魏其東，喜珩珺，周立林，韓 安，胡 然

(1.華亭煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，甘肅 平?jīng)?744100；2.中煤科工集團(tuán)常州研究院有限公司，江蘇 常州 213015；3.天地(常州)自動化股份有限公司，江蘇 常州 213015)

0 引言

上述學(xué)者關(guān)于煤礦雙控系統(tǒng)建設(shè)均取得了一定的成果，但在系統(tǒng)設(shè)計中也不同程度地存在2點(diǎn)問題。一是風(fēng)險管控與隱患排查治理二者孤立、各成體系；二是風(fēng)險管控手段單一，缺乏風(fēng)險管控措施落實手段及缺少對各類業(yè)務(wù)大數(shù)據(jù)的挖掘分析，難以用于風(fēng)險預(yù)警分析?；谏鲜鰡栴}，筆者提出構(gòu)建煤礦雙控信息系統(tǒng)，以實現(xiàn)對煤礦安全態(tài)勢的動態(tài)分析。

1 系統(tǒng)業(yè)務(wù)分析

1.1 風(fēng)險與隱患二者關(guān)系分析

風(fēng)險是伴隨危險源而客觀存在的，通過對危險源進(jìn)行全面辨識，對其可能存在的風(fēng)險進(jìn)行評估、分級，根據(jù)風(fēng)險等級、專業(yè)等條件制定風(fēng)險管控措施進(jìn)行風(fēng)險管控[10]。當(dāng)風(fēng)險管控措施落實不到位，管控措施失效后，就會形成隱患，而隱患是導(dǎo)致事故發(fā)生的直接原因，其風(fēng)險值也將上升。當(dāng)因風(fēng)險管控措施失效而產(chǎn)生的隱患閉環(huán)治理完成后，危險源再次處于受控狀態(tài)，風(fēng)險值也隨之降至原先受控水平。風(fēng)險-隱患一體化管控流程如圖1所示。

圖1 風(fēng)險-隱患一體化管控流程Fig.1 Risk-hidden danger integrated control flow chart

1.2 業(yè)務(wù)概述

系統(tǒng)以風(fēng)險-隱患一體化管控流程為主線，由隱患為核心的安全管理模式前置為以風(fēng)險為核心的安全管理模式。通過危險源辨識，風(fēng)險評估，全面識別煤礦中存在的危險源/危害因素，分類分級明確管控責(zé)任，制定管控措施，形成風(fēng)險清單。圍繞風(fēng)險清單將風(fēng)險管控工作逐級落實，打通從風(fēng)險辨識、措施落實、風(fēng)險監(jiān)視、異常預(yù)警及處置的風(fēng)險業(yè)務(wù)狀態(tài)鏈?；陲L(fēng)險業(yè)務(wù)狀態(tài)鏈，設(shè)計出雙控系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系，如圖2所示。

圖2 雙控系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)Fig.2 Business architecture of double control system

2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)及主要功能

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

按照面向服務(wù)的架構(gòu)(SOA架構(gòu))+組件的思想進(jìn)行設(shè)計，以模塊化方式構(gòu)建不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用，通過門戶系統(tǒng)實現(xiàn)統(tǒng)一的身份認(rèn)證管理，采用標(biāo)準(zhǔn)、完整、靈活的“工作流+表單”方式實現(xiàn)業(yè)務(wù)流程驅(qū)動，并通過統(tǒng)一對外接口進(jìn)行數(shù)據(jù)共享與分析，實現(xiàn)“業(yè)務(wù)高內(nèi)聚，數(shù)據(jù)松耦合”的軟件架構(gòu)。系統(tǒng)整體架構(gòu)分為3層，系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖3所示，數(shù)據(jù)層基于基礎(chǔ)運(yùn)行平臺能夠靈活對數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取調(diào)用；業(yè)務(wù)層主要是針對風(fēng)險管控業(yè)務(wù)需求點(diǎn)設(shè)計邏輯結(jié)構(gòu)，形成業(yè)務(wù)規(guī)則，實現(xiàn)對業(yè)務(wù)的處理分析；展示層用于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果展示，安全管理人員可通過Web端、移動端App進(jìn)行交互式訪問，實現(xiàn)固定+移動的靈活辦公方式。

圖3 系統(tǒng)整體架構(gòu)Fig.3 Overall architecture of the system

系統(tǒng)部署設(shè)備由地面服務(wù)器、井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)、井下無線傳輸基站、礦用巡檢記錄儀、無源地址卡等組成。利用物聯(lián)網(wǎng)、GIS、RFID等技術(shù)，實現(xiàn)井下風(fēng)險檢查記錄、隱患登記、消息提醒、通知公告等功能，管理人員可以通過PC端或地面APP移動端查看風(fēng)險檢查、隱患排查等信息。系統(tǒng)硬件部署架構(gòu)如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)部署架構(gòu)Fig.4 System deployment architecture

2.2 系統(tǒng)主要功能設(shè)計

2.2.1 風(fēng)險-隱患知識庫

風(fēng)險-隱患知識庫為雙控系統(tǒng)各業(yè)務(wù)模塊正常的運(yùn)行的基礎(chǔ)，其包含風(fēng)險庫、隱患處置庫、風(fēng)險-隱患關(guān)聯(lián)關(guān)系庫，3個子庫。風(fēng)險庫用于存儲已辨識出的風(fēng)險信息與風(fēng)險管控責(zé)任信息。隱患處置庫用于存儲隱患描述內(nèi)容、專業(yè)、整改措施、整改資金等信息，其內(nèi)容來源于煤礦規(guī)程措施、規(guī)章制度等文件[11-12]。風(fēng)險-隱患關(guān)聯(lián)關(guān)系用于存儲風(fēng)險管控管控措施失效后與可能產(chǎn)生隱患之間的關(guān)系，根據(jù)煤礦安全領(lǐng)域業(yè)務(wù)專家理論知識及經(jīng)驗整理而來。

ERP整合了企業(yè)的生產(chǎn)、成本、采購、庫存、銷售、運(yùn)輸、財務(wù)、人力資源，使財務(wù)在制定資金計劃時可以根據(jù)其銷售模塊預(yù)測經(jīng)營性資金流入，根據(jù)采購、生產(chǎn)和研發(fā)模塊預(yù)測經(jīng)營性資金流出，根據(jù)人力資源模塊預(yù)測人力成本支出，從而滾動預(yù)測資金盈虧情況，以便提前合理安排資金使用計劃或資金籌措計劃，確保企業(yè)正常經(jīng)營活動所需的資金量。

2.2.2 班組風(fēng)險管控

班組風(fēng)險管控模塊將煤礦現(xiàn)場實際工作與系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，實現(xiàn)每班班前作業(yè)任務(wù)安排、風(fēng)險告知、風(fēng)險管控落實、風(fēng)險管控情況反饋、監(jiān)督的閉環(huán)管理工作。班組風(fēng)險管控模塊將風(fēng)險管控工作延伸到基層班組，有效保障風(fēng)險管控措施落實。

2.2.3 風(fēng)險管控措施落實檢查

根據(jù)風(fēng)險-隱患一體化管控流程，因隱患由管控措施失效發(fā)展而來，故隱患排查實質(zhì)上是對風(fēng)險管控措施的檢查，故隱患排查也可納入風(fēng)險檢查。風(fēng)險檢查分為人工檢查與自動檢查2種模式。人工檢查模式可實現(xiàn)從風(fēng)險檢查計劃制定、檢查執(zhí)行、風(fēng)險異常登記、檢查記錄分析的全過程信息化管理。當(dāng)檢查人發(fā)現(xiàn)管控措施異常時，可直接從風(fēng)險-隱患知識庫中根據(jù)風(fēng)險管控措施與隱患之間建立的對應(yīng)關(guān)系，快速查找到符合現(xiàn)場實際描述的隱患，從而解決風(fēng)險管控措施失效錄入隱患不準(zhǔn)確的問題。在隱患錄入后，系統(tǒng)根據(jù)錄入隱患標(biāo)準(zhǔn)查找對應(yīng)隱患，自動提示建議整改措施、整改資金、整改期限和整改預(yù)案信息，在落實確認(rèn)后按照風(fēng)險-隱患一體化管控流程，系統(tǒng)提示相關(guān)責(zé)任人完成整改返單、復(fù)查、銷號各環(huán)節(jié)。

自動檢查是從地點(diǎn)的維度將管控措施與地點(diǎn)下傳感器測點(diǎn)建立起邏輯關(guān)系，當(dāng)傳感器測點(diǎn)報警時，即說明該條管控措施失效，根據(jù)風(fēng)險-隱患知識庫，系統(tǒng)自動錄入一條與之關(guān)聯(lián)的隱患信息，進(jìn)入隱患治理流程。同時以事件的形式將此信息推送給相關(guān)責(zé)任人。

2.2.4 風(fēng)險融合監(jiān)視

該模塊將實時監(jiān)測、視頻監(jiān)控、人工檢查、現(xiàn)場管理數(shù)據(jù)以風(fēng)險為核心進(jìn)行融合監(jiān)視，直觀地反映現(xiàn)場風(fēng)險管控狀況。以接入的各類數(shù)據(jù)作為風(fēng)險預(yù)警指標(biāo)，通過構(gòu)建預(yù)警模型，對風(fēng)險態(tài)勢進(jìn)行分級預(yù)警，并利用GIS等技術(shù)，將風(fēng)險實時評估預(yù)警等級展示在二維地圖上。當(dāng)風(fēng)險出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)以安全事件的形式通過PC端、移動端將信息推送給相關(guān)責(zé)任人員，從而實現(xiàn)風(fēng)險全天候監(jiān)視。

2.2.5 風(fēng)險異常處置

風(fēng)險異常處置是在發(fā)現(xiàn)管控措施失效后、保障風(fēng)險重新處于受控狀態(tài)的重要監(jiān)管手段。當(dāng)風(fēng)險異常時，根據(jù)風(fēng)險預(yù)警模型，可通過系統(tǒng)追溯到風(fēng)險異常的原因，相關(guān)風(fēng)險負(fù)責(zé)人可將通過系統(tǒng)將風(fēng)險異常處置措施及現(xiàn)場整改情況，通過文字、圖像、語音、視頻等形式反饋給相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)。

2.2.6 決策分析

針對風(fēng)險-隱患一體化管控過程中產(chǎn)生的各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。包括風(fēng)險檢查計劃執(zhí)行情況分析、管控措施失效頻次分析、重復(fù)隱患分析、重大隱患分析等。通過分析，幫助用戶找出管控過程中存在的不足，輔助管理者決策。

2.2.7 綜合分析應(yīng)用

煤礦各信息化系統(tǒng)中，彼此獨(dú)立、各自孤島，未能被有效利用[13-15]。為反映礦井在安全管理過程中的風(fēng)險態(tài)勢，通過集成雙控、人員定位、安全監(jiān)控等系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，構(gòu)建風(fēng)險縱向趨勢研判模型。用戶通過查看風(fēng)險態(tài)勢值，了解全礦風(fēng)險管控情況，從而輔助管理者決策。

3 風(fēng)險縱向趨勢研判模型

3.1 指標(biāo)體系

為及時了解礦井生產(chǎn)過程中風(fēng)險態(tài)勢，充分利用煤礦大數(shù)據(jù)，提出構(gòu)建煤礦風(fēng)險縱向?qū)Ρ戎笜?biāo)體系，見表1。集成雙控、安全監(jiān)測、人員定位等系統(tǒng)數(shù)據(jù)，建立煤礦風(fēng)險縱向趨勢研判模型。

3.2 風(fēng)險縱向?qū)Ρ?/h3>

為反映風(fēng)險的動態(tài)變化、累積性等特征，將連續(xù)一段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)作為一個周期，對各個周期內(nèi)的風(fēng)險進(jìn)行對比，以綜合判定風(fēng)險的當(dāng)前狀態(tài)和發(fā)展趨勢。由于各個周期內(nèi)的風(fēng)險需要兩兩進(jìn)行對比，不便于實際操作，因此需要構(gòu)造一個基準(zhǔn)參考對象，每個周期內(nèi)的數(shù)據(jù)只需與參考對象進(jìn)行對比即可。具體操作時需首先構(gòu)造理想指標(biāo)集，所謂理想指標(biāo)集是所有指標(biāo)值都處于最佳位置，即式(1)

(1)

表1 煤礦風(fēng)險縱向?qū)Ρ戎笜?biāo)體系Table 1 Vertical comparison index system of coal mine risk

式中，k為指標(biāo)個數(shù)；m為第m個指標(biāo)；n為第m個指標(biāo)的所有取值個數(shù)。由于本模型用于煤礦管理人員了解并掌握風(fēng)險的變化趨勢，因此針對各個指標(biāo)，可人為通過軟件執(zhí)行設(shè)置一個最優(yōu)值集合，系統(tǒng)默認(rèn)使用最近3年數(shù)據(jù)的最優(yōu)值。

然后，構(gòu)建當(dāng)前周期矩陣與理想對象的同一度矩陣。當(dāng)前周期內(nèi)各指標(biāo)對象與理想對象中相應(yīng)指標(biāo)的相似度構(gòu)成了同一度矩陣各指標(biāo)對象與理想對象的相似度按式(2)計算得到

(2)

接著，采用層次分析法確定各指標(biāo)的權(quán)重，各礦根據(jù)實際條件可通過軟件設(shè)置各指標(biāo)的權(quán)重。按式(3)計算當(dāng)前指標(biāo)值集與理想指標(biāo)集的相似度I

(3)

模型綜合集成安全監(jiān)測、人員定位、雙控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，對煤礦風(fēng)險的變化態(tài)勢進(jìn)行分析。西北某礦為低瓦斯礦井，核定產(chǎn)能為400 Mt，設(shè)置的最優(yōu)值集合為S理想={1，800，1，1，0，1，1，1，1，0，0，0，0，0，1，0}，評定的各指標(biāo)的權(quán)重為W={0.058,0.069,0.073,0.056,0.087,0.046,0.037,0.046,0.047,0.098,0.034,0.035,0.038,0.039,0.082,0.079,0.076}，表2為西北某礦連續(xù)6個月的風(fēng)險態(tài)勢I值計算結(jié)果。

表2 某礦連續(xù)6個周期風(fēng)險縱向?qū)Ρ冉Y(jié)果Table 2 Vertical comparison results of risk during six consecutive cycles in a mine

3.3 結(jié)果分析

從各指標(biāo)分析來看，指標(biāo)瓦斯報警次數(shù)X10、風(fēng)速報警次數(shù)X12、有害氣體報警次數(shù)X13從1月到6月變化較大，且均從3月開始急劇變化。通過實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，從3月開始，該礦基本完成復(fù)工工作，由于之前的停工，造成某些地點(diǎn)有毒有害氣體積聚。故從3月復(fù)工起要重點(diǎn)關(guān)注有毒有害氣體相關(guān)風(fēng)險管控。從I值分析來看，該礦風(fēng)險管控情況最好的為1月和2月，這與企業(yè)的停工停產(chǎn)有關(guān)。相比之下，風(fēng)險等級在3月和4月較高，需加強(qiáng)安全管理。到當(dāng)前周期截止，風(fēng)險整體表現(xiàn)較為平穩(wěn)，但是呈現(xiàn)一定程度的下滑，需加強(qiáng)風(fēng)險管控力度。

4 結(jié)論

(1)以風(fēng)險為核心，建立了風(fēng)險-隱患知識庫，設(shè)計了風(fēng)險-隱患一體化管控流程。打通了風(fēng)險辨識、措施落實、風(fēng)險監(jiān)視、異常分析及預(yù)警的風(fēng)險業(yè)務(wù)狀態(tài)鏈，在對標(biāo)的基礎(chǔ)上，豐富了煤礦風(fēng)險管控手段，幫助管理人員動態(tài)掌握風(fēng)險管控、隱患排查工作開展情況。

(2)結(jié)合雙控系統(tǒng)數(shù)據(jù)、安全監(jiān)測數(shù)據(jù)、人員定位數(shù)據(jù)、自動化生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)等，基于過程數(shù)據(jù)，建立了煤礦風(fēng)險縱向趨勢研判模型，并將模型應(yīng)用在實際案例中。實踐表明，該模型對于提高企業(yè)安全管理水平及工作效率具有重要意義。