煤矿安全隐患采集决策智能防控系统设计

朱宏博

（同煤集团机电管理处，山西大同 037003）

0 引言

由于煤矿井下作业的复杂性与危险性，构建一个良性的安全生产管理体系，有助于提高劳动者的生命安全。当前大多企业都在煤矿安全生产方面增加了投入，同时增加了相应的信息化管理水平，但是煤矿事故层出不穷。依据安全管理理论，只要有隐患，就有可能发生事故，这些仅仅是时间问题［1］。经过查阅文献发现，有的安全事故可以通过排查消除。现在有些煤矿安全管理系统低下，不能及时采集数据，或者进行数据的分析，因此带来一定的安全隐患。鉴于此，本文设计一套煤矿安全隐患采集决策一体化集成系统，实践表明可以有效降低事故率。

1 功能需求分析

在开发安全隐患智能化系统时，必须参考煤矿的实际，因此对该煤矿日常安全生产管理资料进行研究，其应该具备如下几个功能：

（1）对安全隐患进行动态管理，因此能够实现实时检测数据；

（2）系统可以自动对数据进行处理，与此同时可以产生日报表，便于决策层进行决策［2］；

（3）系统能够自动判断煤矿事故的安全等级；

（4）可以通过互联网上传信息，同时可以实现信息的准确性；

（5）系统能够按照规范的格式处理数据，便于相关工作者查看。

2 系统结构设计

2.1 整体结构形式

当已完成安全隐患等级需求分析之后，就可以进行系统架构的设计，同时优化总体框架，以及优化每层结构，从而达到所需要的功能［3］。再进行细分可以发现，该系统可分为五层整体建构：第一层为数据采集层；第二层为频度检索层；第三层为矿井档案层；第四层为风险管控层；第五层为智慧决策层。整体结构如图1所示。

图1 安全隐患采集决策系统整体结构

2.2 数据采集层

煤矿安全监测工作人员将数据以标准化的形式保存在服务器中。假设工作人员将数据录入程序之后，系统与设定的语义词库进行比较，进而可以体现数据的合理性［4］。

2.3 频度检索层

频度检索层能够找到违反安全管理条例频率较高的，紧接着对其进行标准化处理，这样可以给相关工作人员提示，便于监测人员查看，具有一定的辅助预警作用。频度检索层结构如图2所示。

图2 频度检索层结构情况

2.4 矿井档案层

矿井档案层能够为安全管理提供相应的辅助，一般情况下允许人员录入以下信息：（1）矿井风险判断；（2）开采长度；（3）挖掘深度；（4）挖掘组织计划；（5）地层动态指标数据等。同时将此数据信息以报表的形式归档，便于工作人员查阅。

2.5 风险管控层

风险管控层可以辅助检查煤矿安全风险，可以把煤矿安全风险进行过分级，每一种等级对应着安全风险，与此同时对风险等级进行动态更新，因此安全管理人员可以依据不同的颜色判断风险等级［5］。

3 系统硬件部分权限设计及实现

3.1 安全权限设计

对煤矿安全隐患决策单元必须设置相对应的安全访问权限，往往需要给各个环节的工作人员设置访问权限。比如操作人员仅仅对系统进行操作，系统用户权限如图3所示。

图3 用户权限情况

3.2 数据检索设计

该系统能够借助多属性检索的形式实现数据的检索，同时也可以根据关键词进行检索。在对已完成的数据库进行访问时，可以方便地检索隐患问题以及违章，数据检索模块结构示意图如图4所示。

图4 数据检索模块结构

3.3 风险等级划分设计

将安全风险划分为4个等级，分别用颜色表示。红色为最高风险；橘色为高风险；黄色为中等风险；蓝色为低风险［6］。与此同时，系统内部设定数值为展示什么颜色，当数值在0.15以下时为蓝色；在0.15～0.25时为黄色；在0.25～0.5时为橘色；在0.5～1时为红色。风险评估值的计算如下所示：

式中：A为风险程度评估值；a为一般隐患；b为红线隐患数；c为重点隐患数；d为重大且红线隐患数；B为隐患总数；f1为阈值1；f2为阈值2；f3为阈值3；f4为阈值4。

3.4 系统实现

系统界面的设计。基于上述系统的总体信息框架，并结合不同客户具有不同需求的原则，设计出具有人工智能的人机交互界面。这个人机交互主界面主要有以下5个区域。

（1）针对隐患可以实时显示预警和处理对策的显示区。其所具有的具体功能是可以对主通风机的运行状况进行实时显示。假设有安全隐患存在，该显示区会发出相应的报警信号来提示可能存在安全隐患的部件位置。在此基础上，还可以查看发生该隐患的具体原因以及相应的处理办法。

（2）处理安全隐患的显示区。可以对主通风机已经发生的安全隐患和处理过程信息进行显示，比如，存在该隐患的部件名称，隐患所属的类型、预警和销警的时间，相应的处理方法和对应的处理结果。

（3）对评价系统安全的指标、可靠度和预警进行显示的显示区。通过柱状图来显示在具体某月或者某年里主通风机系统的安全状况，并显示其可靠度值以及关于稳定性的综合评价指标结果。

（4）显示零部件隐患比例的显示区。通过饼状图直观地按月或按年显示主通风机零部件已发生过的安全隐患比例，并在此基础上可以重点维护具有严重隐患的零部件。

（5）呈现功能模块的菜单栏。其中包括六大部分，分别为实时预警和处理、系统帮助、安全评价和预警、人工预警和处理、预警的分析和记录报告、在所需要的功能上进行点击可以跳转系统间的各个功能模块。

信息库系统的设计主要包含以下3个部分。

（1）模型库系统。具体涵盖预警和处理对策方面的模型库，设备管理维护方面的模型库以及安全评价和预警方面的模型库。

（2）知识库系统。包含文档知识库、预警和对策处理的案例库以及预警决策方面的知识库等等。

（3）数据库系统涵盖预警处理、评价和预警、运行时的实际参数等数据。

4 系统软件部分设计

4.1 注册登录单元

通常需要针对每一个级别的人员设定对应的登入权限，当录入密码和用户名匹配时才可以登入，完成单独对系统的访问，同时允许管理人员对注册用户进行审核。对于煤炭安全人员通常可以设置单位、工号与姓名，只有后台人员允许登入才可以进行登入［7］。

4.2 安全隐患数据管理模块

煤矿安全隐患数据管理单元主要实现如下功能：录入安全隐患数据以及修改与查询；同时在不同阶段生产对应的安全隐患数据生产报表。此单元主要可以划分为如下3个子单元：生成安全隐患简报；录入相应的安全隐患台账信息；安全隐患信息。可以依据煤矿行业所具备的安全隐患类型进行过分类管理。

4.3 隐患风险管控模块

可以将矿区进行划分，与此同时设定坐标，通常情况下设置安全隐患风险颜色，从而可以借助可视化的效果观察隐患的分布，依据相应的安全隐患风险动态更新数据，实现对数据的实时监督，便于工作人员实时掌握安全动态情况［8］。

5 结束语

本文鉴于当前煤矿企业在安全隐患管理方面存在一定的问题，设计了煤矿安全隐患采集决策系统的构架。此系统包含数据存储、风险预警、风险研判、隐患决策以及对应的矿井信息化管理与图表展示分析等多种功能，能够满足安全生产管理的需要，给煤矿企业安全生产隐患管理提供合理的管理方法，进一步为全面构建煤矿安全隐患一体化研究提供了借鉴。