王 強 林樹坤

1(山西西山煤電股份有限公司 山西 太原 030053)

2(中安智訊(北京)信息科技有限公司 北京 100029)

0 引 言

為預防重特大事故的發(fā)生,國家要求對易發(fā)生重特大事故的行業(yè)實行風險分級管控、隱患排查治理雙重預防性工作機制[1]。2017年頒布《煤礦安全生產標準化考核定級辦法(試行)》和《煤礦安全生產標準化基本要求及評分方法(試行)》,提出了煤礦安全風險分級管控和事故隱患排查治理考核內容,要求采用信息手段實現風險、隱患的跟蹤、上報等功能。煤礦安全生產標準化建設使得煤礦各生產和管理環(huán)節(jié)在達到一定標準的同時更加科學化、規(guī)范化,對煤礦安全生產具有深遠意義,也對煤礦標準化信息系統提出了高要求[2-4]。

隨著互聯網技術的快速發(fā)展,煤礦信息化水平迅速提高,許多專家學者對雙重預防機制和信息系統建設進行深入研究[5-8]。但目前信息系統多為信息報送系統,服務對象不全面;許多雙重預防系統信息采集手段單一,多種終端設備沒有得到充分利用,依靠人工錄入數據,致使信息處理延遲時間長,不能及時有效地處理煤礦生產過程中發(fā)現的風險和隱患問題;現有系統缺少對數據價值的分析挖掘,數據價值無法體現,無法對礦井安全生產事故隱患進行預警[9];現使用系統主要滿足礦端風險隱患管理的要求,無法滿足上級監(jiān)管部門的監(jiān)管要求。基于以上不足之處,本文設計了集團端、礦端、手機端多端一體化的煤礦雙重預防信息系統,結合各級業(yè)務職能、GIS、崗位等多維信息,對業(yè)務數據進行多維分析和展示,實現源頭追溯,多層次多維度挖掘數據關聯性,為煤礦安全生產提供技術支持。

1 雙重預防機制理論研究

1.1 安全風險分級管控

風險是指安全生產事故或健康損害事件發(fā)生的不確定性和后果的組合,是一個人大腦中構想出的概念,是可以采取管控措施使其處于動態(tài)受控的一種狀態(tài),是事故隱患的觸發(fā)主體,可以用數值大小衡量,有區(qū)別于隱患,在時序上處在事故隱患之前。風險管控不到位容易導致隱患的出現,隱患偶然疊加造成事故,從風險源頭進行管控,把隱患、事故遏制在萌芽狀態(tài)。只有這樣,“安全第一”才能真正地實現(如圖1所示)。

圖1 風險管控流程

通過辨識風險、評估風險、分析預警風險三個步驟實現對風險的有效管控,三個步驟的技術選擇和效果評價體系構成一個風險管理周期[10]。煤礦按風險對象分為:人員崗位(人)、設備設施(機)、工環(huán)境因素(環(huán))和管理體系(管)。辨識風險就是由專業(yè)人員發(fā)現與識別安全生產系統中風險因素,并分析其產生原因、可能導致后果、防范對策及責任主體的過程[11]。在辨識和分析風險的基礎上,運用系統工程原理與方法,綜合判斷煤礦安全生產過程中發(fā)生事故的可能性及其后果嚴重程度,評估確定風險等級和風險是否可接受,風險評估主要分析引起風險變化因素的發(fā)生概率及因素變化后產生后果嚴重性的定量分析,進而確定風險等級。

1.2 隱患排查治理

隱患是指在生產經營活動中違反安全生產和安全管理相關的規(guī)定,或者因人、機、環(huán)、管等因素在生產經營活動中存在可能導致事故發(fā)生的缺陷。顯然,隱患是已經存在的客觀事實,且風險值超出可接受范圍。

煤礦隱患排查治理是通過對隱患進行排查、登記,采取一定技術手段消除隱患,并建立事故隱患信息臺賬的過程。煤礦隱患排查治理一直是煤礦安全管理的基礎工作,目的是消除“人、機、環(huán)、管”中的不安全狀態(tài),防止事故災害的發(fā)生,實現煤礦事故的預防。隱患排查治理具有多時間尺度和多空間范圍[12]。多時間尺度:煤礦隱患排查治理是沿時間軸完成隱患整改、銷號的動態(tài)過程。隱患數據通過隱患排查治理活動進行不斷積累,并隨著時間發(fā)展呈現不同特征,如:新設備、新工藝應用前后,煤礦的隱患類型存在一定差異;安全大檢查前后礦井隱患數量明顯不同。因此,隱患數據綜合分析時要考慮隱患數據的動態(tài)性特點。多空間范圍:煤礦隱患數據來源與人、機、環(huán)、管等多方面,因排查范圍和排查對象不同,使得隱患數據具有了空間差異性。隱患排查治理流程如圖2所示。

圖2 隱患排查治理

1.3 雙重預防機制

在以往的煤礦事故中,是事故發(fā)生之后分析發(fā)生的原因,吸取事故教訓被動防御事故,不能在事故發(fā)生前就進行有效干預,從而避免煤礦重特大事故的發(fā)生。構建煤礦雙重預防機制實現風險分級管控,把每一個的風險都控制在可接受范圍內;將每一個事故隱患消滅在萌芽狀態(tài),實現煤礦安全生產。

危險源、風險、隱患動態(tài)發(fā)展過程的關系如圖3所示。危險源是在煤礦安全生產過程中可能會因內外因素的變化而引發(fā)失控的人、機、環(huán)、管等生產要素;風險是不確定性的影響,表現為固有風險和現實風險;隱患是違法、違規(guī)現象或行為,設備狀態(tài)不確定性、環(huán)境變化等,具體表現為安全措施缺失、安全防護缺失、應急措施缺失等[13]。事故是煤礦安全生產過程中能量發(fā)生了不正常轉移,危險源是導致事故的源頭,其性質決定了固有風險的類型和等級;隱患削弱了本質安全、主動防護等安全生產邊界以及被動防護、應急響應等事故后果邊界,令事故發(fā)生可能性及后果嚴重程度增加,提高了現實風險程度。

2 煤礦安全管理信息系統

2.1 系統架構

2.1.1系統總體架構

系統總體架構包括物理層、系統層、數據層、業(yè)務層、表現層五大部分,如圖4所示。

圖4 系統總體架構

(1) 物理層,指的是硬件環(huán)境與聯網方式,高性能的硬件設備與高速的網絡環(huán)境是企業(yè)信息建設的基礎。其中的硬件服務器設備,既可以是專用的物理服務器,也可以是虛擬化的服務器。出于數據安全考慮,虛擬化形式的主從服務器的“硬盤部分”,理應物理隔離。聯網方式對于上層的系統建設來說也非常重要,建設時應優(yōu)先考慮采用企業(yè)內網或專線的形式,如果條件不允許,亦可采用Internet+數字證書的方式。

(2) 系統層,指的是服務器操作系統、數據庫、應用服務器環(huán)境。常見的服務器操作系統有Windows Server系列、Linux系列、Unix系列。常見的數據庫有Microsoft SQL Server、MySQL、Oracle等。常見的應用服務器環(huán)境有Tomcat、Apache、Nignx等。

(3) 數據層,是最重要的也是最難實現的一個分層,如何構建統一的大數據存儲體,搭建有效的實時歷史數據倉庫,是這一層的關鍵。獨立于業(yè)務層之外的數據層,可以有效降低系統耦合,增強系統復用性,提高系統性能,保證系統后續(xù)擴展的便捷性。

(4) 業(yè)務層,是真正以信息化手段解決實際業(yè)務問題的最重要的分層。系統采用主流企業(yè)級應用框架SSM(Spring+SpringMVC+MyBatis),再利用多module、加密認證、token授權、角色權限、權限菜單等技術,保證系統靈活可變,適應集團及礦山各部門的業(yè)務管理需求。在一般系統所具備的功能權限的基礎上,本系統按照企業(yè)組織架構關系設計多層級數據權限,保證各級部門的數據只有本部門及上級部門可見可控。

(5) 表現層,是指最終用戶使用時系統的表現形式。系統設計了網頁端及Android移動端兩種載體,業(yè)務上相互呼應,功能上相輔相成,幫助最終用戶解決實際業(yè)務問題[14]。

2.1.2多端應用邏輯架構

多端應用的雙重預防信息系統的核心在于4個數據庫的建設,即集團級風險數據庫、集團級隱患數據庫、礦級風險數據庫、礦級隱患數據庫,在4個數據庫的基礎上進行雙重預防管控。首先,由煤礦專家?guī)ь^集團和各礦專業(yè)人員參加,從人機環(huán)管四方面風險辨識評估梳理出集團級風險數據庫;從歷史隱患臺賬、重大隱患判定標準、標準化要求、其他行業(yè)規(guī)范4方面梳理出集團級隱患數據庫。其次,各下屬煤礦結合自身煤礦特征,梳理出相應的礦級風險、隱患數據庫。礦端制定檢查計劃,計劃中關聯風險檢查內容和隱患排查內容,并將任務推送相關責任人手機端,工作人員持終端到達任務地點后,通過地點標識卡解讀,進行相關任務;對于日常檢查,直接利用手機端到工作地點,結合地點標識卡了解該地點風險隱患信息。井下檢查出的問題通過手機端同步到礦端,礦端根據問題情況指派到相應責任人閉環(huán)處理,根據問題情況對風險庫、隱患庫進行更新完善,同時礦端對問題進行統計分析并定期上傳至集團端,集團端結合各礦情況進行數據挖掘分析。多端應用邏輯架構如圖5所示。

圖5 多端應用邏輯架構

2.2 系統功能

系統包括集團端、礦端、手機端,集團端側重于對下屬煤礦的監(jiān)督檢查、信息匯總、數據挖掘分析;礦端主要是各礦對風險、隱患的日常管控;手機端主要是對井下風險、隱患直觀展現,將井下發(fā)現的隱患、風險管控情況以語音、圖片、視頻等方式及時反饋。

礦端系統主要功能:(1) 風險分級管控:包含風險辨識標準庫、風險管控清單、重大風險管控、風險點管理、管控效果分析等,根據風險辨識標準庫結合實際生產情況整理出來月度風險管控清單進行風險管控措施跟蹤,根據檢查結果進行管控效果分析。(2) 隱患排查治理:包含隱患庫管理、檢查計劃管理、現場檢查管理、檢查結果分析、閉環(huán)治理、逾期預警等,通過制定檢查計劃,在計劃中關聯月度管控風險和檢查線路中涉及的隱患,推送到手機端進行現場檢查,完成閉環(huán)治理反饋到礦端。在隱患上報時,對隱患屬性描述時需要關聯到風險數據庫中的風險,為后期隱患源頭治理提供數據支撐。(3) 安全地圖:基于GIS將煤礦井下CAD圖紙與風險、隱患地點相結合,實現風險、隱患信息的可視化。根據風險清單庫中風險,在GIS圖上標識出風險點,能夠實現風險點與風險、責任單位關聯,并以此為基礎實現風險點的安全風險等級動態(tài)預警。(4) 風險分析與預警:按照時間、類別、級別等維度對檢查信息進行分析挖掘,把控重點危險區(qū)域,掌握煤礦安全生產態(tài)勢,為安全生產提供決策服務。通過紅、橙、黃、藍四色圖,可以直觀地看到風險、隱患分布情況及檢查情況。同時對風險和隱患出現頻次較高區(qū)域提出預警。系統能夠設置查詢的時間段,可查詢該段時間內礦井各地點檢查次數分布,發(fā)現管理薄弱點,加強監(jiān)督檢查。

礦端功能模塊包括:公示公告、風險分級管控、隱患排查治理、安全地圖、風險分析與預警、知識庫、掛牌督辦、三違管理。

(1) 集團端與礦端功能比較一致,將下屬各礦風險、隱患信息匯總,按照煤礦屬性展示分析。可以實現對下屬煤礦隱患檢查督辦等功能。

集團端功能模塊包括:公示公告、綜合查詢、風險分級管控、隱患排查治理、安全地圖、風險分析與預警、統計分析、知識庫、掛牌督辦、三違管理。

(2) 移動端主要用于現場檢查,數據信息與網絡端保持同步。移動端結合井下地點標識卡,利用移動設備的攜帶便捷性,將風險現場檢查、隱患排查治理、隱患PDCA閉環(huán)管理、消息通知、溝通聯絡等功能融為一體,更具備待辦任務列表、特定地點檢查提醒、特定地點整改提醒等便捷特性,可以實現現場音頻、圖片、視頻等描述附件上傳,幫助煤礦安全人員迅速有效地完成現場檢查任務。

手機端功能模塊包括:待辦任務列表、風險現場檢查、隱患排查治理、隱患PDCA閉環(huán)管理。

3 數據挖掘分析

影響煤礦綜采工作面瓦斯?jié)舛鹊闹饕獏?

通風類型:U型、Y型、Z型等。

巷道彎曲復雜度:實際巷道由于各種地質條件而形成彎曲的形狀。巷道彎曲復雜度越高,瓦斯涌出量越高,同時越不利于風排。

煤層厚度及煤種:工作面煤層的厚度和煤種。

水文地質條件:煤礦所處位置的地下水是否豐富、是否靠近河流、地下巖層材質和密度等,重點從水力運移逸散作用等方面確定特征參數數值。

以上數據為各礦填報不同工作面的基礎信息。

西山煤電下屬8座煤礦其中6座屬高瓦斯礦,為了實現對礦井瓦斯風險的實時管控,除以上參數各礦手工填報外,系統通過集成安全監(jiān)控子系統、礦壓監(jiān)測子系統實時采集綜采工作面的瓦斯、溫度、一氧化碳、粉塵、礦壓等數據;利用AI技術研發(fā)構建了瓦斯超限預警模型(如圖6所示),當瓦斯監(jiān)測實時數據出現增大變化,結合各類參數,提前發(fā)布瓦斯超限預警信息到各相關人員移動端。

圖6 瓦斯超限預警分析

4 現場應用

系統研發(fā)完成后在山西西山煤電有限責任公司和下屬8座煤礦進行了現場應用,公司構建了集團級風險、隱患數據庫,風險數據庫收錄9 635條風險,隱患數據庫收錄8 325條隱患;下屬西曲礦風險數據庫3 220條,隱患數據庫2 031條;東曲礦風險數據庫4 320條,隱患數據庫2 892條;官地礦風險數據庫3 620條,隱患數據庫2 753條;西銘礦風險數據庫3 780條,隱患數據庫3 320條;屯蘭礦風險數據庫4 120條,隱患數據庫3 453條;馬蘭礦風險數據庫5 010條,隱患數據庫3 763條;鎮(zhèn)城底礦風險數據庫3 130條,隱患數據庫2 425條;杜兒坪礦風險數據庫5 213條,隱患數據庫4 086條。在此風險隱患基礎上各礦運用手機端實現井下風險、隱患的現場檢查,并要求檢查問題附加上現場照片,使隱患清楚明了,同時各礦風險隱患匹配率為85.2%,隱患整改率為95.6%,提高了業(yè)務處理時效性和處理率。各礦每月按照要求將該月隱患臺賬和風險管控記錄上傳集團端,進行匯總分析。集團端可以通過系統下達檢查計劃和下發(fā)集團通知。系統滿足了礦級各業(yè)務管理人員對日常風險、隱患等業(yè)務管理的需求,同時滿足了集團公司不同專業(yè)管理部門及時有效的工作核查需求,提高了煤礦安全生產的管理水平,實現了煤礦安全生產管控關口的前移。

5 結 語

研發(fā)的多端應用的煤礦雙重預防信息系統依據雙重預防機制,實現對風險、隱患的風險點排查、隱患閉環(huán)治理、現場檢查、檢查結果分析、地圖展現、統計分析等全過程的信息化管理。

按照多端管理思想,由集團端制定雙重預防管理規(guī)章制度和標準,各礦依據規(guī)定、標準開展風險、隱患管控工作,并將管控情況上傳至集團端,進行信息匯總和挖掘分析。同時手機端為井上下現場管理提供工具,保證信息時效性。系統的應用為煤礦安全生產和科學決策提供了技術支持。