基于煤矿安全双控机制的APP系统

张俭让，张晓雪

（1.西安科技大学 安全科学与工程学院，陕西 西安 710054；2.西安科技大学 教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室，陕西 西安 710054）

近年来，我国煤炭开采技术日趋成熟，安全生产形势持续好转，但煤矿灾害事故依旧频发[1]。为进一步优化煤矿安全管理，有效遏制重大事故发生，我国在2020年7月1日开始实施《煤矿安全生产标准化管理体系基本要求及评分办法》，该办法提出的安全生产系统性标准与2017年版本相比，将安全风险分级管控和事故隐患排查治理等安全管理工作占比从10%调整至15%，要求贯彻落实双重预防工作机制[2-4]。目前，煤矿风险管控和隐患排查过程以人工巡检、纸质记录为主[5-6]，对数据的处理、储存和分析时效性不足，错误率较高。常规的双重预防信息系统，以PC端为前端进行数据存储和处理[7]，巡检过程中无法携带与使用，缺乏灵活性和便捷性。曾发镔[8]等人设计研发的煤矿双控机制APP系统，缺乏对隐患关联规则的研究；张长鲁[9]等人对隐患关联规则进行了分析研究，但未运用到APP系统中。为进一步改善煤矿安全管理方式，设计研发了基于煤矿安全双控机制的APP系统，覆盖巡检过程中风险与隐患“排查”至“整改”全流程。系统通过实时定位定点进行风险管控和隐患治理，利用算法进行数据关联分析，利用硬件载体的便携优势，使巡检数据记录与处理灵活快捷，安全信息管理过程方便高效。

1 APP系统开发设计

1.1 系统架构

系统架构图如图1。

图1 系统架构图Fig.1 System architecture diagram

系统分为4个层次：业务需求、用户需求、功能性需求及非功能性需求。

1）该系统业务需求。构建“三位一体”安全生产标准体系。

2）用户需求。巡检人员、管理人员、安全生产标准化相关工作人员。

3）功能性需求。①个人信息的注册、登录；②实时对煤矿进行隐患记录与风险评价；③与PC端进行信息共享，实时数据同步；④数据可视化分析，确保数据高效利用；⑤浏览、查询相关知识。

4）非功能性需求。①系统的可靠性，在出现如用户使用量暴增等特殊情况时，APP能快速调节，保证工作正常运行；②系统的易用性，APP应操作简单，满足软件使用能力不同的用户；③系统的可支持性，APP能适用于不同的移动终端。

1.2 系统总体设计和开发流程

1）功能架构。APP功能围绕APP用户、专家和管理人员展开。APP用户是使用软件的主要人群，能利用软件实现风险管控和隐患排查，进行相关安全知识学习和查询；专家在固定时间为用户在线答疑，处理用户留言；管理人员使用APP发布公告或在小程序中发布推送，同时管理注册人员信息等。

2）数据结构。适合的数据结构能优化数据存储空间，加快移动终端运行速度，降低流量消耗，带来更好的存储效率。在双控机制APP中，存储数据主要是SQLite数据库和手机内存，SQLite数据库储存服务模块中用户信息以及风险和隐患数据；手机内存储存照片、视频以及文档等文件。

3）网络拓扑结构。煤矿双重预防APP运用C/S架构，由客户机和服务器共同组成，这种架构将PC端和移动终端充分衔接，功能由两者共同承担。主要信息和数据储存在PC端，工作必需的部分数据储存在移动终端，终端获取的数据可通过网络实时上传。DBMS（数据库管理系统）核心功能由服务器承担，能保证数据更新时效，也能减少应用程序流量损耗和数据负荷。为了保证系统的安全，将LINUX防火墙应用于APP中，能有效阻止大部分网络攻击。

4）系统开发流程。系统采用的软件开发方法是瀑布方法，5个开发模块依次流动[10]，瀑布方法通过阀门的一系列活动组成，控制上一模块的完成并进入下一模块。APP系统开发流程如图2，共包括5个阶段：需求分析阶段、系统设计阶段、系统开发阶段、应用测试阶段和系统优化阶段。

图2 系统开发流程Fig.2 System development process

2 APP系统功能

1）服务模块。服务模块包括用户注册与登陆、系统设置、个人信息、密码找回和新手引导等5部分功能。用户注册时，用户名必须为真实姓名；联系方式可绑定手机号或邮箱；密码需自行设置；密码可通过手机号或邮箱2种方式找回。首次登陆可选择进入新手模式，通过新手指引能对APP迅速了解。用户注册后需要通过审核，保证信息安全。系统设置中可设置是否同意消息推送，是否自动升级，修改手机号码及注销账号等操作。

2）风险分级管控模块。以GBT13861—2009《生产过程危险和有害因素分类与代码》、GB18218—2018《危险化学品重大危险源辨识》为依据，进行风险辨识与分析。系统将风险分为“红、橙、黄、蓝”4级，其中红色为重大风险，必须立即停工整改；橙色为较大风险，必须制定措施进行整改；黄色为一般风险，需要进行控制整改；蓝色为较低风险，一般容许存在。通过确定风险等级来判断事故发生可能性和严重程度，提出治理与防范措施。通过程序录入风险等级、类型、所在区域、具体内容等风险数据，完成对风险责任清单的下发，之后将风险对应下发到对应责任单位和责任人，责任人需制定管控措施上交给上级批准审查，批准同意后方可按照措施计划进行风险管控。

3）隐患排查治理模块。事故隐患排查治理工作流程如图3。需先制定事故隐患排查专项计划，提前确定隐患巡检路线和内容，按照制定的流程将隐患排查到位，同时进行数据分析，最终使隐患得到治理。巡检过程中将隐患通过程序录入，APP会自行判断隐患等级，根据分级给出处理意见，分级按A、B、C、WT分为4种。程序可以对处理过后的隐患进行验收操作，验收合格后可在程序中快速进行销号，验收不合格时程序可帮助用户重新进行等级评估并给出治理方案；再次评估结果若为A级隐患，则需立即上报领导，由矿领导或上级监管部门进行挂牌督办，共同制定治理计划，按正常流程继续整改，完成后再次申请验收。

图3 事故排查流程Fig.3 Incident investigation process

4）小程序模块。APP可与微信绑定，在小程序中使用，用户不必下载软件也能正常使用部分功能。在移动终端内存不足或软件卡顿等情况下，不影响用户风险分级管控模块和事故隐患排查治理模块等功能正常使用。在小程序中定位功能是一大亮点，在紧急情况下可一键发送定位及危险情况至所有用户微信，用以保障人身安全及煤矿生产安全。

5）公告模块。公告模块是APP对实时消息进行通知的模块，主要对日常工作中重要事务或公司动态进行公布，对员工的奖惩进行通告，对煤矿行业相关新闻进行报道。以推送形式展现给使用人员，相当于线上广播功能，具有便捷快速的特点。这一模块使用简单，机动性强，可在设置中自行屏蔽。

6）学习模块。该模块包括5部分：煤矿法律法规资料查阅、专家答疑、安全生产事故案例分析、用户交互、应急知识与消防知识学习与查询。法律法规等资料可下载后离线使用，方便各种地点查询；APP中专家定时在线，用户通过留言或在线对专家提问，提高生产的专业性；开设的交流板块，用户可以相互分享经验、共同解决问题；出现意外情况时，应急板块提供的处理方法能保障工人生命安全。

3 APP系统关键技术

1）电子风险空间分布图。通过对煤矿实地调研，在PC端后台程序中载入煤矿采掘平面图，将已有风险数据与图对应，生成煤矿安全风险空间分布图。在APP中无须加载后台程序，可通过网络关联查看该图，并能快速在图中标记，例如某处风险等级用蓝、橙、黄、红表示。用户输入该地点不安全因素，程序能自行风险识别，针对该风险种类和特点，运用定性或定量的方法判断可能造成的危险及危险严重程度，分析该风险可能造成的结果。APP能实时查看风险情况并存储数据归档，以便统计和管控。

2）事故隐患定位巡检。用户手持终端，按照程序设定的巡检路线排查。APP有定位功能，到达巡检地点时会自动弹出该地点需要排查的隐患内容，用户可根据列表逐一排查，也可手动录入。巡检路线主要依据煤矿生产计划、隐患数据多角度分析、危险点监督和安全隐患整改落实等方面结合安全管理经验进行设置，改善了安全巡检人员自由度高以及人工易出现漏检等问题，使日常安全隐患管理更有针对性。对重大、共性、反复、新增隐患，溯源分析，以问题为导向，制定改进措施。对于程序中存在的隐患，录入后实时反馈数据等级信息、频率信息等。APP能对实时排查的事故隐患进行评估，判断隐患等级并给出处理意见。

3）基于Apriori算法的隐患数据分析。开发的应用程序包括2种统计分析：一种是简单的基本统计；一种是包括算法的深度分析。简单基本统计是将隐患数据进行一些最基本的处理，隐患信息按照地点、日期、班次、等级、专业等方面汇总得出表格，一键生成柱状图或折线图，直观了解不同层次隐患数据，隐患发生频率较高需加强重视，增加巡检频次，频率较低不能放松警惕，加强对人不安全行为的约束。程序中嵌入的深度分析统计，是通过Apriori算法对已有隐患数据进行关联分析，从隐患的不同维度出发，得到不同条件下隐患的关联规则。APP中嵌入此算法，在录入隐患后，通过设置支持度和置信度阈值，可以直接在程序中得到一个或多个条件为前提的一系列关联规则，后台利用已有隐患数据预测该处可能存在的隐患，对置信度进行从高到低排列，用户可根据列表对置信度较高的关联规则进行加强监督管理或增加巡检频次，提出防范建议，以此降低事故发生的可能性。

4 现场应用

对某煤矿进行APP系统功能运行与测试，主要应用服务模块、风险分级管控和隐患排查治理等模块，确定每个模块正常运行情况。APP系统功能界面如图4。APP系统功能测试见表1。

图4 系统运行界面Fig.4 System operation interface

表1 功能测试表Table1 Functional test table

实际应用证明，APP各项功能都能正常使用。系统的应用对煤矿风险管控和隐患治理有显著作用，能促进煤矿安全管理系统化和信息化。随着“三位一体”标准化体系的进一步完善，此APP将大范围投入使用，在各煤矿中迅速普及，有利于提高煤矿安全信息管理水平。

5 结 语

研发的APP采用瀑布式开发方法，使用C/S架构和SQLite数据库，保证了风险分级管控、隐患排查治理、服务、小程序、公告、学习等模块功能的实现。研发的APP在基础的风险评价方式上增加了电子风险空间分布图，能对风险进行定点定量描述；基于定位功能，实现了事故隐患定位巡检，使隐患排查方式更加高效；基于Apriori算法对隐患数据进行关联性分析，能生成针对性防范措施，有效降低隐患发生频率。通过实际测试发现：APP使用后煤矿人员身份信息系统化，公告通知传播迅速，员工对各规程的学习方便快捷，风险和隐患的录入方式改善，风险管控和隐患排查过程明显得到优化。