煤矿采掘作业规程编制智能系统研究与应用

刘汝江,刘 森,吴新庆

(1.淄博矿业集团有限责任公司技术处,山东淄博255100;2.淄博矿业集团有限责任公司许厂煤矿,山东济宁272073)

煤矿采掘作业规程是生产管理的重要环节,是煤矿安全生产的保障,对矿井安全高效有非常直接的影响,是用来指导工作面现场安全、高效生产施工的重要依据。据统计,大约有20%～40%的事故技术安全措施编制遗漏或不合理有关[1]。目前,煤矿的作业规程仍采用专人手工编制,费时费力,并且手工绘制的图形大多数精度不高,文字部分编制与抄写都很繁琐[2]。作业规程的编制,有许多不规范、不全面之处。存在着安全规程编写内容不全、针对性不强、规范性差等特点,不能有效指导现场施工,给煤矿安全、高效的组织生产带来了困难。计算机开发技术的快速发展和应用,图形技术、数据库技术、集成化技术等技术日趋成熟,用计算机管理工作面作业规程,成为现代化煤矿技术管理工作的必然趋势。随着计算机的普及和相应的一系列数据库管理与AutoCAD技术的发展,煤矿采掘工作面作业规程的编制可由计算机来完成[3]。

1 作业规程智能编制系统结构设计

1.1 系统的技术特点

1)采用Sqlite数据库进行数据存储,能够容纳海量数据,为作业规程的集中管理提供了技术保障和数据信息安全保障。

2)完善的权限管理,制作、生成、审批都在系统的有效控制之下。

3)知识学习系统,实现规程安全知识、技术指标的再学习,对数据库和知识库进行完善、更新和修改,同时对以前的作业规程的内容可以借鉴或直接使用。

4)符合煤矿采掘作业规程编制的关技术和规范要求,也符合煤矿具体特点的采掘作业规程标准格式与内容标准,为正确和规范地编制煤矿作业规程提供技术保障。

5)集成M icrosoft Office2007以及参数化绘图功能,为煤矿作业规程的编制提供更好的技术支持。

6)参数化输入。友好的界面设计及原始参数输入,符合现场技术人员使用习惯,便于应用和掌握。

1.2 系统结构设计和模块功能

1.2.1 系统结构设计

系统完全采用面向对象的开发方法,使用visual studio 2005作为主要开发环境。为了获得较高的兼容性和较好的用户体验,系统集成了 M icrosoft Wo rd 2007的二次开发接口;为了便于扩展,使用xm l格式的数据存储表示方法。

系统的结构如图1所示,主要包括新建作业规程、参考规程设置、参考资料、使用帮助、作业规程编制、规程框架生成、章节结构管理、插图处理、表格处理、文档输出等模块。其中,参考规程设置、参考资料、使用帮助是辅助模块,其余模块是参与生成作业规程的主要模块。由新建作业规程、作业规程编制、文档输出三个主要模块,形成生成作业规程的主流程。

图1 系统结构

1.2.2 系统功能模块

1)新建作业规程模块。新建作业规程有两种选择,可以选择回采作业规程或掘进作业规程。在确定编制的作业规程后,将系统的应用场景切换到编制相应作业规程的状态环境。准备接受用户参数输入,开始作业规程的编制工作。

2)参考规程设置。在编制作业规程的过程中,系统可自动检索系统中已存在类似作业规程相应章节的内容。这些被检索的作业规程称作参考规程。用户可通过该模块设置参考规程的各种选项,如最大参考规程数量、最近编制的规程优先考虑、编写完成的规程自动收入规程知识和数据库等。

3)参考资料。该模块管理编写作业规程相关的各种电子版的图书及资料,供编写作业规程的技术员参考。如国家行业规范、相关矿业集团公司各种安全技术措施、规章制度、法律法规等。

4)使用帮助。提供系统的帮助文档、常见问题及解答、Bug报告及建议回馈等。

5)作业规程编制。该模块调用规程框架生成模块,生成作业规程文档的大纲结构,等待用户的输入,并调用其它相关的模块完成用户所要求的工作。被调用的模块有插图处理、表格处理等。

6)规程框架生成。该模块调入规程大纲结构的定义文件,生成作业规程的文档结构图。一方面,将文档结构图以树的形式展示在用户界面上,方便用户在作业规程文档比较长时,在各章节之间跳转;另一方面,可将生成的文档结构输出到该模块的调用者,以供生成文档或其它用途。

7)章节结构管理。作业规程文档的大纲结构,并不是一成不变的,随着工作面情况的不同,规程的大纲结构随之也可能作相应的调整。用户可以通过该模块,完成对作业规程大纲的增加、修改、删除等调整工作。

8)插图处理。插图的来源主要有两种,一种是由爆破及支护系统生成,一种是由技术人员通过CAD绘制。对于每一幅插图,都有一个全文唯一的名字与其对应。系统会通过插图的名字,将其插入到作业规程文档相应的位置,并调整到最合适的比例和大小。

9)表格处理。与插图一样,每张表格也有一个全文唯一的名字。系统根据此名字进行定位并自动填写表格的内容。

10)文档输出。将系统编制完成的作业规程以Word文件的形式输出或打印,完成作业规程的编制工作。

2 作业规程智能编制系统的实现技术

2.1 系统开发平台

系统采用Visual Studio 2005开发环境,M i-crosoft Office 2007二次开发平台,Sqlite和 XML数据库存储技术,以及基于 AutoCAD的绘图平台。

2.2 文档及图表处理技术

2.2.1 文档结构处理

作业规程主要由文字、公式和图表组成,文字占主要部分。动态地处理大量文字,避免重复,是该系统的难点之一。由于作业规程文档结构相对固定,又经过多方面分析与反复比较,以主要章节内容建立索引。为便于扩充和修改,采用xm l作为其数据表示型式。当用户需要对作业规程章节的添加、修改时,只需修改此xm l文件即可。

对于主要章节内又分出的子标题,则按子标题拆分成较小文件块。如果子标题又包含下级标题,则以此子级标题建立目录,在此目录下存放下级标题的内容。以此型式进行递归处理,直至到达最小一级标题。对于没有下级标题的标题,则以rtf文件的格式描述其内容。

2.2.2 文字处理

对于同一个矿山来讲,不同作业规程之间,相同子级标题的内容相对固定,可以归为一个小的描述文件,称作文件块。文件块的内容并不是一成不变的,不同工作面的地质情况不同,可能部分文件块的内容会随之变化,所以文件块的内容应是可配置的。文件块的内容可能包含有图形和表格,以及相应的显示格式,采用普通的文本文件不能满足要求。考虑到以上内容,采用RTF(Rich Text Format)文件格式,作为文件块的存储格式。集成了RTF文件格式编辑的文件块处理界面。一般情况下,用户不需修改文件块中的内容,直接选择更新,即可把新的所有文件块插入到作业规程相应的位置。如果文件块的内容已经不再适用,可直接在右侧窗口中修改其内容,修改完成后点击保存,之后再建立新的作业规程时,将会以新的内容显示。

2.2.3 图表处理

作业规程中的图表来源有两个,一是由系统自动生成,二是由外部引入。无论图表来自何处,系统都为其在作业规程中的位置专门建立索引。同样,为便于扩充和修改,采用xm l作为其数据表示型式。

当需要插入图表时,用户只需在文档结构上点击相应的图表名称,系统弹出文件浏览窗口,用户选择相应的图表文件后,图表会自动插入到作业规程的相应位置上,并自动以合适大小的显示比例显示。实现了CAD格式的工程图以及工程示意图的插入,并可进行比例调整。

3 应用研究

为了检验系统的实用性,以某矿《某工作面作业规程》的编制为工程实践,与手工编制的作业规程进行对比分析。

双巷基本情况:地面标高890～1050m,工作面标高508～558m。23032、23034巷为2303工作面回采时回风之用,服务年限约为2年。巷道经过背、向斜轴等异常部位,瓦斯和顶板异常,而且该工作面有软煤带穿过。

按照该巷道技术和生产特点,结合规程编制具体要求,利用智能系统进行作业规程编制。对比作业规程编制系统生成的作业规程和手工编写的作业规程可以得出,系统生成的作业规程结构整齐、内容齐全、格式规范,插图、附表大小标准,尺寸适当,而且花费的生成时间与手工编写时间相比,有了相当大的减少。实践证明,系统的应用将提高作业规程的编制效率和质量,节省成本。同时,安全作业规程知识库的应用,提高了生产的安全性,为煤矿采掘工作面安全、高效生产提供生产管理技术保障。

4 结论

系统基于计算机技术、网络技术、软件技术、数据库技术、图形技术而开发,提供了智能编制煤矿采掘工作面作业规程模板的方法。能高质、高效地编制作业规程。友好的界面设计、方便的参数化输入、可控的图表比例控制和插入、高效的数据存储和读取、科学的知识库管理等技术的实现,为煤矿采掘作业规程编制系统提供了有效的技术支持,实现了煤矿高效、安全生产管理。系统的开发和应用推广,将为煤炭信息化建设起到一定的推动作用,为煤矿企业带来一定的直接的经济效益和社会效益。

[1] 王向前.基于Web的煤矿作业规程编制及管理系统 [D].安徽理工大学硕士论文,2006.

[2] 王伟.岩巷定向断裂爆破设计及掘进规程辅助设计系统研究[D].中国矿业大学 (北京校区)硕士学位论文,2002.

[3] 孙惠民,刘玉彬.采掘工作面作业规程编制的计算机管理系统 [J].太原理工大学学报,1999,30(1).