn)。系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖如圖3所示。

3　安全評價模塊

3.1評價模型簡介

運(yùn)用熵值法及灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)法相耦合，分別計算煤礦危險源待評價對象的指標(biāo)權(quán)重以及灰色聯(lián)系數(shù)矩陣，用于確定待評估對象賦權(quán)后的灰色關(guān)聯(lián)度，避免主觀影響，并且通過加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度分析對比，最終確定煤礦危險源各個待評估對象的風(fēng)險等級，以期為風(fēng)險預(yù)控提供科學(xué)的決策支持。

3.2C#與Matlab混合編程技術(shù)及調(diào)用過程

Matalb數(shù)值計算強(qiáng)大，軟件中自帶的小波分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及模糊評價等特殊應(yīng)用程序可以輕松實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，但如果運(yùn)用C#等進(jìn)行編程會稍顯繁瑣，因此在評價時決定應(yīng)用C#去調(diào)用Matlab中的計算模型，達(dá)到良好的數(shù)據(jù)處理速度及友好交互。調(diào)用過程如下:

（1）錄入原始數(shù)據(jù)（一般為后臺錄入），如各工序的標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)值。

（2）C#調(diào)用Matlab計算模型。首先在Matlab中編寫熵權(quán)-灰色關(guān)聯(lián)分析模型，并且保存為.m文件。將.m文件編譯成C#可以調(diào)用的*.dll和*.h等文件。建立C#工程，將計算所用的.h文件中的函數(shù)使用C#語法聲明。C#調(diào)用Matlab工作區(qū)計算并返回結(jié)果。使用Matlab-Deploy Tool生成COM組件（COM是一種說明如何建立可動態(tài)互變組件的規(guī)范）。使用Matlab-Deploy Tool生成.NET組件，并使用.NET將風(fēng)險等級評價結(jié)果展示出來，實(shí)現(xiàn)友好交互。

圖3　系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖

4　應(yīng)用效果分析

該系統(tǒng)于2013年12月在陜西南梁礦業(yè)有限公司進(jìn)行了試運(yùn)行，經(jīng)過初期的不斷調(diào)試和數(shù)據(jù)的不斷完善，已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行至今。

（1）該系統(tǒng)將辨識的大量危險源信息錄入到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，實(shí)現(xiàn)了陜西南梁礦業(yè)有限公司危險源辨識的信息化，有效地解決了危險源數(shù)據(jù)龐雜和管理困難的問題，豐富的系統(tǒng)功能模塊使得風(fēng)險源管理工作變得高效和快捷。

（2）該系統(tǒng)將所辨識的危險源按照崗位工種進(jìn)行二次歸類，煤礦職工在終端登錄后可根據(jù)自己所在崗位和所屬工種進(jìn)行相應(yīng)的危險源查詢及學(xué)習(xí)，這對工人不安全行為及人的本質(zhì)安全管理具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

（3）采用C#與Matlab混合編程技術(shù)，將熵權(quán)-灰色關(guān)聯(lián)分析模型嵌入軟件中，使系統(tǒng)中原本繁瑣的評價模塊變得更加人性化，交互性更好。

（4）管理者通過該系統(tǒng)可以及時發(fā)現(xiàn)危險源及可能的事故隱患，進(jìn)而及時且有針對性地制定整改措施。作業(yè)人員可以根據(jù)系統(tǒng)所指定的措施及時進(jìn)行落實(shí)整改，避免危險再次產(chǎn)生，降低事故發(fā)生的可能性，達(dá)到風(fēng)險預(yù)控的目的。

（5）該系統(tǒng)有效推動了煤礦本質(zhì)安全風(fēng)險管理體系的建設(shè)，對企業(yè)制定的 “零傷害”的管理理念給予有力的科學(xué)支持。

［1］ 高曉旭.基于4 M理論的煤礦本質(zhì)安全研究［D］.西安:西安科技大學(xué)，2010

［2］ 吳兵，許正東，王紫薇等.基于流程管理的煤礦隱患閉環(huán)管理系統(tǒng)的研究［J］.中國煤炭，2015（1）

［3］ 張紀(jì)元.基于 “互聯(lián)網(wǎng)+”的煤礦設(shè)備精細(xì)化管控系統(tǒng)研究與設(shè)計［J］.中國煤炭，2015（8）

［4］ 康瑛石，吳吉義，王海寧.基于云計算的一體化煤礦安全監(jiān)管信息系統(tǒng)［J］.煤炭學(xué)報，2011（5）

［5］ 王福成，陳寶智.安全工程概論 ［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2002

［6］ 田水承.第三類危險源辨識與控制研究 ［D］.北京:北京理工大學(xué)，2001

［7］ 曾勝.重大危險源動態(tài)智能監(jiān)測監(jiān)控大數(shù)據(jù)平臺框架設(shè)計［J］.中國安全科學(xué)學(xué)報，2014（11）

［8］ 高曉旭，張旭，董丁穩(wěn).煤礦危險源多層遞階模型及風(fēng)險評價［J］.西安科技大學(xué)學(xué)報，2015（2）

Research on information management and assessment system of hazard identification for coal mine based on the theory of three types of hazards

Gao Xiaoxu1，2，Nie Yao1，Dong Dingwen1，2，Ding Ziwei1，2
（1.College of Energy，Xi'an University of Science and Technology，Xi'an，Shaanxi 710054，China；2.Key Laboratory of Western Mines and Hazard Prevention of China Ministry of Education，Xi'an，Shaanxi 710054，China）

Aiming at the problems of numerous and jumbled hazards data and difficult management in Shaanxi Nanliang Mining Industry Co.，Ltd.，and based on the theory of three types of hazards，the information management and assessment system of hazard identification for coal mine based on B/S structural pattern was researched and designed，then the function design and structure design were introduced.On the basis of powerful mathematical calculation function of Matlab software，the safety evaluation module based on entropy weight-grey correlation model was achieved by using hybrid programming of C#and Matlab software.Practical application indicated that this system could effectively raise the level of enterprise security risk management，promote the mine's modernization management process，and provide scientific decision support for the managers.

hazard identification，theory of three types of hazards，information management system，safety evaluation model

TD918

A

高曉旭（1978-），男，山西離石人，副教授，博士，主要從事煤礦安全管理方面的教學(xué)科研工作。

（責(zé)任編輯 路 強(qiáng)）

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助（51504183），陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計劃（2015JQ5132）