張 蘭，戴書球，孫中光，李 勇

(1.重慶科技學(xué)院，重慶 401331； 2.瓦斯災(zāi)害監(jiān)控與應(yīng)急技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400037；3.中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶 400039)

作為我國基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，煤炭在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要作用，在較長時(shí)期內(nèi)，煤炭仍占一次能源消耗主體地位。在煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展和生產(chǎn)過程中，安全風(fēng)險(xiǎn)一直困擾著監(jiān)管部門和煤炭企業(yè)[1-2]。煤炭生產(chǎn)環(huán)境惡劣、技術(shù)裝備復(fù)雜、管理水平良莠不齊，導(dǎo)致我國煤礦事故多、傷亡重、經(jīng)濟(jì)損失大，給國家和人民帶來生命及重大財(cái)產(chǎn)損失。煤礦安全也是全國安全生產(chǎn)工作的重點(diǎn)工作，國家監(jiān)管部門出臺(tái)了許多法律、法規(guī)，煤炭企業(yè)也通過提高工藝技術(shù)及裝備水平，改善材料性能，提高自動(dòng)化、控制程度，加大安全投入來預(yù)防和控制安全事故[3-5]。

國務(wù)院辦公廳早在2015年就印發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)安全生產(chǎn)監(jiān)管執(zhí)法的通知》，要求加快監(jiān)管執(zhí)法信息化建設(shè)。整合建立安全生產(chǎn)綜合信息平臺(tái)，統(tǒng)籌推進(jìn)安全生產(chǎn)監(jiān)管執(zhí)法信息化工作，實(shí)現(xiàn)與事故隱患排查治理、重大危險(xiǎn)源監(jiān)控、安全誠信、安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、安全教育培訓(xùn)、安全專業(yè)人才、行政許可、監(jiān)測(cè)檢驗(yàn)、應(yīng)急救援、事故責(zé)任追究等信息共建共享，消除信息孤島。要大力提升安全生產(chǎn)“大數(shù)據(jù)”利用能力，加強(qiáng)安全生產(chǎn)周期性、關(guān)聯(lián)性等特征分析，做到檢索查詢即時(shí)便捷、歸納分析系統(tǒng)科學(xué)，實(shí)現(xiàn)來源可查、去向可追、責(zé)任可究、規(guī)律可循。

信息技術(shù)的發(fā)展為海量事故數(shù)據(jù)提供了有效的分析工具。在國家監(jiān)管部門和煤礦企業(yè)的監(jiān)管信息建設(shè)中，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，可以對(duì)海量安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，找出安全事故發(fā)生的特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)安全生產(chǎn)形勢(shì)和安全生產(chǎn)事故的預(yù)測(cè)分析，以及重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)行業(yè)、甚至特定企業(yè)的預(yù)警預(yù)控，提升源頭治理能力，從而預(yù)防和控制安全生產(chǎn)事故的發(fā)生[6-7]。

1 煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別

我國煤礦生產(chǎn)過程，地下環(huán)境中的采掘和運(yùn)輸，不同地質(zhì)條件必須采用不同的開采方法。煤礦企業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)與一般工業(yè)企業(yè)不同，具備復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)變化性、隨機(jī)性和模糊性、致災(zāi)因子控制對(duì)技術(shù)條件的依托性、災(zāi)害事故的相關(guān)性。各大院校和科研企業(yè)在煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)分析領(lǐng)域開展了大量的研究，政府專家能夠?qū)γ旱V的安全程度做出合理評(píng)價(jià)，相關(guān)行業(yè)專業(yè)人士也能識(shí)別煤礦井下安全風(fēng)險(xiǎn)的因素。安全風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別從機(jī)械設(shè)備和煤礦災(zāi)害控制方面，到企業(yè)管理體制方面。隨著管理學(xué)科的發(fā)展和企業(yè)管理制度的逐步完善，從業(yè)人員的因素也逐漸被重點(diǎn)關(guān)注，從業(yè)人員的專業(yè)技術(shù)能力、身體和心理情況以及文化教育素質(zhì)在煤礦安全事故發(fā)生時(shí)也具有主導(dǎo)性作用[8-9]。

結(jié)合煤礦生產(chǎn)環(huán)境特征和煤礦災(zāi)害致因機(jī)理，從“人、機(jī)、環(huán)、管”等方面，識(shí)別出了煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因素。由“人”所影響的因素主要是人員因素和管理因素，由“機(jī)”所影響的因素主要是機(jī)械設(shè)備和保障裝備，由“環(huán)”所影響的因素主要是煤礦自然因素和環(huán)境因素。這些已識(shí)別因素不是固定不變的，而是隨著煤礦行業(yè)生產(chǎn)形勢(shì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展變化。在識(shí)別過程中還要不斷得到實(shí)際安全生產(chǎn)狀況的檢驗(yàn)，識(shí)別結(jié)果越貼近實(shí)際，就越科學(xué)[10-12]。

煤礦安全事故分為瓦斯、水災(zāi)、火災(zāi)、頂板、運(yùn)輸、機(jī)電等，根據(jù)我國2002—2017年的事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，瓦斯、水災(zāi)、火災(zāi)、頂板事故平均死亡人數(shù)分別為5人、3人、21人、1人，特重大事故統(tǒng)計(jì)中，瓦斯事故49起，水災(zāi)9起，火災(zāi)4起，煤塵2起。因此單項(xiàng)災(zāi)害安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)重點(diǎn)分析火災(zāi)、瓦斯、頂板、水害和煤塵等災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)因素[13-15]。

1.2 煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別分析，煤礦綜合安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系由歷史因素、單項(xiàng)災(zāi)害因素、人員素質(zhì)因素、安全管理因素、設(shè)備安全因素、應(yīng)急救援因素等構(gòu)成。綜合風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系二級(jí)指標(biāo)和三級(jí)指標(biāo)構(gòu)成見表1。

表1 綜合風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系Tab.1 Indicators system of comprehensive risk

各個(gè)單項(xiàng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)因素同理也包含各自的歷史因素、自然因素、人的因素、設(shè)施設(shè)備、安全管理因素和環(huán)境因素[16]。以瓦斯災(zāi)害為例，其設(shè)施設(shè)備因素細(xì)分為礦井通風(fēng)、礦井瓦斯抽采、防治瓦斯一般措施和瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控等因素[17]。

1.3 煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)模糊綜合評(píng)價(jià)模型

煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)很大程度上具有一定的模糊性，運(yùn)用模糊理論能夠更加科學(xué)的對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估[18-22]。運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)時(shí)，包括以下步驟。

(1)建立煤礦安全評(píng)價(jià)因素集。將影響煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)的各個(gè)因素組成一個(gè)集合，各個(gè)因素通常具有不同的模糊性。

(2)建立綜合評(píng)價(jià)的評(píng)判集。評(píng)判集是對(duì)煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)可能做出各種判斷結(jié)果所組成的集合，反應(yīng)煤礦安全評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的程度。

(3)建立模糊安全評(píng)價(jià)矩陣。根據(jù)煤礦評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)判集得到模糊集合，再由多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的模糊集合構(gòu)成模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣。

(4)確定評(píng)價(jià)因素權(quán)重向量。一般可以采用Delphi法(德爾菲法，也稱專家調(diào)查法)計(jì)算影響煤礦安全的各個(gè)評(píng)價(jià)因素的權(quán)重，即各評(píng)價(jià)因素對(duì)最終結(jié)果中的影響程度。再根據(jù)所有評(píng)價(jià)因素的權(quán)重，構(gòu)成評(píng)價(jià)因素的權(quán)重向量。

(5)計(jì)算評(píng)價(jià)結(jié)果向量。通過對(duì)評(píng)價(jià)因素的權(quán)重向量和模糊安全評(píng)價(jià)矩陣的合成算子得到評(píng)價(jià)結(jié)果向量。為了更準(zhǔn)確地達(dá)到綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的預(yù)期效果，結(jié)合層次分析法，一般采用多層評(píng)價(jià)模型。

2 煤礦風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用

2.1 煤礦風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)

煤礦風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)邏輯架構(gòu)如圖1所示，煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)包括以下功能模塊。

圖1 煤礦風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)Fig.1 Logic diagram of mine risk analysis system

(1)煤礦數(shù)據(jù)采集交換模塊。制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換協(xié)議，通過多級(jí)聯(lián)網(wǎng)方案，將煤礦的人員信息數(shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、產(chǎn)量數(shù)據(jù)等采集到煤礦風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，通過數(shù)據(jù)清洗和BTL，加載到數(shù)據(jù)倉庫。

(2)煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系管理模塊。結(jié)合不同區(qū)域、不同煤礦的安全風(fēng)險(xiǎn)特征，構(gòu)建可量化的煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系。支持指標(biāo)體系的配置和查詢，支持從區(qū)域到煤礦，從綜合指標(biāo)到各個(gè)單項(xiàng)災(zāi)害指標(biāo)體系。

(3)煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型?；谀：碚?，使用計(jì)算機(jī)編程語言實(shí)現(xiàn)多層評(píng)價(jià)模型，實(shí)現(xiàn)專家分析系統(tǒng)。利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，從多個(gè)維度，分析煤礦的安全風(fēng)險(xiǎn)因素，利用專家模型，科學(xué)、客觀、系統(tǒng)的分析煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)，得到煤礦安全狀況等級(jí)。

(4)煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)可視化展示。利用GIS圖形，大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，以思維導(dǎo)圖、柱狀圖、餅圖、曲線圖、熱力圖等豐富多樣的展現(xiàn)方式展示安全風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果數(shù)據(jù)，支持按區(qū)域、按類別、按等級(jí)等多種分類展現(xiàn)方式，直觀地展現(xiàn)煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)狀況。

2.2 煤礦風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)

煤礦風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)基于浪潮InCloud Sphere架構(gòu)搭建，有效提高IT基礎(chǔ)資源可用性和利用率，保障系統(tǒng)的高可用性和彈性計(jì)算能力。以SQL Server數(shù)據(jù)倉庫為基礎(chǔ)，利用OLAP等大數(shù)據(jù)分析能力，采用C#語言編程，實(shí)現(xiàn)煤礦風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)。系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過礦井、企業(yè)集團(tuán)、監(jiān)管部門多級(jí)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集交換功能，采集礦井基礎(chǔ)信息、監(jiān)管數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息，保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和客觀性。煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系管理模塊圍繞礦井安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，明確指標(biāo)的構(gòu)成、量化方法與評(píng)價(jià)模式，形成基于模糊理論的安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)評(píng)價(jià)模型。該模塊支持煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系管理，實(shí)現(xiàn)基于模糊理論的煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。通過OLAP分析能力，實(shí)現(xiàn)指標(biāo)體系數(shù)據(jù)不同維度的上卷和下鉆。基于Apache ECharts開源技術(shù)，以GIS圖形、折線圖、柱狀圖、環(huán)形圖、雷達(dá)圖、和弦圖等多圖表聯(lián)動(dòng)展現(xiàn)方式，綜合煤礦存在的瓦斯、煤塵、火災(zāi)、水害、頂板等自然因素以及煤礦安全隱患數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)單項(xiàng)或綜合評(píng)估，實(shí)現(xiàn)煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)分析數(shù)據(jù)的可視化，科學(xué)、客觀、系統(tǒng)的展現(xiàn)煤礦風(fēng)險(xiǎn)因素，便于企業(yè)針對(duì)性采取風(fēng)險(xiǎn)管控措施，減少煤礦的安全生產(chǎn)隱患，預(yù)防煤礦安全事故發(fā)生，保障煤礦安全生產(chǎn)活動(dòng)，為監(jiān)管部門和煤礦企業(yè)提供有效的安全生產(chǎn)輔助決策依據(jù)。

2.3 煤礦風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)的工程應(yīng)用

煤礦綜合安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系構(gòu)成因素如圖2所示，某礦井綜合風(fēng)險(xiǎn)分析如圖3所示。

圖2 綜合安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系構(gòu)成因素Fig.2 The composition of the comprehensive safety risk index system

圖3 某礦井綜合風(fēng)險(xiǎn)分析Fig.3 Comprehensive risk analysis chart of a mine

煤礦風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)在國家礦井安全生產(chǎn)監(jiān)管物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范工程“煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)管物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)”中應(yīng)用，該示范工程中，各個(gè)示范礦井按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換協(xié)議要求，上傳礦井的基礎(chǔ)信息、監(jiān)管數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)過系統(tǒng)的數(shù)據(jù)清洗和分析，評(píng)估各個(gè)礦井的綜合安全風(fēng)險(xiǎn)狀況。根據(jù)區(qū)域內(nèi)礦井單項(xiàng)事故風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)率或綜合事故風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)率為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算出區(qū)域礦井安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)。

3 結(jié)論

本文基于我國煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)構(gòu)成的復(fù)雜性、模糊性及變化的多樣性，研究煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取及設(shè)計(jì)過程，識(shí)別煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)因素，提出煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，動(dòng)態(tài)指標(biāo)與靜態(tài)指標(biāo)相互結(jié)合，更加全面、系統(tǒng)地反映礦井安全程度的優(yōu)劣。并通過信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)，通過科學(xué)分析和工程應(yīng)用驗(yàn)證了模型的有效性和正確性。

在體系指標(biāo)的選擇上，考慮煤礦安全生產(chǎn)影響因素特點(diǎn)，結(jié)合國家和行業(yè)的相關(guān)法律、法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)，采用符合法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的定性和定量指標(biāo)來描述煤礦安全生產(chǎn)的影響因素。結(jié)合定量和定性分析方法，量化煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)“人、機(jī)、環(huán)、管”等方面的缺陷，科學(xué)、客觀、系統(tǒng)地分析煤礦風(fēng)險(xiǎn)因素，針對(duì)性地采取風(fēng)險(xiǎn)管控措施，減少煤礦的安全生產(chǎn)隱患，預(yù)防煤礦安全事故發(fā)生，保障煤礦安全生產(chǎn)活動(dòng)，為監(jiān)管部門和煤礦企業(yè)提供安全生產(chǎn)的輔助決策依據(jù)。